Пристрій прецизійного позиціонування зонду атомно-силового мікроскопу

Басараб, Ольга Станіславівна

Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8516

Назва:	Пристрій прецизійного позиціонування зонду атомно-силового мікроскопу
Автори:	Бондаренко, Максим Олексійович Басараб, Ольга Станіславівна
Дата публікації:	15-чер-2024
URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу):	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8516
Розташовується у зібраннях:	152 Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка (Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка)

Файли цього матеріалу:

Файл	Опис	Розмір	Формат
КРБ Басараб.pdf Restricted Access	КРБ Басараб О.	3.83 MB	Adobe PDF	Переглянути/Відкрити Запит копії

Показати повний опис матеріалу Перегляд статистики

Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.

Extracted text

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ,
АВТОТРАНСПОРТУ ТА МАШИНОБУДУВАННЯ
КАФЕДРА ПРИЛАДОБУДУВАННЯ, МЕХАТРОНІКИ ТА
КОМП‘ЮТЕРИЗОВАНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Допущено до захисту
Завідувач кафедри ПМКТ
_______ Максим БОНДАРЕНКО
«___» ___________ 2024 р.

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
ДО КВАЛІФІКАЦІЙНОЇ РОБОТИ БАКАЛАВРА

на тему «Пристрій прецизійного позиціонування
зонду атомно-силового мікроскопу»

Виконала: здобувачка освітнього рівня
«бакалавр» 4 курсу, групи М-204
спеціальності: 152 – Метрологія та
інформаційно-вимірювальна техніка
освітньої програми: метрологія та
інформаційно-вимірювальна техніка
Ольга БАСАРАБ
Керівник Максим БОНДАРЕНКО
Рецензент Григорій ТИМЧИК

Кваліфікаційна робота бакалавра містить результати власних здобутків автора.
Використання ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне
джерело
підпис

Черкаси – 2024

Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра приладобудування, мехатроніки та комп’ютеризованих технологій

Освітній рівень: бакалавр
Спеціальність: 152 – Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка
Освітня програма: Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка

«ЗАТВЕРДЖУЮ»
Завідувач кафедри ПМКТ

___________ Максим БОНДАРЕНКО
«_____» _______________ 2024 р.

ЗАВДАННЯ
НА КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ БАКАЛАВРА

Басараб Ольги Станіславівни
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема роботи: Пристрій прецизійного позиціонування
зонду атомно-силового мікроскопу

керівник роботи Бондаренко Максим Олексійович, д-р техн. наук, професор
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом закладу вищої освіти від “ 20 ” лютого 2024 року № 49/04.
2. Строк подання здобувачем освіти КРБ на кафедру: “ 03 ” червня 2024 року
3. Вихідні дані до роботи: пристрій інтегрується в електричну схему атомно-силового
мікроскопу, під‘єднуючись до виводів стабілізованої напруги блоку живлення пристрою,
який живиться від однофазної мережі змінного струму 220 В частотою 50 Гц; пристрій
призначений для роботи у стаціонарних приміщеннях за умов нормальних значень відносної
вологості (35-55%) та температури оточуючого середовища в межах від +15 до +55 ºС;
середній термін служби – не менше 5 років; вірогідність безвідмовної роботи пристрою за
30 тис.годин – 0,95; захист від ураження електричним струмом по класу ІІІ; габаритні
розміри 350×350×450 мм; ступінь захисту корпусу – IP44
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити):
Вступ. Критичний аналіз існуючих аналогів. Обґрунтування технічного завдання. Розробка
електричної схеми. Розрахунок основних елементів схеми. Розробка технологічної
складальної схеми. Економічний розділ. Охорона праці та безпека в надзвичайних
ситуаціях. Висновки. Список використаних джерел. Додатки.
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
М204.20021.001 ЗВ Схема положення плати пристрою прецизійного позиціонування зонду
в блоці керування атомно-силовим мікроскопом. Креслення загального вигляду (А1).
М204.20021.001 Е1 Пристрій прецизійного позиціонування зонду АСМ. Схема електрична
структурна (А1). М204.20021.001 Е3 Пристрій прецизійного позиціонування зонду АСМ.
Схема електрична принципова (А1). М204.20021.101 Е3 Мікроконтролерна схема
позиціонування зонду АСМ. Схема електрична принципова (А1). М204.20021.001.01

Плата друкована системи позиціонування (А1). М204.20021.001 СК1 Плата системи
позиціонування зонду АСМ. Креслення складальне (А1).

6. Консультанти розділів роботи
Підпис, дата
Прізвище, ініціали та посада
Розділ завдання завдання
консультанта
видав прийняв
Кожемякін О.С.,
старший викладач кафедри геодезії,
Охорони праці
землеустрою, будівельних конструкцій
та безпеки життєдіяльності

Тичков В.В., канд. техн. наук,
Нормоконтроль
доцент кафедри ПМКТ

7. Дата видачі завдання: “ 21 ” лютого 2024 року

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
Крайній строк
№ виконання
Назва етапів кваліфікаційної роботи Прим.
з/п етапів роботи,
дата / місяць
1 Аналіз літературних джерел по існуючим аналогам 26 / 02
2 Патентний пошук 26 / 02
3 Аналіз технічного завдання 04 / 03
4 Розробка електричної схеми 11 / 03
5 Розрахунок основних елементів пристрою 18 / 03
6 Розробка технологічної складальної схеми пристрою 01 / 04
7 Економічний розрахунок 15 / 04
8 Охорона праці 22 / 04
9 Висновки, додатки 06 / 05
10 Подання готової ПЗ КРБ для перевірки на плагіат 10 / 05
11 Оформлення креслень 20 / 05
12 Подання готової роботи на кафедру 03 / 06

Здобувач освіти _____________ Ольга БАСАРАБ

Керівник роботи _____________ Максим БОНДАРЕНКО

ЗМІСТ

стор.
Вcтуп …………………………………………………………………… 5
1. Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного
аналізу літературних джерел………………………………………................ 6
1.1. Конструкція, структурна схема та алгоритм роботи атомно-
силового мікроскопу………………………………………...…. 7
1.2. Вплив окремих конструкційних елементів АСМ на точність
проведених вимірювань………………………………………... 22
1.3. Відомі методи та алгоритми позиціонування об‘єктів в
робочій зоні……………………………………………………... 29
2. Аналіз технічного завдання ……….……………………………….. 44
3. Розробка структурної схеми пристрою прецизійного
позиціонування зонду .……………………………………………………….. 45
4. Розробка електричної принципової схеми пристрою
прецизійного позиціонування зонду ………………………........................... 47
5. Розрахунок основних елементів електричної схеми ……………... 50
5.1. Вибір прецизійного стабілітрону та розрахунок балансуючої
ємності …………………….…………………………………………………… 50
5.2. Розрахунок силових каскадів керування оптопарою ………… 51
5.3. Розрахунок резонансної схеми індуктора …………………….. 55
6. Технологічний розділ ……………………………….……………… 59
6.1. Технологія виготовлення друкованих плат …………………… 59
6.2. Автоматизація виготовлення друкованих плат …………….… 62
6.3. Технологія монтажу SMD елементів ………………………….. 64
6.4. Особливості контролю та ремонту виробів з поверхневим
монтажем ………………………………………………………………....…… 67

М204.20021.001 ПЗ
Змн Лист № докум. Підпис Дата
Розроб Басараб О.С. Літ. Арк. Аркушів

Перевір Бондаренко М.О. 3 115
Т. контр. Бондаренко М.О. Пояснювальна
Н. Контр. Тичков В.В. записка ЧДТУ, М-204
Затв. Бондаренко М.О.

стор.
7. Охорона праці ……………………………………………………… 69
7.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на
співробітника проектно-технічної лабораторії …………………………… 69
7.2. Модернізація системи загального штучного освітлення …… 74
8. Економічний розділ …………………………………………………8 1
8.1. Аналіз ринку …………………………………………………….8 1
8.2. Оцінка рівня якості виробу …………………………………….8 2
8.3. Визначення коефіцієнтів вагомості параметрів ………………8 3
8.4. Розрахунок собівартості виробу ……………………………….8 8
8.5. Визначення ціни виробу ………………………………………..9 3
8.6. Визначення мінімального обсягу виробництва продукції …...9 4
Висновки ………………………………………………………………..9 7
Список використаних джерел …………………………………………9 8
Додатки …………………………………………………………………1 02
Додаток А. Список нормативних документів ………………..............1 03
Додаток Б. Комплект документів на технологічний процес
складання друкованої плати ……………………………………………… 105
Додаток В. Відомість технічного проекту ……………………………1 09
Додаток Г. Специфікація і перелік елементів електричної схеми .....1 10
Додаток Д. Сертифікат учасника ДСН ЧДТУ 2024 року ……………1. 15
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
4
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Вступ

Протягом останніх років в експериментальній фізиці спостерігається
стрімкий розвиток новітніх мікроскопічних методів для дослідження
поверхонь з нанометровою та атомарною роздільною здатністю. Ці методи
об'єднані під загальною назвою – скануюча зондова мікроскопія (СЗМ). У
СЗМ зображення створюється шляхом переміщення гострої мікроголки
(зонда) над поверхнею, що досліджується. Першим з таких приладів став
скануючий тунельний мікроскоп (СТМ), який використовується для
діагностики поверхонь.
Останнім часом дедалі більше застосування отримують інші типи
зондових мікроскопів, зокрема скануючі силові мікроскопи (ССМ). ССМ
включає кілька різновидів мікроскопів, які фіксують силову взаємодію голки
з поверхнею під час сканування. Голка, закріплена на пружному елементі
(сенсорі), може доторкатися до поверхні (контактний режим) або перебувати
на відстані кількох нанометрів від неї (безконтактний режим). Ці мікроскопи
часто називають атомно-силовими (АСМ) [1], підкреслюючи їх здатність
реєструвати надзвичайно малі сили (10-8 – 10-13 Н), характерні для міжатомної
взаємодії. Це відрізняє їх від звичайних профілометрів, де сила взаємодії зонда
з поверхнею перевищує 10-4 Н.
При цьому, основним викликом при використанні АСМ є точне
позиціонування зонда над об'єктом дослідження, щоб забезпечити достовірні
дані про стан поверхні.
Тому задача розроблення пристрою прецизійного позиціонування зонду
атомно-силового мікроскопу є актуальною та необхідною.

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
5
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

1. Обґрунтування необхідності проектування
на основі критичного аналізу літературних джерел

В результаті підготовки до патентного пошуку аналогів з досліджуваної
тематики було визначено, що патентний пошук слід здійснювати за МКВ
G01Q 70/20 [2], де:
Розділ G – Фізика
G01 Вимірювання; Випробування
G01Q Скануючі зонди
G01Q 70/00 Пристрої для скануючої зондової мікроскопії
G01Q 70/20 Пристрої для позиціонування або сканування зонда
Вивчення літературних джерел слід виконувати за УДК [3], зокрема
досліджувана тематика відноситься до 621.9.05; 535.8, де:
6 Прикладні науки
62 Техніка. Технічні науки
621 Галузі загальної техніки. Машинобудування
621.9 Прецизійні прилади для вимірювань та контролю
Спеціалізоване прецизійне обладнання, що використовується
621.9.05
для точних вимірювань та контролю параметрів

5 Природничі науки
53 Фізика
535 Фізика оптичних явищ. Випромінювання світла
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
6
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Прилади та методи вимірювання світлових та інших
535.8 випромінювань; оптичні методи досліджень; оптичні прилади,
методи дослідження, скануюча зондова мікроскопі

В результаті здійсненого пошуку та аналізу інформаційних джерел
особливий інтерес викликали прилади, про які мова йтиме далі.
По-перше розглянемо основні конструкцію, структурну схему та
алгоритм роботи атомно-силового мікроскопу, вплив окремих конструкційних
елементів АСМ на точність проведених вимірювань, а також відомі методи та
алгоритми позиціонування об‘єктів в робочій зоні.

1.1. Конструкція, структурна схема та алгоритм роботи атомно-
силового мікроскопу
Обмеженість застосувань скануючої тунельної мікроскопії була очевидна
з моменту її винаходу і тому, як тільки з'явилася тверда упевненість в
реальності виготовлення приладів, здатних здійснювати і реєструвати
субнанометрові переміщення, постало завдання розширення її застосувань.
У 1985 році Г.Бінніг під час своєї поїздки в США оцінив співвідношення
міжатомних сил взаємодії на поверхні твердого тіла і тиску з боку зонда. З цієї
оцінки виходило, що навіть якщо голка закінчуватиметься окремим атомом, то
реально буде зробити зонд у вигляді консолі з голкою на кінці з такими
параметрами балки, що поверхня не руйнуватиметься в процесі цього
контакту (спогади Бінніга про історію відкриття АСМ).
У 1986 році Г.Біннігом, X. Гербером і Квайтом ідея Бінніга була
реалізована. Був винайдений перший варіант атомно-силового мікроскопа
(рис. 1.1).
В якості зонду було запропоновано використати гостру голку,
прикріплену на кінець плоскої пружинки, а вертикальне переміщення
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
7
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

пружинки пропонувалося вимірювати чутливим датчиком, здатним фіксувати
малі переміщення. Пропонувалося використовувати тунельний датчик, що
складається з голки, закріпленої на п’єзокерамічному однокоординатному
елементі. При цьому чутливість до переміщень у запропонованого приладу
дорівнювала чутливості тунельного мікроскопа. Конструкцію, що складається
з плоскої пружинки із закріпленою підставкою і голкою на її вільному кінці
назвали кантилевером (у перекладі з англійського - консоль). Перші
кантилевери виготовляли з тонкої платинової фольги, до якої приклеювали
голку з битого кристалу сапфіру.

Рисунок 1.1 – Схематичне зображення першого атомно-силового
мікроскопу [1]: а – режим постійної висоти сканування; б – режим постійного
струму між голкою та поверхнею

При підході до поверхні консоль спочатку притягується до неї за рахунок
Ван-дер-ваальсового тяжіння. Потім, як тільки сила відштовхуючої взаємодії
за рахунок перекриття електронних орбіталей атомів зонду і поверхні
перевищить силу тяжіння, консоль почне відхилятися у зворотний бік до
стану, коли тиск з боку зонду, який знаходиться як відношення сили пружності
пружинки до площі контакту, не опиниться більше межі пружної деформації
матеріалу зразка або голки.
У запропонованій Біннігом конструкції зразок закріплювався на
трьохкоординатний трубчастий сканер, а зонд міг лише змінювати кут нахилу.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
8
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Електронна схема приладу могла або підтримувати постійним кут нахилу
зонду, або реєструвати зміну кута нахилу в процесі сканування. Синхронно з
порядковим переміщенням зонду реєструвалася вимірювана величина. У
першому випадку реєструвалася топографія поверхні, в другому – розподіл
сили взаємодії між зразком і поверхнею. Ідея методу виявилася виключно
продуктивною, а спосіб реєстрації відхилення консолі, також як і спосіб
виготовлення кантилевера виявився нетехнологічним. При виході з
динамічного діапазону п’єзокерамічних переміщень по нормалі до поверхні
юстування тунельного датчика було не зручним. Незабаром став ряд схем
реєстрації відхилення зонда по нормалі до поверхні [4] (рис. 1.2).
У цих системах використовувалися системи реєстрації відхилення
кантилевра, засновані на використанні датчиків ємності, різних конструкцій
інтерферометрів, відхилення світлового променя, зміні різниці потенціалів або
електричного опору при вигині спеціальних датчиків, що встановлювалися на
консолі. Так на рис. 1.2 приведені, наприклад: схема з датчиком ємності [5] (а),
активна система підтримки режиму лазерної генерації (б), схеми з
інтерферометрами [6] (в - д), оптико-позиційні схеми [7] (е - ж), кантилеври з
тензорезистивними та п’єзоелектричними датчиками [8] (з - и).
За допомогою ємнісних (рис. 1.2, a) та інтерференційних (рис. 1.2, в-д)
схем реєстрації можна вимірювати абсолютне відхилення зонду, оскільки
існує можливість інтерференційного калібрування, але ці схеми складні і не
дозволяють відрізнити вигин від радіального відхилення консолі.
Тензорезистивні та біморфні схеми (рис. 1.2, з-и) реєстрації відхилення
зондів вимагають використання спеціальних роз’ємів для їх установки і
використання додаткової електроніки при реєстрації сигналу. Крім того,
тензорезістівні кантилеври відносно дорогі, і тому вони використовуються в
даний час тільки однією фірмою для надвисоковакуумних скануючих
зондових мікроскопів, в яких загальна ціна експерименту набагато більша ціни
кантилевра.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
9
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.2 – Схеми реєстрації відхилення кантилевера: Л - лазер,
ФД - фотодіод, РП - розщеплювач пучка, АО - акустооптичний модулятор,
КСБ - компенсатор Сол’єла-Бабінета, Ф - фільтр, С - ємність, L - індуктивність
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
10
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

При аналізі виявляється, що цінність вимірювання абсолютного
переміщення зонда в процесі сканування не велика, оскільки найбільш
поширені режими сканування з підтримкою постійної сили притискання (кута
нахилу кантилевра), де ця можливість не використовується. В оптико-
позиційних схемах реєстрації, особливо з використанням чотирьох секційного
фотодіодного датчика, виявляється можливим сумістити простоту настройки
приладу з високою точністю реєстрації переміщення (0,1 ангстрема) і
більшими вимірювальними можливостями. В даний час саме варіації цієї
схеми найширше використовуються в приладах.
Використовуючи резонансні моди, навчилися знижувати тиск з боку
зонда в процесі вимірювання топографії більш, ніж в 1000 разів в порівнянні з
режимом вимірювання топографії в контактному режимі (так званий
безконтактний, напівконтактний режими роботи і режим роботи в моді
динамічних сил). При цьому синхронно можна вимірювати зміну фази
коливання кантилевра по відношенню до фази сигналу, що збуджує осциляцію
зонда, зміна якої визначається жорсткістю і хімічним складом поверхні [8].
Були розроблені методи вимірювань в рідинних осередках для
дослідження межі тверде тіло - рідина. З'явилася скануюча зондова
мікроскопія бічних сил (MБC), в якій в якості зонду використовується жорстка
голка, а її взаємодія з поверхнею реєструється за допомогою прикріпленого до
неї резонансного датчика (мікрокамертону), який збуджується зовнішнім
акустоелектричним генератором, що працює на власній частоті резонансного
датчика і передає збудження через голку - зонд мікроскопа.
При підході до поверхні та контакті з адсорбційним шаром
спостерігається зміна умов коливання, що виявляється в зсуві резонансної
частоти коливань датчика, а у разі збудження коливань з постійною частотою
спостерігається зменшення амплітуди і фази коливань, які реєструються
електронною системою мікроскопа. У всьому іншому, МБС функціонує
аналогічно будь-якому СЗМ.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
11
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Принцип дії атомного силового мікроскопа (рис. 1.3) заснований на
використанні сил атомних зв'язків, що діють між атомами речовини. На малих
відстанях між двома атомами (біля одного 1 ангстрема) діють сили
відштовхування, а на великих - сили тяжіння. Абсолютно аналогічні сили
діють і між будь-якими тілами, що зближуються. У АСМ такими тілами
служать досліджувана поверхня і вістря, що ковзає над нею.

Рисунок 1.3 – Принцип дії атомного силового мікроскопа (АСМ)

Зазвичай, в приладі використовується діамантова голка (рис. 1.4), яка
плавно ковзає над поверхнею зразка (як то кажуть, сканує цю поверхню). При
зміні сили F, що діє між поверхнею і вістрям, пружинка П, на якій воно
закріплене, відхиляється, і таке відхилення реєструється датчиком D. В якості
датчика в АСМ можуть використовуватися будь-які особливо точні і чутливі -
прецизійні - вимірювачі переміщень, наприклад, оптичні, ємнісні або тунельні
датчики. На рис. 1.4 показаний саме останній тип датчика, - фактично це така
ж голка, яка застосовується в СТМ. Величина відхилення пружного елементу
(пружинки) несе інформацію про висоту рел’єфу - топографії поверхні і, крім
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
12
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

того, про особливості міжатомних взаємодій. Можна сказати, що в атомному
силовому мікроскопі сканування досліджуваного зразка відбувається по
«поверхні постійної сили», тоді як в СТМ - по поверхні постійного тунельного
струму. Принципи ж прецизійного управління, що заснований на зворотному
зв’язку і уловлює найменші зміни рел’єфу поверхні, в СТМ і АСМ практично
однакові.

Рисунок 1.4 – Схема скануючого атомно-силового мікроскопу: О – вістря
вимірювального зонда, П – пружній елемент (кантилевер); P, Px, Py, Pz –
п’єзоелектричні перетворювачі (Px та Py відповідають за сканування зразка
зондом, а Pz керує наближенням зонда до поверхні зразка);
D - тунельний датчик, який реєструє відхилення кантилевера

Атомно-силовий мікроскоп може використовуватися для визначення
мікрорел’єфу поверхні будь-яких речовин, як провідних, так і непровідних, з
його допомогою можна спостерігати будь-яку недосконалість структури,
локалізовану на поверхнях, що вивчаються, наприклад, дислокації або
заряджені дефекти, а також усілякі домішки.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
13
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Крім того, АСМ дозволяє виявити межі різних блоків в кристалі, зокрема
доменів. Останнім часом за допомогою АСМ фізики стали інтенсивно вивчати
біологічні об’єкти, наприклад, молекули ДНК та інші макромолекули,
головним чином для потреб нового і, судячи з усього, надзвичайно
перспективного напряму - біомолекулярної технології. Цікаво, що АСМ
дозволяє вирішувати не тільки прикладні задачі, але і глобальні проблеми
фундаментальної фізики. Зокрема, визначивши з його допомогою поведінку
міжатомних сил і константи взаємодій між атомами поверхні та вістрям
кантилевра, можна зробити досить точні висновки про існування або
відсутність нових фундаментальних взаємодій і, навіть, про структуру
фізичного вакууму.
Одним з головних елементів АСМ є кантилевер, що представляє собою
мікрозонд у вигляді пружної консолі, на кінці якої закріплена гостра голка.
Для того, щоб кантилевер згинався під дією надмалих сил, що діють на
голку при її взаємодії з поверхнею, необхідно, щоб жорсткість гнучкої консолі
була мінімальна.
В той же час резонансна частота власних коливань кантилевера  0
повинна бути максимально високою, інакше в ньому будуть легко
збуджуватися власні коливання за рахунок обертально-поступальних
переміщень голки щодо зразка при щорядковому скануванні поверхні з
частотою до 20 Гц, необхідних для достатньо швидкого отримання
зображення (не більше 1 хвилини при максимальному полі сканування), або
під дією зовнішніх вібрацій.
Резонансна частота кантилевера визначається виразом:
1
1  k 2
 0 =   ,
2  m 
 eff 
де k - жорсткість кантилевера, а meff - його ефективна маса, що включає масу
гнучкої консолі і голки [32].
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
14
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Виконати одночасно обидві умови для k і meff можна лише максимально
знизивши масу кантилевера, а отже, і його розміри, тому довжина кантилевера
не перевищує декількох сот мікрон, а маса - не більше 10-10 кг [9].

Рисунок 1.5 – Схема блоку сканування АСМ з реєстрацією відхилення
кантилевера по відхиленню відображеного лазерного променя: 1 - лазер;
2 — кантилевер з голкою; 3 — зразок; 4 — фотодіод; 5 — трубчастий
п’єзосканер; 6 — блок зворотного зв'язку; 7 — біморфний п’єзоелемент

В даний час для отримання кантилеврів широко застосовуються методи
фотолітографії і анізотропного хімічного травлення, добре освоєні в
мікроелектроніці. За рахунок неоднакової швидкості хімічного травлення в
різних кристалографічних напрямках в Si вдається отримувати гнучкі консолі
завтовшки від 0,4 до 1,5 мкм і формувати на них голки пірамідальної або
конічної форми [10]. В якості матеріалів для виготовлення кантилеверів
використовуються також SiO2 і Si3N4. Довжина консолі лежить в межах
50 – 200 мкм, ширина — від 5 до 50 мкм.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
15
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Важливою характеристикою, що відображає резонансні властивості
кантилевера і що впливає на чутливість АСМ, особливо при роботі в
безконтактному режимі, є добротність Q кантилевера, що коливається. Із
збільшенням Q чутливість АСМ зростає. Значення Q визначається матеріалом,
з якого виготовлений кантилевер, його геометричними параметрами і
середовищем, в якому він знаходиться. В одного і того ж кантилевера
добротність може мінятися від 104 у вакуумі до 500 на повітрі і 20 - 30 в
рідкому середовищі [9]. Для візуалізації магнітних характеристик поверхні на
голку кантилевера наносять тонкий шар феромагнітного металу (Fe, Ni, Co)
або феромагнітних сплавів (CoPtCr. NiHОFe2).
Висота голки на кінчику консолі кантилевера не перевищує декількох
мікрон. Голка також може бути сформована з Si, SіO, або Si3N4. Існують
технології виготовлення металевих голок за допомогою напилення Nb або W
через мікроотвори [11]. Кут при вершині голки може мінятися від 70° до 22°,
а радіус заокруглення кінчика голки Rt від 100 до 5 км. Голки з мінімальними
кутами при вершині і мінімальними Rt дають найбільш достовірні АСМ -
зображення поверхні.
Відомі способи детектування, зазвичай, використовуються при так званих
вимірюваннях по постійному струмові («dc mode»), коли сила взаємодії
вимірюється безпосередньо по статичному відхиленню кантилевра. Як
правило, в цьому режимі голка знаходиться у контакті із зразком і відхилення
кантилевра викликане взаємним відштовхуванням атомів кінчика голки і
поверхні в результаті перекриття їх електронних оболонок і кулонівського
−4 −8
відштовхування ядер. Вимірювані сили лежать в межах 10 −10 Н. Для
реєстрації слабкіших сил Ван-дер-Ваальса, електростатичних або магнітних
сил кінчик голки розташовується на відстані 5 - 100 нм від поверхні. Сила
взаємодії в цих випадках складає 10−4 −10−14 H. Для вимірювання таких малих
сил необхідно знизити жорсткість кантилевра, проте якщо градієнт зовнішньої
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
16
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

сили перевищує жорсткість гнучкої частини мікрозонда, голка буде
затягуватися поверхнею зразка і утримуватися нею (ефект «прилипання»). Це
не дозволяє зберігати контрольований нанометровий зазор між голкою і
поверхнею. Подолати цю складність можна, проводячи вимірювання зі
змінним струмом («ас mode») І, коли детектується амплітуда, частота або фаза
коливань вібруючого кантилевра, що відрізняється достатньо високою
жорсткістю (k 1 Н/м). Близькі до  коливання кантилевра в напрямі по
0
нормалі до поверхні зразка збуджуються за допомогою біморфного
п’єзоелемента, до якого прикріплений кантилевр (рис. 1.4). При вібрації в
силовому полі резонансна частота кантилевра змінюється, оскільки градієнт
 F 
сили, направлений по нормалі до поверхні  F` =  , змінює ефективну
 z 
жорсткість кантилевра k = k − F` . У разі тяжіння F’ >0 і резонансна частота
eff
1
1
 0 зміщується убік нижчих значень  0 = ( keff / meff )2 . Таким чином,
2
реєструючи зміну резонансної частоти, можна вимірювати градієнт сили
взаємодії між голкою і поверхнею.
Більшість оптичних пристроїв реєстрації відхилень кантилевра можуть
працювати в режимах постійного і змінного струму. Найбільш чутливим
датчиком переміщень є гетеродинний інтерферометр. В ньому зсунута за
частотою частина пучка Не - Ne лазера, сформована високочастотним
бреговським модулятором, інтерферує із зсунутою за фазою частиною пучка,
відображеного від кантилевра. Власний шум такого датчика набагато менше
шуму, пов'язаного з тепловими коливаннями самого кантилевра, який складав
10-3 нм/Гц1/2. Гетеродинний метод реалізований тільки в режимі змінного
струму.
Існують методи прямого вимірювання частоти коливань кантилевра,
проте при роботі на повітрі частіше використовують методику "вимірювань на
схилі" [12], суть якої зрозуміла з рис. 1.5. Вимушені коливання кантилевра
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
17
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

збуджуються на фіксованій частоті C , близькій до  0 . При цьому оптичними
або іншими методами реєструється амплітуда коливань кантилевра А на
частоті C . Під дією сил тяжіння резонансна частота  0 зменшується до
значення що призводить до зниження амплітуди коливань на частоті C на
величину A . При скануванні за допомогою ланцюга зворотного зв'язку і
п’єзотрубки підтримується постійною така ефективна середня відстань голка
- зразок, щоб амплітуда коливань на частоті залишалася незмінною. В
результаті при русі уздовж поверхні зберігається зрушення частоти і голка
описує контур постійних значень F'.
З теоретичних оцінок для мінімально реєстрованого значення градієнта
сили:
k 1/ 2
F `
m =
1/ 2 1/ 2
AQ  0 ,
витікає, що максимальна чутливість досяжна при використанні жорстких
голок з високими значеннями добротності і резонансної частоти.
Проміжне положення між контактним і безконтактним займає режим
періодичного короткочасного контакту голки з поверхнею в процесі
сканування («tapping mode» - метод «постукування») [13]. Такий режим
досягається за рахунок збільшення амплітуди коливань кантилевра з 10 до 50-
100 нм. При таких амплітудах голка стикається з поверхнею у момент
максимального відхилення кантилевра вниз від положення рівноваги, що
істотно змінює частоту, фазу і амплітуду його коливань. Ці зміни
реєструються так само, як в описаному вище безконтактному методі
вимірювань по змінному струму. У деяких АСМ періодичне торкання голкою
поверхні реалізується шляхом модуляції довжини п’єзотрубки, на якій
закріплений зразок [13], в цьому випадку реєструється величина відхилення
кантилевра у момент торкання із зразком. Режим «постукування»
характеризується вищим латеральним дозволом в порівнянні з режимом
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
18
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

постійного контакту голки із зразком. Це пояснюється тим, що на голку при її
русі уздовж поверхні і короткочасному періодичному зіткненні із зразком не
діють бічні сили тертя, що викликають додатковий вигин кантилевра. Крім
того, при короткочасному контакті менш вірогідне пошкодження голки або
перенесення на її кінчик забруднень з поверхні.
На жаль, п’єзокераміка, з якої виготовляються сканери, володіє цілим
рядом недоліків, що призводять до помітних спотворень горизонтальних і
вертикальних розмірів об’єктів, які спостерігаються в АСМ. Ці спотворення
особливо помітно проявляються при швидкому скануванні (> 1 мкм/с) ділянок
мікронних розмірів. Вони викликані гістерезисом п’єзокераміки та її
нелінійною деформацією (вигином, розтягуванням, стисненням) в залежності
не тільки від величини прикладеної напруги, але і від швидкості його зміни
[14]. Останній з перерахованих недоліків викликаний так званим крипом
п’єзокераміки, який обумовлений кінцевою швидкістю повороту її
позиціонування в електричному полі. Сканери, що використовують ефект
електрострикції, позбавлені деяких з цих недоліків, проте володіють іншими:
у них деформація має сильну температурну залежність і квадратично залежить
від величини напруги, тому вони не знайшли широкою застосування [11].
Описане в роботі використання тестових періодичних структур і
подальше комп’ютерне коректування функцій розгортки напруги, що керують
скануванням, не завжди дозволяють усунути спотворення в АСМ –
зображеннях. Радикальним, хоча технічно складнішим, засобом є
використання додаткових незалежних датчиків переміщень п’єзотрубки і
зразка (рис. 1.6).
Зокрема, для отримання даних про горизонтальні переміщення
кантилевра, прикріпленого до п’єзотрубки, можуть бути використані датчики
ємності. Лазерні інтерферометри застосовуються для точного позиціонування
зразка щодо голки кантилевра в горизонтальній площині, що необхідне при
скануванні в заданих точках поверхні об’єктів великих розмірів. Сучасні
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
19
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

інтерферометричні методи контролю і пристрої переміщення на основі
прецизійних крокових двигунів дозволяють позиціонувати зразок з точністю
до декількох нанометрів на площі в декілька десятків квадратних сантиметрів.
За рахунок комп’ютерного коректування АСМ – зображень з використанням
незалежних точних даних про горизонтальні координати кантилевра
погрішність у визначенні розмірів мікронних поверхневих структур не
перевищує декількох нанометрів. Це особливо важливо при використанні
АСМ як метрологічний інструмент в сучасних твердотільних нано- і
мікротехнологіях.

Рисунок 1.6 – Схема блоку сканування АСМ з незалежними датчиками
переміщення: 1 - трубчастий п’єзосканер; 2 - датчики ємностей положення
п’єзотрубки; 3 - ємнісний датчик відхилення кантилевра; 4 - зразок;
5 - прецизійний пристрій переміщення зразка; 6 - інтерференційний датчик
положення зразка.

Необхідно відзначити також ще одну перевагу АСМ: керування
скануванням та збір інформації в ньому повністю комп’ютеризовані. Сучасне
програмне забезпечення по обробці тривимірних зображень (обертання, різні
типи фільтрації і згладжування, кольорове контурування, Фур’є-аналіз)
дозволяє оперативно отримувати на моніторі комп’ютера зображення
поверхні в зручному і наочному для користувача вигляді.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
20
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Одним з істотних недоліків АСМ, викликаним обмеженим розміром
максимального поля сканування, є певна складність в позиціонуванні голки
над потрібним місцем поверхні. Частково ця проблема знімається додатковим
оснащенням сучасних АСМ оптичними мікроскопами з телекамерами, що
дозволяють здійснювати первинне позиціонування голки з точністю до
десятків мікрометрів.
Основні технічні складнощі при створенні мікроскопа:
- cтворення голки, загостреної дійсно до атомних розмірів;
- забезпечення механічної (зокрема теплової і вібраційної) стабільності на
рівні краще 0,1 ангстрема.
- створення детектора, здатного надійно фіксувати такі малі переміщення.
- створення системи розгортки з кроком в долі ангстрема.
- забезпечення плавного зближення голки з поверхнею.
Зображення, отримані на АСМ, можуть бути спотворені гістерезисом
п’єзокерамічного матеріалу сканера, а також перехресними паразитними
зв'язками, що діють між X, Y, Z елементами сканера, що може призвести до
потреби у програмній корекції. Сучасні АСМ використовують програмне
забезпечення, яке вносить виправлення в реальному масштабі часу
(наприклад, особливість-орієнтоване сканування, особливість-орієнтоване
позиціонування), або сканери, забезпечені замкнутими слідкуючими
системами, які практично усувають дані проблеми. Деякі АСМ замість
п’єзотрубки використовують XY і Z елементи сканера, механічно непов'язані
один з одним, що також дозволяє виключити частину паразитних зв'язків.
АСМ можна використовувати для визначення типу атома в кристалічній
решітці.

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
21
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

1.2. Вплив окремих конструкційних елементів АСМ на точність
проведених вимірювань
Мікроскоп складається з важкого (1,2 кг) литого латунного тіла - якоря із
складними пазами і чотирма виступами, на якому зібрана прецизійна
кінематика мікроскопа. Через високу теплопровідність латуні на неї завжди
доводиться невеликий перепад градієнта температур, що в сукупності з
центральною симетричністю якоря і всієї конструкції мікроскопа забезпечило
низький температурний дрейф за осями X і Y (не більше 1 нм/гр.). Жорсткість
литого якоря і його невеликі розміри (50 мм по висоті) визначили високу
частоту його основного механічного резонансу (8 кГц), що забезпечило
несприйнятливість мікроскопа до вібрацій і звукових перешкод. Якщо
встановити мікроскоп на окремому столику (не на столі з комп'ютером, що
створює вібрацію вентиляторами) і не в тій стороні, куди дмуть або
вентилятори комп'ютера, або кондиціонер, або протяг з-під вікна чи дверей, то
навіть без використання вбудованої в мікроскоп вібропідвіски мікроскоп
даватиме дозвіл на рівні 10 А.
При вивченні за допомогою АСМ електричних характеристик поверхні
використовуються провідні кантилеври з низькоомного Si [9]. Силова
взаємодія голки з поверхнею приводить до пружного зсуву (вигину)
кантилевра від положення рівноваги. Оскільки при вимірюванні дуже малих
сил міжатомної взаємодії такий зсув може складати всього лише долі
ангстрема, принципово важливими для АСМ є методи реєстрації положення
кантилевра.
В даний час існує близько десятка методів високоточної реєстрації сил
взаємодії кантилевра з поверхнею. Основними параметрами, що
характеризують їх чутливість, є мінімальні значення сили ( Fm ) або градієнта
сили Fm , які реєструються АСМ. Досить часто чутливість оцінюють по
спектральній щільності шумів вимірювального тракту у вигляді мінімального
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
22
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

реєстрованого середньоквадратичного відхилення кантилевра в даному
частотному діапазоні.
Відносно простий і тому, мабуть, найбільш поширений метод, заснований
на реєстрації відхилення сфокусованого променя напівпровідникового лазера,
відбитого від кінчика кантилевра. Саме на такому принципі заснована оптична
система реєстрації зсувів кантилевра в силовому мікроскопі (рис. 1.5).
У мікроскопах такого типу відображений пучок світла падає в центр двох-
або чотирьохсекційного фотодіода, включеного за диференціальною схемою.
У простому випадку двохсекційного фотодіода реєструється вертикальне
відхилення кантилевра у вигляді різницевого сигналу розузгодження від двох
вікон фотодіода. За допомогою чотирьохсекційного фотодіода можна
реєструвати не тільки вертикальний вигин, але і тангенціальну складову
вигину кантилевра (деформацію кручення), що виникає під дією бічних сил в
площині зразка (наприклад, сил тертя, направлених паралельно траєкторії
руху голки). Останні найсильніше виявляються при скануванні в контактному
режимі в напрямі, перпендикулярному довгій осі кантилевра. Проте через те,
що кантилевр, як правило, розташований під кутом 10°- 20° до поверхні зразка,
сили тертя приводять до помітного вигину кантилевра і при скануванні уздовж
напряму, співпадаючого з його віссю (по осі X на рис. 1.5).
У мікроскопі можуть застосовуватися кантилеври виробництва різних
фірм, призначені для «контактного» АСМ-режиму. Краще вибирати
кантилеври з довгими (більше 200 мкм) і м'якими (нітрид кремнію, жорсткість
менше 0,05 Н/м) балками. При постачанні в комплекті мікроскопа додаються
одні з самих кращих кантилеврів для контактної режиму - кантилеври фірми
Veeco, США. Вони мають п'ять балок з одного боку і одну балку з іншого боку.
П'ять балок з одного боку вигідно мати для можливості вибору потрібної по
жорсткості балки. Чим жорсткіше кантилевр, тим він сильніше притискається
до зразка і точніше описує його рельєф, але це можна використовувати,
відповідно, тільки на жорсткіших зразках. Буває, що кантилевр випадково
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
23
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

випадає з рук і у нього ламаються балки, при цьому наявність п'яти балок
добре тим, що не всі вони ламаються і якісь залишаються цілими.
Основна ж причина виходу з ладу кантилевра - це налипання на кінець
голки чогось із зразка через що кінець голки вже не є радіусом в 100-200
ангстрем. Отримувані при цьому кадри дуже розмиті, на них немає різкості і
ніякого дозволу. Відмити налиплий на голку бруд, зазвичай, не вдається.
Промивка в спирті або ацетоні ще більше збільшує кількість бруду. Налипання
бруду відбувається, якщо на поверхні зразка є погано закріплені наночастки
(наприклад, при дослідженні порошків) і атоми (наприклад, атоми графіту),
які стрибають на голку через особливі властивості поверхневого натягу на
гострих радіусах. Налипання бруду характерне для органічних і біоорганічних
зразків, а також для зразків, промитих в спирті, ацетоні або інших
розчинниках. Плівка органічних забруднень, що висаджується на поверхню
зразка, з розчинників зазвичай має товщину від сотень до тисяч і більше
ангстремів. Тому, якщо зразок просто запилений, промивати його не варто -
краще постаратися здути порошинки чистою гумовою грушею, або сканувати
з порошинками і знаходити області на зразку без них.
У АСМ-режимі допомагає магнетронне напилення на голку тонкої плівки
з силіциду вольфраму при використанні в магнетроні вольфрамової мішені з
наклеєним провідним клеєм шматочком графіту. Плівка силіциду вольфраму
довго (більше місяця) не окислюється, є жорсткою при товщині починаючи з
30-40 ангстрем, має малий середній розмір зерна близько 5 ангстрем. Всі ці
обставини працюють на користь АСМ-режиму. Через малу товщину плівки,
набагато меншу від радіусу заокруглення голок кантилевра і малої зернистості
плівки, що не збільшується з часом, не погіршується дозвіл зображення. Всі
незакріплені частинки і атоми, органічний бруд, і самі органічні і біоорганічні
об'єкти покриваються цією плівкою і не забруднюють голку. На поверхні
плівки силіциду вольфраму немає незакріплених частинок і атомів. Крім того,
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
24
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

завдяки додаванню плівкою жорсткості м'яким органічним і біоорганічним
об'єктам кантилевр не продавлює їх і дає менш спотворені через це кадри.
Порядкове переміщення (сканування) голки кантилевра уздовж поверхні
зразку здійснюється за допомогою п’єзосканера, що зазвичай представляє
собою трубку з п’єзокераміки, на поверхню якої нанесено три пари розділених
електродів (рис. 1.5). Під дією прикладених до п’єзотрубки напруги U X та UY
, вона згинається, забезпечуючи тим самим переміщення кантилевра відносно
зразка по осях Х і У, під дією напруги UZ — стискається або розтягується, що
дозволяє змінювати відстань голка — зразок.
При скануванні в контактному режимі використовуються два методи
реєстрації мікрорельєфу. У першому випадку (режим "постійної сили")
різницевий сигнал від фотодіода через ланцюг зворотного зв'язку
перетвориться в U і подається на трубчастий п’єзосканер. Залежно від того,
Z
виступ або западина зустрічається на шляху голки, п’єзотрубка стискається
або розтягується по осі Z так, що кантилевр майже не зміщується від
положення рівноваги. Вимірюваним сигналом є напруга U , що управляє
Z
довжиною п’єзотрубки. Такий режим забезпечує мінімальний постійний тиск
голки близько 10-9 Н як на виступах, так і в заглибинах поверхні і
використовується при вивченні м'яких поверхонь або поверхонь з розвиненим
мікрорельєфом.
У другому випадку (режим "постійної висоти") зворотний зв'язок
відключений, тому при скануванні довжина п’єзотрубки залишається
незмінною, а в АСМ реєструється безпосередньо різницевий сигнал
фотодіода, пропорційний реальному відхиленню кантилевра, що взаємодіє з
нерівностями поверхні. Такий метод використовується переважно при
дослідженні кристалографічних атомно-плоских поверхонь при полях
сканування нанометрового масштабу. Завдяки вищій чутливості і
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
25
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

малоінерційності цей метод дозволяє отримувати ангстремну розподільчу
здатність.
Диференціальний метод реєстрації відхилення відображеного лазерного
променя в принципі дозволяє реєструвати відхилення кантилевра величиною
всього 100 нм, проте в реальних експериментах через різні перешкоди, зокрема
флуктуації на повітрі довжини оптичного шляху лазерного променя,
мінімальний реєстрований вертикальний зсув кантилевра складає 0,1 мм, а
мінімальна реєстрована сила — 10-9 Н. При цьому зазвичай використовуються
"м’які" кантилеври з жорсткістю від 0,01 до 0,1 Н/м [13].
Серед інших засобів реєстрації відхилення кантилевра при вимірюваннях
в контактному режимі слід зазначити ємнісно- і п’єзорезистивний датчики
переміщень. Одна з головних переваг таких датчиків — їх компактність, що
дозволяє розмістити кантилевр разом з датчиком на п’єзосканер (рис. 1.6). Це
особливо важливо при рішенні прикладних задач, коли розміри досліджуваних
об'єктів можуть перевищувати декілька сантиметрів. Такі зразки не можна
закріплювати на п’єзосканері не тільки через їхні великі розміри, але і
внаслідок того, що із збільшенням маси зразка, прикріпленого до п’єзотрубки,
зменшується резонансна частота механічних коливань скануючого пристрою
АСМ і, як наслідок, знижується перешкодозахищеність приладу від зовнішніх
вібрацій і шумів.
У датчику ємності однією з обкладок є металізована тильна сторона
кантилевра, віддалена від іншого (нерухомою) обкладання на 8 – 20 мкм. При
вигині кантилевра зазор між обкладками міняється, через що міняється і
ємність конденсатора. Вимірюючи ємність, можна реєструвати не тільки
вертикальне відхилення кантилевра, але і його деформацію кручення. Для
цього протилежна кантилеверу нерухома обкладка ділиться вздовж осі X на
дві ізольовані частини, утворюючи дві ємності, які змінюються по-різному при
деформації кантилевра під дією бічних сил.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
26
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

У іншому типі ємнісних датчиків кантилевр має вид коромисла з точкою
опори в середній частині. Відхилення такого кантилевра приводить до
протилежної зміни ємностей С1 і С2 (рис. 1.6). Регулюючи напругу,
прикладену до його обкладок, можна міняти жорсткість кантилевра, що,
зокрема, дозволяє запобігати описаному нижче явищу прилипання до поверхні
голки кантилевра з малою жорсткістю. Відрізняючись малим рівнем шумів на
низьких частотах, ємнісний датчик вимірює F ≈ 10-9
m H.
Ще компактнішим, ніж ємнісний, є п’єзорезистивний датчик переміщень,
що є тонким шаром (0,5 мкм) кристалічного високолегованого кремнію,
сформованим на гнучкій частині високоомного кремнієвого кантилевра
довжиною від 25 до 400 мкм. При вигині кантилевра в нім виникає пружна
напруга, що розтягує або стискає поверхневий шар низькоомного Si, який
характеризується сильним п’єзорезистивним ефектом і таким чином міняє свій
опір струму при деформації. При включенні такого датчика в одне з плечей
містка Уітстона можна зареєструвати відхилення кантилевра від 710-2 до
10-2 нм в смузі частот від 10 до 103 Гц. Такі кантилеври відрізняються
високими жорсткістю k (5 - 100 Н/м) і  0 (40 - 800 кГц).
В якості високоточних датчиків переміщень в АСМ широко
використовуються інтерференційні оптичні пристрої [14]. Їх перевагами є
простота і точність калібрування вертикального відхилення кантилевра (без
використання спеціальних калібрувальних зразків з наперед відомими
висотами мікрорел’єфу), а також нечутливість до деформації кручення
кантилевра, що дозволяє розділяти внесок вертикальних і бічних сил, що діють
на голку при скануванні.
У гомодинному інтерферометрі лазерний промінь відбивається від
кантилевра та інтерферує з частиною пучка, відображеного від опорної
пластини.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
27
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.7 – Резонансна крива коливань кантилевра до 1 і після 2 силової
взаємодії з поверхнею зразка

Інтерференційна картина збільшується до 20 мм в діаметрі і проектується
на екран з вузькою щілиною, зображення якої фокусується на фотодіоді [9].
Мінімальна сила, що детектується у такий спосіб, складає F = 3 10−9
m Н, проте
такий датчик не захищений від низькочастотних шумів. Використання
оптичних волокон як світловодів дозволяє скоротити довжину оптичного
шляху на повітрі до декількох десятків мікрометрів і за рахунок цього значно
−4
понизити рівень шумів, спектральна щільність яких (1,7 10 нм/Гц1/2 )
наближається до межі, визначуваної тепловими шумами реєструючої системи.
У іншій інтерферометричній схемі [9] лазерний промінь розділяється на два
пучки (опорний і вимірювательний), які розповсюджуються по двом
світловодам і відбиваються відповідно від основи і вільного кінця кантилевра.
За такою ж схемою працює інтерферометр, де опорний і вимірювальний пучки
мають взаємно перпендикулярну поляризацію, по відносній зміні фази цих
пучків реєструється відхилення кантилевра [6]. Подібні методи значно
зменшують чутливість АСМ до флуктуацій довжини оптичного шляху і
інтенсивності випромінювання лазера, що дозволяє реєструвати відхилення
кантилевра величиною всього 10-3 нм.

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
28
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

1.3. Відомі методи та алгоритми позиціонування об‘єктів в робочій
зоні
Способи позиціонування. У технології поверхневого монтажу
компонентів розрізняють чотири способи позиціонування компонентів:
Конвейєрне позиціонування («потоково-послідовне позиціонування»).
Плата рухається по конвейєру уздовж декількох модулів позиціонування.
Кожен модуль здійснює розміщення одного типу корпусів (рис. 1.8) [14].
В пристосуванні до процесу сканування матимемо рухомий зразок та
фіксовані зонди, при чому кожен зонд скануватиме одну координату.
Послідовне одиничне або групове позиціонування.
Одна або дві керовані від ЕОМ монтажні головки вибирають компоненти
з живильників і встановлюють їх на платі. У деяких автоматах рухома головка
переміщується в двох напрямах (X і Y), тоді як в інших автоматах під
нерухому головку підводиться рухомий стіл для позиціонування компонентів.
Цей спосіб позиціонування в даний час використовується найчастіше [14]
(рис. 1.9).
В пристосуванні до процесу сканування матимемо зразок та зонд, що
рухомі в площині Х-Y, а сканування відбуватиметься послідовно ряд за рядом.

Рисунок 1.8 – Конвеєрне позиціонування Рисунок 1.9 – Послідовне позиціонування
- рухомий зразок та фіксовані зонди; - зразок та зонд рухомі в площині Х-Y;
- кожен зонд сканує одну координату. - сканування відбувається послідовно

рядок за рядком.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
29
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.10 – Послідовно-паралельне Рисунок 1.11 – Потоково-параллельное
позиціонування позиціонування
- фіксовані зонди, а зразок рухається в - зонд та зразок фіксовані;
площині Х-Y; - скануються одночасно всі точки
- сканування послідовне за координатою поверхні
Х та паралельне за координатою Y.

Послідовно-паралельне позиціонування.
Послідовно-паралельне позиціонування ще називають синхронно-
послідовним, оскільки воно здійснюється в декілька прийомів, причому за
один прийом встановлюється відразу декілька компонентів в корпусах різної
складності.
В цьому випадку автомати мають координатний столик, на якому
кріпиться плата і послідовно розташовані монтажні багатозахватні головки.
Столик разом з платою може переміщатися по осях X-Y за наперед складеною
програмою. Кожна головка встановлює свій тип компоненту або послідовно,
або одночасно (рис. 1.10).
В пристосуванні до процесу сканування матимемо фіксовані зонди, а
зразок буде рухатися в площині Х-Y, при чому сканування відбуватиметься
послідовно за координатою Х та паралельно за координатою Y.
Масове або потоково-паралельне позиціонування.
Багатозахватні головки за один прийом встановлюють на плату великий
набір компонентів. За одну операцію ними заселяється частина або вся плата
[54] (рис. 1.11).
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
30
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Метод масового розміщення більш за все застосовний до дуже високих
об’ємів продукції, що випускається, з низьким ступенем змішаності
компонентів для різних типів монтажу. Автомати-укладальники, що
використовують метод послідовного групового розміщення, можуть
забезпечити високий рівень гнучкості виробництва, але з нижчою швидкістю
позиціонування. Вони застосовуються у разі низького або середнього об'єму
виробництва виробів з високим ступенем змішаної монтажу. Послідовно-
паралельні автомати найкращим чином пристосовані для середніх і високих
об'ємів робіт при низькому ступені змішаної монтажу.
У деяких автоматах передбачена можливість зміни монтажних головок і
захоплень. Це збільшує гнучкість виробничих ліній, хоч і знижує
продуктивність.
В пристосуванні до процесу сканування матимемо фіксовані зонд та
зразок, а всі точки поверхні будуть скануватися одночасно.
Точність в системах приводів. Про якість переміщення об'єкту
позиціонуючою системою можна судити за точністю позиціонування,
точністю повторюваності і кутом відхилення. Найкритичніший аспект
системи, якщо говорити про її точність, це вид приводу. Для перетворення
обертання двигуна в лінійний рух каретки в приводній системі
використовуються шарико-гвинтові пари, трапецеїдальні різьблення або
зубчаті ремені.
Окрім приводу, причиною помилок точності також можуть бути
кріплення і профіль лінійних елементів. Слідством може бути кутове
відхилення, що негативно впливає на загальну точність системи. Неточності в
приводних системах можна пояснити наступними причинами [15]:
1) помилки кінематики;
2) Кінематичні помилки позиціонування виникають, по суті, через похибки
кроку ходового гвинта. Вони позначаються безпосередньо на результатах
вимірювання.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
31
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

3) мертвий хід;
Помилки реверсу при позиціонуванні можуть мати різну природу.
Причинами можуть бути зазори і еластичність у поєднанні з силами тертя. Так
звана помилка накопичення внаслідок зсуву кульки при запуску шарико-
гвинтової пари з прецизійним переднатягом (з двома точками контакту) також
може приводити до помилок близько 1 - 10 µm.
4) деформація механізму подачі під впливом динамічних сил
До зміни механізму подачі, по суті, приводять: інерційна сила при розгоні
санчат, сили обумовлені технологічним процесом (якщо є) і сили тертя в
направляючих. Вони приводять до зсуву дійсного положення лінійних
елементів щодо заданої позиції [16].
5) сили прискорення;
Типова маса санчат і помірне прискорення 2 м/с2 приводять до відхилення
в значеннях переміщень від 5 до 10 мікрометрів, не розпізнаваному системою
обертання гвинт-привід. При вищих значеннях прискорення зростає і
відхилення.
6) сили тертя;
Значення сил тертя в направляючих, залежно від типу установки,
складають від 1 % до 2 % нормальної сили (для роликових направляючих) і від
3 % до 12 % нормальної сили (в разі направляючих ковзання). Таким чином,
при величині нормальної сили в деформація механізму подачі внаслідок сил
тертя така незначна, що нею можна знехтувати.
7) тертя в гайці ходового гвинта.
Як правило, в гайці ходового гвинта виникає велика частина тертя
системи подачі. Причина цього криється в складній кінематиці гайки. На
перший погляд, всупереч руху кочення кульок, відбувається значний внесок в
тертя ковзання. Разом з мікрозначеннями пробуксовки внаслідок відносного
руху в деформованій зоні контакту, виникає і макропробуксовка внаслідок
обмежених кінематичних умов. Кульки не є повністю відомими у в канавках
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
32
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

різьблення і випробовують биття, як „тенісні м'ячі у стічній трубі". Слідством
є постійне зіткнення і зрушення кульок, а також їх прослизання. Має місце
значне тертя між кульками через високий питомий тиск внаслідок
безсепараторного переміщення.
Як і в будь-якому радіально-пружному шарикопідшипнику виникає тертя
кручення через коло торкання, яке не перпендикулярно розташоване до осі
обертання. Кожна кулька обертається в площині кола торкання. Нові
дослідження вказують на те, що рух кульок в різьбленні можливий тільки
через додаткове ковзання, обумовлене кроком різьблення. Система обертання
- особлива проблемна зона приводів з кульково-гвинтовою парою. При
кожному вході кульки в систему обертання, також як і при виході з неї,
характер руху кульки повністю змінюється. Серед іншого, енергія обертання
кульки кожного разу повинна наново поновлюватися і гаситися. В
протилежність навантаженій ділянці різьблення, кульки, поступаючи в
систему обертання, не так обмежені в русі. Таким чином, виходячи з
міркування енерговитрат, система обертання є переважним місцем
знаходження кульок. Без різних спеціальних прийомів для повернення кульок
в різьблення в кінці системи обертання, неминучий затор кульок, який може
привести до її повного затиску.

Рисунок 1.12 – Проблемні зони приводу з шарико-гвинтовою парою

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
33
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Аналіз помилок. Вимірювання фізичної величини означає
експериментальне знаходження значення цієї величини в заданих одиницях.
Точне (істинне) значення вимірювання визначити неможливо, оскільки не
існує вимірювань без помилок. Такими є:
Тип помилки Причина
Інструментальна помилка Неправильне калібрування
Невірне прочитування результатів,
Людський чинник
перешкоди
Некоректне проведення
Методичні помилки
вимірювання

Всі помилки можна розділити на систематичні і статистичні.
Про систематичну помилку говорять, якщо при кожному вимірюванні в
однакових умовах результат відрізняється від правильного значення в один бік
і на однакову величину. Цю помилку можна відмітити тільки у випадку, якщо
правильний результат відомий. Типовою систематичною помилкою є
погрішність градуювання вимірювального приладу.
Як тільки систематичні помилки розпізнані і за допомогою методу
складання максимальних значень помилок враховані їх межі, дійсне значення
величини вимірювання (без урахування статистичних помилок) знаходиться
між E - ΔE и E + ΔE.
При статистичній помилці проведення повторного виміру тієї ж самої
величини вимірювання за здавалося б незмінних умов вимірювання не всякий
раз приводитиме до повторення результату. Це можна пояснити різними
чинниками: наприклад, тертям, установкою відмінною від оптимальної і т.д.
Багато причин статистичних помилок безпосередньо вимірюваних
величин впливають один на одного і приводять до результатів, що
відрізняються від вимірювання до вимірювання. Багатократне повторення
вимірювань дозволяє точніше визначити середнє значення величини. Серійні
вимірювання величини дозволяють визначити не тільки її середнє
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
34
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

(арифметичне) значення, але і оцінити достовірність вимірювання,
обчисливши середньоквадратичне відхилення.
Оцінити статистичну помилку можна на підставі величин „середнього
значення" „середньо-квадратичного відхилення" і „довірчого інтервалу".
Середнє значення величини серії з n вимірювань xi розраховується за
наступною формулою

1 m
x =  xi (1.1)
n i=2

Обчислене таким чином з кінцевого числа вимірювань середнє значення
величини тим точніше наближається до дійсного середнього значення µ, чим
більше проводиться кількість вимірювань n.

1 n
 = lim  xi (1.2)
n→ n i=1

Якщо дійсне значення відоме, то випадкову помилку Er кінцевого ряду
вимірювань можна обчислити як різницю. Оскільки на практиці, зазвичай,
мають справу з кінцевою малою кількістю вимірювань, а дійсне значення
невідоме, всі обчислення проводяться за допомогою середнього значення.
Середньоквадратичне відхилення служить мірою варіабельності
величини вимірювання. Кожне окреме вимірювання xi відхиляється
випадковим чином від середнього значення. Діапазон, в який потрапляють всі
вимірювання, визначається як середньоквадратичне відхилення s.
Середньоквадратичне відхилення s ряду вимірювань з n значеннями
обчислюється як квадратний корінь з окремих квадратичних відхилень,
розділених на (n-1). Вимірюється в тих же одиницях, що і самі величини.

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
35
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

1 n 2
sx = ( xi − x ) (1.3)
n(n −1) i=1

Інша іноді використовувана величина, відносне середньоквадратичне
відхилення Sr, розраховується за наступною формулою:

s
sr = (1.4)
x

При чималій кількості вимірювань, деякі значення зустрічаються частіше
за інших, а деякі, навпаки, вельми рідко. Як правило, середнє значення
зустрічається частіше за інших, а граничні - рідше за всіх. Якщо в системі
координат по осі абсцис (X-осі) відкласти значення вимірювань, а по осі
ординат (У-осі) частоту тієї, що зустрічається, то значення, як правило,
скупчуються в середній частині, а у міру видалення від середнього значення
симетрично убувають. Утворюється симетрично спадаюча колоколоподібна
крива з однією вершиною.
Цей випадковий розкид послідовності вимірювань у багатьох випадках
підходить під так званий нормальний розподіл. Він стійкий, симетричний і
однозначно визначений середнім значенням µ і середньоквадратичним
відхиленням σ. Серія вимірювань з кінцевим n не дозволяє точно визначити µ
і σ, їх замінюють і s.

Рисунок 1.13 – Нормальний розподіл

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
36
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Значення експериментально визначуваної фізичної величини в більшості
випадків неможливо визначити безпосередньо, оскільки спеціальне
устаткування не існує або недоступно. Необхідно зміряти значення декількох
величин, які, при підстановці у відповідні фізичні формули, дають можливість
розрахунку шуканої величини. Цей підхід носить назва непрямого методу
вимірювання.
Якщо результат вимірювання є функція декількох зміряних величин,
застосовується правило розрахунку погрішностей. При розрахунку помилки
ділять на систематичні і випадкові.
Систематичні помилки можуть компенсувати один одного. Мала
кількість систематичних помилок може зрушити результат в якомусь одному
напрямі. Цей випадок навіть вірогідніший. Тому часткова компенсація
систематичних помилок зазвичай не враховується, а розповсюдження
погрішностей обчислюють за допомогою складання максимальних значень
помилок, яке, у свою чергу, є повним диференціалом з підсумовуванням по
модулю. Систематична помилка Δy функції y = F (x1... xn) розраховується за
наступною формулою:

n    F F
y =   x j  = x1 + ...+ xn (1.5)
j=1 x 
j  x1 xn

Оскільки систематична помилка з рівною імовірністю як зменшує, так і
збільшує вимірювану величину, тобто має місце взаємна часткова компенсація
помилок, що входять в кінцевий результат, існує формула, що враховує цей
ефект. Якщо при нормальному розподілі вимірюваної величини відомі
стандартні відхилення s1...sn незалежних один від одного значень x1...xn, то
стандартне відхилення результату вимірювання розраховується по наступній
формулі:
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
37
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

n   
sy =   s j  (1.6)
j=1 
 x j 

При обговоренні точності приводної системи важливі наступні терміни:

Параметр Визначення Чинник впливу
Точність лінійного елементу,
Точність Максимальне відхилення між
приводу, двигуна дефекти
позиціонування дійсною і реальною позицією
гвинтової пари, люфт в системі
Здатність системи багато разів Точність повторюваності
Точність
досягати заданої позиції в лінійного елементу/двигуна,
повторюваності
одному і тому ж напрямі тертя
Кутовий дозвіл
Мінімальний досяжний приріст
Дозвіл двигуна,передавальне число,
позиціонування
крок різьблення
"Мертвий простір" між Знос/слабке місце між рухомими
Мертвий хід
рухомими частинами частинами

Абсолютна точність указує на відхилення між очікуваною заданою
позицією і середнім значенням реального положення, яке виходить в процесі
відвідин заданої позиції з різних боків (мультинаправленно). Термін
"абсолютний" виражає відношення характеризуючої величини до базової
системи координат системи. Абсолютну точність визначають як різницю
заданого і реального положення системи позиціонування. Вона описується
через середнє значення розсіювання плюс його діапазон.

G = P  R (1.7)

де: ΔP - відстань між заданою позицією і середнім значенням розсіювання;
R - діапазон розсіювання.
Точність повторюваності указує [17], наскільки точно приводна система
позиціонує при переміщенні в одному і тому ж напрямі і визначається як
усереднене відхилення між заданим і реальним значенням. Зміряти точність
повторюваності можна без прив'язки до системи координат, оскільки задана
позиція для порівняння не потрібна. Разом з однонаправленою точністю
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
38
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

повторюваності, в спеціальних випадках говорять про двонаправлену точність
повторюваності, коли переміщення в задану позицію відбувається з двох
боків.
Точність повторюваності - важлива величина для опису позиціонуючої
системи. Вона визначає розкид щодо середнього значення при множинному
позиціонуванні. Розкид позицій описується гауссовим або "нормальним"
розподілом. Середньоквадратичне відхилення - найпоширеніший спосіб опису
розкиду для такого розподілу. Стабільність визначається за допомогою трьох
стандартних відхилень, тобто за «правилом 3σ» з вірогідністю 99,74%
(відповідно до прийнятого в ISO визначення).

Рисунок 1.14 – Точність повторюваності (розкид щодо середнього
значення при множинному позиціонуванні)

Нормами, що визначають точність системи приводів, є: ISO 230-2; ASME
B5.54.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
39
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Оцінка помилок позиціонування системи приводів. Розбір помилок
позиціонування є комплексним завданням і знаходиться в тісному зв'язку із
структурою системи.
Оцінку точності проведемо на наступному прикладі. У ньому ми
розглянемо 3-х координатну систему позиціонування (рис. 1.15). Вплив всіх
системних помилок, нарешті, сконцентрований на одній точці „самого
внутрішнього" лінійного елементу. На даній точці додатку системи або
центральній координаті інструменту системи (Tool Center Point, TCP)
закріплений вантаж (робочий інструмент, у випадку верстата). Сумарну
помилку в цій точці системи можна розділити на компоненти просторового
вектора (x, у, z). В даному прикладі припустимо, що TCP знаходиться на кінці
осі Z. Компоненти просторового вектора складаються з: помилки за напрямом
осі X; помилки за напрямом осі Y та помилки за напрямом осі Z. Кожна з цих
помилок має статичну і динамічну складові.

Рисунок 1.15 – Приклад для розрахунку точності деякої системи

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
40
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Статична складова і компоненти помилки. Для розгляду статичних
помилок у напрямі осі X оцінимо можливий «перекіс» осі Y. Пара кареток осі
X переміщається не абсолютно синхронно. Наслідком цього є зсув осі Y, яка
відхиляється в площині осі X. Цю помилку можна розрахувати за допомогою
подібних трикутників. Помилка позиціонування по осі X є сумою помилки
позиціонування приводу та помилок внаслідок люфта осі Y.
Теоретично, існує ще одна помилка, що впливає на зсув через
вертикальне положення осі Z. Відповідно, ця помилка вносить свій внесок до
компонентів помилок осей X і Y. Проте, вона помилка дуже мала і на практиці
не враховується.
Отже, статична сумарна помилок за напрямом руху по осі X є сумою
помилки позиціонування лінійного елементу, що служить віссю X, та помилки
«перекосу» осі Y.
При розгляді статичних помилок при русі по осі Y визначили, що
статична сумарна помилка при русі осі Y є помилою позиціонування лінійного
елементу, що служить віссю Y.
А при розгляді статичних помилок при русі по осі Z вийшло, що статична
сумарна помилка при русі осі Z складається з наступних компонентів:
- помилка позиціонування лінійного елементу, що служить віссю Z;
- максимальне прогинання осі X;
- максимальне прогинання осі Y.
Прогинання (рис. 1.16) залежить від геометрії, типу і матеріалу лінійного
елементу, а також від позиції навантаження. Наближення прогинання можна
розрахувати за наступною формулою:
−Fl3
fmax = ; (1.8)
192EI
−Fl3
y = (1.9)
max
3EI
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
41
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

де F - сила [Н], l - відстань між опорами [м], E - модуль еластичності [Н/мм²],
I - момент інерції площі [см4]

Рисунок 1.16 – Схема прогинання при різних позиціях навантаження

Динамічна складова помилки. При коротких робочих циклах час
відновлення системи скорочується. При цьому можуть виникнути помилки
точності, які пояснюються інерційними силами. Їх можна врахувати,
представивши прогинання як результат сумісної дії статичних сил і сил інерції.
Існує загальна методика розбору позіціонування лінійних модулів, яка
заключається в тому, що для кожного лінійного елементу проводиться по
9 серій вимірювань. Часовий інтервал між двома вимірюваннями - 1 година.
Кожна серія вимірювань складається з 10 (або >10) послідовних вимірювань
позицій в трьох положеннях: 1/5, 1/2 і 4/5 довжини проходу.
При цьому обчислюють значення для наступних величин:
1. Середньоквадратичне відхилення помилки позиціонування: середнє
значення відхилення при кожному з 10 вимірювань - Mi
2. Поле розсіювання: +/- 3 кратне середньоквадратичне відхилення десяти
вимірювань.
3. Максимальне і мінімальне середнє відхилення: Mimin; Mimax для кожної
з трьох позицій.
4. Середньоквадратичне відхилення з 90 вимірювань для кожної з трьох
заданих позицій.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
42
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

5. Для кожної з трьох позицій будується наступний графік:

Рисунок 1.17 – Приклад графіку відхилень для одної з трьох позицій

6. З'ясовуються максимальне і мінімальне відхилення для кожної серій
вимірювань:
max M = Mi max + 3S²q ;
min M = Mi min - 3S²q
Максимальне розсіювання для кожної з позицій розраховується, як
різниця між max M і min M.
7. Максимальна помилка позиціонування (абсолютна точність) - це max
abs (max M, min M).
Таким чином, виконаний літературний та патентний аналіз пристроїв,
призначених для позиціонування об‘єктів в робочій зоні, відзначив
актуальність розроблення пристрою прецизійного позиціонування зонду
атомно-силового мікроскопу, що забезпечує високоточне та оперативне
керування положенням скануючого зонду атомно-силового мікроскопу над
досліджуваною поверхнею.

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
43
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

2. Аналіз технічного завдання

Розроблюваний пристрій прецизійного позиціонування зонду атомно-
силового мікроскопу:
1. Пристрій інтегрується в електричну схему атомно-силового мікроскопу,
під‘єднуючись до виводів стабілізованої напруги блоку живлення
пристрою, який живиться від однофазної мережі змінного струму 220 В
частотою 50 Гц;
2. Пристрій призначений для роботи у стаціонарних приміщеннях за умов
нормальних значень відносної вологості (35-55%) та температури
оточуючого середовища в межах від +15 до +55 ºС;
3. Середній термін служби – не менше 5 років;
4. Вірогідність безвідмовної роботи пристрою за 30 тис.годин – 0,95;
5. Захист від ураження електричним струмом по класу ІІІ;
6. Габаритні розміри 350×350×450 мм;
7. Ступінь захисту корпусу – IP44

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
44
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

3. Розробка структурної схеми пристрою прецизійного позиціонування
зонду

На рисунку 3.1 представлена функціональна блок-схема пристрою
прецизійного позиціонування зонду.

Рисунок 3.1 - Блок-схема пристрою прецизійного позиціонування зонду

Розроблюваний пристрій складається з наступних блоків.
Відслідковування положення зонду здійснюється фотоелектричним
методом за допомогою лазерного променю, який генерується лазерним
фотовипромінювачем, відбивається від поверхні кінчика консолі зонда і
потрапляє на фотоприймач. Інтегрований сигнал, який отриманий
фотоприймачем і залежить від того, куди попаде контролюючий положення
зонду світловий промінь – на зонд (повністю відбивається на фотоприймач не
менше 95% інтенсивності світлового потоку) або на досліджувану поверхню
– поступає на мікроконтролер, де відбувається його перетворення вбудованою
програмою мікроконтролера. В залежності від результату оброблення сигналів
з оптодатчику, на виконавчий пристрій – електроіндуктивним приводом
подачі вимірювального зонду (блок керування приводом оптодатчику), який
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
45
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

дозволяє зміщувати фотоприймач в ту чи іншу сторону в залежності від
відхилення лазерного променя від кінчика консолі зонду і також пов‘язаний з
блоком колекторних двигунів управління робочої ділянки з досліджуваним
об‘єктом.
Для збереження програми керування мікроконтролером і системою
загалом, а також для збереження поточних виміряних значень,
використовується вбудована в мікроконтролер flash-пам‘ять.
Стабілізована напруга на керуючий пристрій прецизійного
позиціонування зонду поступає з блоку живлення атомно-силового
мікроскопу, який живить основні вузли та блоки вимірювального обладнання
та розроблюваного пристрою, а саме: блоку колекторних двигунів,
оптодатчиків, мікроконтролеру, тощо.

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
46
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

4. Розробка електричної принципової схеми пристрою прецизійного
позиціонування зонду

Електрична принципова схема пристрою прецизійного позиціонування
зонду показана на рисунку 4.1.
Силовий блок атомно-силового мікроскопу
C6
R12 R13
R30
C18 VD11
VD4 L2
C7 Т1 +3,3 В DD2
VD1 R3 R14 R22
+ + 28
+ + 1 Mute C22
C2 C3 VinC
C8 R7 C12
2
R15
VD3
DA1 3 4 27
VinL BAS R23
C1 L1 1
26 R24
6 NTK
VD2 R4 VD5 L3 PWD
R1 +5 В
7 25
REV Oin+
+ + +
C4 C9 R8 C13 R16 R31
24
Oin-
R11
R17 R25 R32
23
FU1 Vind
VD6 L4
8 22
Vcc1 GND
-20 В
+
C10 R9 C14 C16 C19 21
VCTL
+ +
220В 50Гц 20
Oout
DD1
1 8 VD10
Gnd DRin VD7 L5
10 19
VTR+ Vcc2
R33
2 7 +20 В
Vcc 18
+ + L6 C17 Vold-
C11 R10 C15
3 6
F8 17
Vold+ R26
R18 R34
4 5
MV VT1 VT3
13 29
VOC- Pv0
+ C20
R19
R2
VD9 14 30
VOC+ Pv0* R28
R35
R20 R27
+ C21
R29
R21
VT2 R36
L7
до колектора К1 до колектора К2
U1
C5 R5
R6
VD8
М1 М2

Рисунок 4.1 – Електрична принципова схема пристрою прецизійного
позиціонування зонду

Блок живлення виконаний по схемі імпульсного перетворювача. В
ньому застосований новий економічний контролер DD1 - FSD0265 (аналог
FSD0365), який дозволяє використовувати мінімальну кількість зовнішніх
елементів. Контролер має режим "м'якого" старту, захист від підвищеної
напруги і короткого замикання. На виводах 6, 7, 8 контролера формуються
високовольтні імпульси внутрішнього MOSFET-транзистора (650 В частотою
60 кГц).
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
47
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

При включенні в мережу напруга живлення з виходу діодного моста
VD1 через внутрішній перемикач поступає на схему "м'якого" старту. Після
цього на виводах 6-8 мікросхем DD1 з'являються перші імпульси, на всіх
обмотках трансформатора Т1 з'являється напруга і конденсатор С4
заряджається. Як тільки напруга на ньому досягне 12 В, контроллер
переходить в стабільний режим генерації. До виводу 3 DD1 підключена
оптопара U1 (LC817), за допомогою якої регулюється вихідна напруга блоку
жиивлення і у разі потреби, включається захист. Струм через діод оптрона U1
залежить від напруги на виході каналу +5 В з причини того, що катод діода
підключений до опорного джерела – стабілітрона VD8, а анод – до напруги +5
В. Змінна напруга (сигнал помилки) через оптрон U1 подається на вивід 3
контролера DD1. Мікросхема відпрацьовує помилку зміною тривалості
вихідних імпульсів. Якщо навантаження відключене і струм споживання
невеликий, то внутрішній генератор ШІМ виробляє імпульси малої
шпаруватості і потужність блоку живлення, що віддається в навантаження
зменшується. У разі перевантаження у вторинних ланцюгах, напруга на виводі
3 стає менше +3 В DD1 і робота контролера припиняється. Щоб запустити його
напруга на виводі 2 мікросхеми повина досягти 19 В.
Вихідні випрямлячі блоку живлення формують наступну напругу: +3,3 і
+5 В (для живлення елементів основної плати) +20 і -20 В (для живлення
колекторних двигунів).
Чотирьохсекційний фотоприймач DA1 розташований в корпусі
оптичного перетворювача, приймає, відбите від поверхні зонду
випромінювання лазерного діода VD11.
Управління електроіндукційними приводами подачі фотоприймача, а
також колекторами двигунів переміщення здійснюється за допомогою 5-
канальної мікросхеми DD2 AM5868S. Два її каналу використовуються для
управління колекторними двигунами і стежачими приводами.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
48
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

На DD2 поступають наступні сигнали: управління швидкістю
переміщення оптичної системи в радіальному напрямі - slegn (вивід 4), напруга
фокусування - fokus (вивід 1), а також порогова напруга +1,5 В (вивід 27). За
відсутності цієї напруги всі виходи мікросхеми DD2 закриті.
Для роботи ланцюга автоматичного регулювання швидкості з напруги,
що поступає на колектор двигунів М1 і М2 Vold-, Vold+ формується напруга
Oin+ і Oin- (виводи 24, 25), а їх результуючу напругу Oout (вивід 20) формує
сигнал MOCTL для точного коректування швидкості.
З використанням мікроконтролера DD2 також здійснюється
переміщення фотоприймача у вертикальному напрямі (fokus+/fokus-, виводи
13, 14) залежно від сигналів, які поступають на електроіндукційні приводи.

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
49
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

5. Розрахунок основних елементів електричної схеми

5.1. Вибір прецизійного стабілітрону та розрахунок балансуючої
ємності
Для отримання стабільного рівня напруги на оптопарі, і відповідно без
збійної роботи блоку живлення пристрою позиціонування проводимо вибір
прецизійного стабілітрону VD8 і далі – розраховуємо балансуючу ємність С5.
Вхідні дані до вибору стабілітрону: максимальний струм живлення схеми
I = 0,3 мкА; живляча напруга +9,1 В; вольт-часова характеристика стабілітрону
представлена на рисунку 5.1.

Рисунок 5.1 - Вольт-часова характеристика стабілітрону

Цим умовам задовольняє стабілітрон типу ZD101. Технічні
характеристики стабілізуємої ділянки наступні:
- напруга живлення схеми Uвх = 15 В;
- стабілізуєма напруга Uвих = 10 В  2%;
- спад напруги на ділянці Uспад = 5 В
Знаходимо характерні часові точки роботи стабілітрону. Так, на
інтервалі t2–t3 напруга на конденсаторі змінюється за законом:
Uc ( t ) = Uâõ sin ( t ) .
Оскільки напруга в точці t2 відрізняється від Uвх на Uспад = 5 В, тоді за
останньою формулою можна знайти t2 і t3:
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
50
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

 U − U   
arcsin вх спад U
  arcsin t3
 
 U
t вх  U
;
2 = t3 =  вх  ,
2    f 2    f
де f = 50 Гц – робоча частота схеми.
15 − 5  15 
arcsin  arcsin 
 15
t =  15
= 2,3 мс; t =  
2 3 = 5 мс.
2 3,14 50 2 3,14 50
Знаходимо час розряду конденсатора (t1–t2):
T T
t ,
1,2 = + − ( t3 − t2 )
4 4
де Т = 1/f = 1/50 = 0,02 с – період одного імпульсу.
0,02 0,02
t1,2 = + − (0,005 − 0,002) = 0,007 с.
4 4
Проводимо розрахунок ємності С5. На інтервалі t1–t2 напруга на
конденсаторі змінюється за законом:
(Uвх − I  t) U U
( ) або вх вх − I  t1,2
U t = − =1 ,
c
C1 C1 C1
звідки
Cф = I  t , C = 0,3 10−6  0,0073 = 2,2 10−9 Ф.
1,2 ф
Остаточно приймаємо конденсатор С5 – КМ-5а-2200пФ.
Таким чином, в результатах розрахунків був обраний стабілітрон VD8
типу ZD101 і розраховано значення балансуючої ємності С5 - КМ-5а-2200пФ.

5.2 Розрахунок силових каскадів керування оптопарою
Для розрахунку параметрів силового каскаду керування оптопарою
розглянемо еквівалентну схему, рисунок 5.2.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
51
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 5.2 – Еквівалентна схема каскаду із спільним емітером:
Rвндж – внутрішній опір джерела сигналу; Евх – ЕРС джерела сигналу;
α – коефіцієнт передачі струму емітера

Коефіцієнт α зв’язаний з фізичними характеристиками за формулами:
h
 = 12e + h21e , (5.1)
1+ h21e
re  (rк + R )
де h21e = н – коефіцієнт підсилення транзистора за схемою із
rк  (1− ) + re + Rн
спільним емітером.
Розрахункові формули для каскаду з спільним емітером:
re  (rк + R
= н)
Rвх ri + , (5.2)
rк  (1− ) + re + Rн
  r − r
Кі = к e , (5.3)
rк  (1− ) + rе + Rн
(rк − re)  rн
Ки = , (5.4)
rе  (rк + Rн) + rб (1− )rк + re + rн
−(rк − re)Rн
Ке = , (5.5)
rе  (rк + Rн) + (Rвндж. + rб) (1− )rк + rе + Rн
 rк + re 
R вих = rк  (1− ) + rе  1+  . (5.6)
 re + rб + R u 
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
52
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

де rб = 400 Ом; rе = 25 Ом; rк = 106 Ом; α = 0,98 – типові значення для
транзисторів типу 3906.
Із міркувань мінімального навантаження транзисторів Ru = 20 кОм, а
Rн складається з прямого опору світлодіода оптопари і додаткового резистора
R. Прямий опір світлодіода не перевищує 100 Ом, а із міркувань прямого
струму 6 мА, R= 2 кОм. Виходячи з цього, Rн = 2100 Ом.
В результатів розрахунків маємо значення:
25  (106 + 2100)
Rвх = 400 + =1532,3 Ом;
106  (1− 0,98) + 25 + 2100
0,98 106 − 25
Кі = = -44,3;
106  (1− 0,98) + 25 + 2100
(0,98 106 − 25)  20
Ки = = -60,7;
25  (106 + 2100) + 400  (1− 0,98) 106 + 25 + 20
−(0,98 106 − 25)  2100
Ке = = -4,3;
25  ( + 2100) + (100 + 400)  (1− 0,98) 106
rк  + 25 + 2100
6  0,98  2100 + 25 
Rвих =10  (1− 0,98) + 25  1+  = 21224,5 Ом.
 25 + 400 + 20 
Далі проводимо розрахунок елементів принципової схеми каскаду
(рисунок 5.3).

Рисунок 5.3 – Схема принципова електрична каскаду

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
53
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Головним чином, в даній схемі дестабілізуючий параметр –
температурна нестабільність.
Коефіцієнт температурної нестабільності:
1
SТ = , (5.7)
 
 1+ D 
1−
1 
 1− 
 B 
де D – коефіцієнт.
1 R3
D = + ; (5.8)
R2 R2
B – коефіцієнт передачі струму бази. Для наших транзисторів
В = 50...350, приймаємо В = 100.
Спільна нестабільність колекторного струму при зміні температури
переходу транзистора від 20ºС до 40ºС, ΔВ/В ≈ 0,1; Е = ΔUбе/1ºС ≈ 2,5мВ/ºС
обчислюється так:
 Т В
Iк = SТ Ік0 + + (Іб0 + Ік0) , (5.9)
 R e + Rб В 

де Ік0 – зворотній струм колектора;
Іб0 – зворотній струм бази.
В результаті розрахунків при R1 = 20 кОм, R2 = 1 кОм і при Rн = R3 +
Rcbd = 2,1 кОм, маємо:
1 2,1
D = + = 3,1;
1 1
1
SТ = = 3,2 ;
 
 1+ 3,1 
1−
1 
 1− 
 100 
 1,35 
Iк = 3,2  0,01+ + (0,02 + 0,015) 0,1 = 0,0855 А,
 25 + 400 

що є задовільно, оскільки ST < (3...5). В іншому випадку необхідно було б
зменшувати R1, R2 та R3.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
54
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Таким чином, в результатах проведених розрахунків було проведено
розрахунок каскадів керування оптопарами. При цьому необхідно пам’ятати,
що R2 шунтує вхідний, а R3 – вихідний опори і переходить межі розрахунку.

5.3. Розрахунок резонансної схеми індуктора
В якості основного елементу резонансної схеми обираємо стабілітрон
ZD101. Кремнієві варікапи призначені для електронної настройки і генерації
гармонік. Як і усі твердотільні прилади, вони відрізняються підвищеною
надійністю в порівняні з механічними пристроями. Сімейство таких варикапів
має граничну зворотну напругу 60 В, що відповідає керуючій напрузі в схемі.
На рисунку 5.4 показана паралельна резонансна схема.

Рисунок 5.4 - Схема, що настроюється в резонанс за допомогою стабілітрона

Необхідно вибрати стабілітрон VD1 для настройки в резонанс котушки
індуктора L1.
Котушка з сердечником дозволяє змінювати індуктивність в діапазонах
6,5...9,5 Гн. Керуюча напруга за допомогою потенціометра R1 варіюється в
межах від 2 до 45 В, при цьому схема може перебудовуватися з мінімальної
частоти близько 16 кГц до максимальної 20 кГц і вище. При коливаннях
температури навколишнього середовища від 25 до 50 ºС резонансна частота не
повинна змінюватися більше ніж на 1%. Добротність котушки L1 складає 125,
а добротність схеми повинна бути не нижче 100.
Конденсатор С1 не пропускає постійний струм. Його ємкість достатньо
велика, щоб для змінного струму він був коротко-замкнутим і не впливав на
настройку, при цьому резонансна частота задається виразом:
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
55
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

1
f = ,
2    L1 (Cд + Спар )
де Сд - ємність діода VD1.
Коли керуюча напруга зміщує діод VD1 у зворотному напрямі, зростає,
збільшується товщина збідненого шару поблизу р-n-переходу, і, таким чином,
ємність зменшується.
З останнього рівняння індуктивність:
1
L1 = ,
4  2  f 2  (Cд + Спар )
і номінальна ємність:
1
C = − С .
д пар
4  2  f 2  L1
де f = 18 кГц – резонансна частота індуктора; L1 = 8 Гн – індуктивність
індуктора; Спар = 2 пФ – ємність CS.
1
Cд = − 2 10−12 = 7,8 пФ.
2
4 3,142  (18 103 ) 8
Варікап 1N5140 має приблизно таку ж ємкість, але його ще потрібно
перевірити за граничних умов. Максимальна ємкість при Uзв = 4 В складає 10
пФ±10%, тобто граничні значення дорівнюють 9 і 11 пФ відповідно. (При Uзв
< 4 В виходять декілька великі значення ємкості, але добротність стає нижче
вказаної).
Схему потрібно набудувати за допомогою котушки індуктивності на
мінімальну частоту 16 кГц при обох граничних значеннях ємкості. При Сд = 9
пФ визначимо індуктивність:
1
L1 = = 9 Гн,
2
4 3,142  (16 103 )  (9 + 2) 10−12
1
якщо ж Сд = 11 пФ, то: L1 = = 7,6 Гн.
2
4 3,142  (16 103 )  (11+ 2) 10−12
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
56
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Обидва ці значення знаходяться в межах діапазону перебудови котушки
індуктору L1 (від 6,5 до 9,5 Гн). Здатність Сд настроювати схему на верхню
граничну частоту 20 кГц шляхом зміни керуючої напруги можна перевірити
при нижніх граничних значеннях індуктивності L1 i ємності Сд.
Найвища резонансна частота відповідає керуючій напрузі 45 В. Із
технічних характеристик варікапа очевидно, що при цьому ємкість Сд
зменшується з 9 приблизно до 3,6 пФ. При цьому резонансна частота:
1
f = = 22,4 кГц,
2 3,14  9  (3,6 + 2) 10−12
що значно вище, ніж необхідно.
Відзначимо, що розрахунок проводився для нижніх граничних значень
С. У разі номінальних або верхніх граничних значень діапазон перебудови
буде ще більший, оскільки паралельне поєднання (Сд+Спар) зміниться більшою
мірою.
Вказаний в технічних характеристиках коефіцієнт перекриття по ємкості
на практиці досягти нереально. Для цього потрібно, щоб керуюча напруга Uзв
була доведена до максимально допустимого для діода значення. Фактично
напругу Uзв потрібно підтримувати істотно нижче вказаного максимального
значення, враховуючи допуски і забезпечуючи запас.
Добротність схеми, на яку впливають добротності котушки
індуктивності QL, і діода QC визначається у вигляді:
Q Q
Q = L C .
QL + QC
Добротність діода QС на частоті 50 кГц складає 300. З джерела [18]
виходить, що на частоті 20 кГц вона зростає приблизно удвічі і стає рівною
600. Якщо температура навколишнього середовища виявляється рівною
верхньому граничному значенню Т = 50 °С, то добротність зменшується на
10% і складає 540. Тоді, добротність схеми:
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
57
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

540 125
Q = =101 .
540 +125
Таким чином, добротність схеми перевищує необхідне значення,
причому це якнайгірше значення (при Uзв = 4 В), оскільки в межах більшої
частини діапазону перебудови частоти QС значно вище. При цьому
добротність розділового конденсатора C1 велика і на схему впливу не надає.
Зміна резонансної частоти залежно від температури відображає
температурний коефіцієнт ємності діода, рівний 300 млн-1/°С. При зміні
температури навколишнього середовища на 25 ºС зміна ємкості
ΔСд = 5.300.10-6 = 1500.10-6 = 1,5%. Оскільки резонансна частота залежить від
квадратного кореня з Сд, зміни частоти виявляються в 2 рази менше і
складають 0,75%.
Параметри потужності розсіювання і постійного прямого струму не
розглядаються, оскільки діод завжди знаходиться в назад-зміщеному стані.
Зворотний струм має значення тільки в тому випадку, якщо повний опір R1
джерела керуючої напруги дуже великий.

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
58
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

6 Технологічний розділ

6.1.Технологія виготовлення друкованих плат
Перші виготовленні друковані плати автоматизованим методом були
розроблені фірмою Multiwire. За минулий період за кордоном і у нас в країні
розроблені нові методи друковано-проводового монтажу, основані на різних
принципах прокладки трас з ізольованих проводів і способів отримання між
сполук в платах. Розрізняють два методи виготовлення друкованих плат:
метод стежкового монтажу і метод прямих відрізків [23].
Метод стежкового монтажу («Аракс») використовують в промисловості
в двох варіантах: з поділом процесу монтажу проводів на платі на окремі
операції і з об'єднанням операцій в один процес. При цьому методі друкованим
способом отримують типову одно-або двосторонню плату з постійною
топологією малюнка. У першому варіанті типову плату встановлюють на
паперову маску і прокладки з еластичного матеріалу, а потім відповідно до
заданої схемою прошивають її і прокладки через отвори пустотілої голкою,
всередині якої проходить тонкий ізольований провід [23]. Після прошивки
дроти притискають до плати, видаляють еластичні прокладки з петель,
утворених з ізольованих проводів голкою, лудять петлі припоєм, знімають з
петель маску і припаюють їх до плати. У другому варіанті на автоматі
прошивають плату проводом, одночасно лудячи і припаюють петлі з дроту до
контактних майданчиків. В результаті отримують плату, еквівалентну за
функціональними можливостями багатошарової друкованої плати, але з більш
високою ремонтопридатністю і меншою вартістю.
Автоматизоване проектування друкованих плат. Однією з основних
задач в системі автоматизованого проектування плат є оптимізація з'єднань
між елементами схем [24]. Залежно від обраної конструктивно-технологічної
бази ця задача може мати різну ступінь складності і відповідно може сильно
впливати на трудомісткість проектування друкованих плат. При
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
59
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

автоматизованому проектуванні друкованого монтажу, в тому числі і
багатошаровою, необхідно оптимізувати цілий ряд критеріїв (показників
якості), таких як сумарна довжина всіх зв'язків, число зв'язків між елементами
схеми, наприклад ІС, що знаходяться в сусідніх позиціях на монтажному полі,
число перетинань між зв'язками, число ланцюгів з можливо більш простою
конфігурацією. Оптимізація такого числа показників якості, будучи складним
завданням самої по собі, вимагає врахування ряду конструктивних
характеристик плати. До них можна віднести [24]: розмір монтажного поля,
мінімально допустиму ширину друкованих провідників і відстань між ними,
число монтажних шарів, способи переходу з одного шару на інший,
розташування висновків елементів і ланцюгів на монтажному полі, число
ділянок, заборонених для прокладки провідників (технологічні отвори, місця
для позначень, заздалегідь прокладені стандартні друковані провідники та ін.).
Отримати оптимальний варіант друкованих з'єднань при відповідності всіх
умов досить важко. Тому, по суті, жоден з методів автоматизованого
проектування багатошарової друкованої плати не гарантує трасування всіх
з'єднань. Задовільними вважаються результати, коли автоматично трасуються
90-95% зв'язків. Решта з'єднання вимагають неавтоматизованої або
автоматизованої доопрацювання шляхом зміни конфігурації раніше
прокладених зв'язків, що значно підвищує трудомісткість проектування
монтажних плат.
Переваги та недоліки стежкового методу. Стежковий монтаж в
порівнянні з багатошаровим друкованим монтажем дозволяє наступне [25]:
- Знизити трудомісткість конструкторських робіт у кілька разів, причому,
чим більше номенклатура друкованих плат, тим ефективніше стежковий
монтаж.
- Скоротити трудомісткість автоматизованого проектування друкованих
плат більш ніж в два рази.
- Знизити вартість матеріалів в три рази.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
60
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

- Скоротити трудомісткість виробництва вузлів друкованих плат на 30%.
- Підвищити ремонтопридатність друкованої плати та оперативність
внесення змін до монтаж.
- Скоротити терміни розробки апаратури у зменшити технологічний цикл
проектування і виробництва друкованих плат.
- Виключити металізацію в отворах друкованої плати.
- Знизити кількість шкідливих стоків при виробництві друкованих плат.
- Зменшити масу друкованих плат, збільшити вихід придатних друкованих
плат.
До недоліків стежкового методу монтажу необхідно віднести [25]:
- Одностороннє розташування на платі.
- Потреба в ретельному контролі інформативного матеріалу при
автоматизованому проектуванні друкованих плат.
- Збільшення габаритів друкованих плат викликає майже пропорційний ріст
трудомісткості монтажу.
- Не конкурентоспроможність з одно-і двосторонніми друкованих плат по
трудомісткості в серійному виробництві, не рахуючи етапу макетування.
- Складність застосування друкованих плат проводового монтажу для
елементів між шнуровими виводами (необхідно планарна формовка
виводів).
Метод прямих відрізків. Метод полягає в тому, що друкованим
монтажем виготовляють типову друковану плату з постійною типологією
малюнка і наскрізними металізованими отворами. Типову друковану плату
встановлюють на стіл монтажного автомата і за заданою програмою розводять
зв'язку прямими відрізками з ізольованого дроту, обрізаючи його в заданих
точках. При цьому ізольований провід автоматично без попереднього лудіння
ділянки жили що припаюється, без видалення ізоляції з нього поєднується з
контактною площадкою. Причому провід може укладатися на контактну
площадку під будь-яким кутом по відношенню до її осі. Після суміщення
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
61
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

з'єднувальних елементів розщеплений електрод опускається на провід і з
заданим зусиллям притискає його до гальванічного олов'яно-свинцевого
покриттю контактної площадки, а потім на електрод подається розігріваючий
імпульс струму [24]. Розігрітий до значення температури 973...1073 К
(700...800 С) електрод непрямим шляхом передає тепло з з'єднуються з
елементам. В результаті ізоляція на дроті оплавляється і таким чином
забезпечується електричний контакт електроду з житловою дроти. Потім на
електрод подається другий імпульс струму, який розігріває провід на ділянці
обмеженій зазором в розщепленому електроді. При постійно призначеному
тиску розігрітий електрод і розігріта жила проводу передають тепло
гальванічному покриттю контактного майданчика. При цьому покриття
розплавляється, і жила проводу занурюється в розплав. Після закінчення дії
імпульсу електрод піднімається, а розплавлене покриття, охолоджуючись,
кристалізується і таким чином відбувається формування з'єднання.
На стабільність процесу, а отже, і на якість з'єднань при цьому впливають
такі чинники [25]:
- Ступінь відповідності нанесеного гальванічного покриття евтектичному
складу сплаву олово-свинець і похибка його товщини по всьому полю
плати, від яких залежить температура розплаву покриття.
- Похибка тиску електродів на провід, від якої залежить ступінь деформації
жили в зоні з'єднання і відповідно механічна міцність з'єднання.
- Стабільність площі контакту електрода з жилою дроту, яка впливає на
щільність струму і температуру нагрівання сполуки припою.

6.2. Автоматизація виготовлення друкованих плат
Загальним недоліком обох методів виготовлення друкованих плат є
необхідність покриття заготовок перед свердлінням для захисту від
механічних пошкоджень друкованих провідників [26]. Сушка лаку і його
видалення після свердління й хімічного міднення отворів збільшують
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
62
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

трудомісткість процесу і тривалість технологічного циклу, порушують його
безперервність. Тому не можна створити автоматичної потокової лінії
виробництва друкованих плат.
При ручному виготовленні зазначений порядок проходження операцій
повинен зберігатися, тому що шар фоторезиста і освічений їм малюнок
друкованих провідників вказують на розташування отворів. Отже, малюнок
повинен створюватися до свердління. Операція свердління отворів є процесом
трудомістким, оскільки число отворів, наприклад, на платі середнього розміру
становить кілька сотень, а на платах з ІМС в корпусах зі штирьковими
виводами - більше тисячі [26]. Таким чином, виникає проблема автоматизації
свердління отворів, рішення якої можна досягти використанням верстатів з
числовим програмним управлінням (ЧПУ).
Використання ЧПУ для свердління отворів в друкованих платах спрощує
весь процес, роблячи його більш пристосованим для подальшої автоматизації.
У цьому випадку отвори свердлять і металізують до покриття заготовок шаром
фоторезиста і формування малюнка друкованих провідників, що виключає
такі операції, як покриття плат захисним шаром лаку і його видалення після
хімічного міднення. Для отримання малюнка схеми просвітлені на платі
отвори суміщають з їх зображеннями на фотошаблон, тому даний метод
отримав назву "метод базового отвори" [27].
Подальшу обробку плати виробляють звичайним способом, тобто на
провідники та контактні площадки гальванічно осаджують мідь і наносять
захисне покриття, після чого видаляють шар фоторезиста і стравлюють
фольгу. Всі операції можна виконувати безперервно на автоматичній
потокової лінії.
В даний час розроблені плівкові фоторезисти, повністю змінили
технологію нанесення світлочутливого шару на заготівлю друкованої плати.
Вони складаються з трьох шарів [27]: запобіжної плівки, плівки
фотополімерного резиста і прозорої поліефірної плівки для ультрафіолетового
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
63
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

випромінювання. Запобіжну плівку видаляють перед нанесенням фоторезисту
на заготовку. Коли плівковий фоторезист притискають валиком, він
приклеюється до поверхні заготовки липким шаром.
Експонування виробляють через захисну поліефірну плівку, на яку
накладають фотошаблон [27]. Потім захисну плівку видаляють з поверхні
світлочутливого шару механічним відшаровуванням і виявляють її.
Використання плівкового фоторезисту знижує трудомісткість операцій
формування захисного рельєфу і скорочує виробничий цикл виготовлення
друкованих плат приблизно на 20-30%. Завдяки рівномірній товщині шару
фоторезиста утворений їм захисний рельєф має рівні й чіткі краю, а розміри
ліній на заготовці після експонування точно відповідають розмірам на
фотошаблонів. Для автоматизації хімічних і гальванічних процесів при
виготовленні друкованих плат застосовують агрегатовані автоматичні лінії з
ЧПУ. Щоб підвищити універсальність таких ліній, їх будують за модульним
принципом, який дозволяє складати різні лінії, які відповідають тому чи
іншому базовому технологічному процесу [26]. Модулі для гальванічних
процесів мають штанги для підвішування виробів. Завантаження та
вивантаження моду-лей, а також передачу заготовок з однієї позиції на іншу
здійснюва-ляєт автооператор, керований від ЕОМ. Продуктивність подібних
ліній становить 400-500 печатних плат в зміну.

6.3. Технологія монтажу SMD елементів
Конструктивною ознакою вузла поверхневого монтажу (ПМ) є
приєднання виводів радіоелементів до контактного майданчика,
розташованому на поверхні комутаційної плати. Технологія поверхневого
монтажу (ТПМ) включає технологію виготовлення комутаційних плат і
радіоелементів для ПМ [28], технологію виконання ПМ, а також обладнання
для ПМ, випробування, контроль та ремонт виробів, виконаних за даною
технологією.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
64
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Однак широке впровадження ТПМ при виготовленні РЕА, у тому числі й
побутової, стримується в силу певних причин [29]: недостатнього розвитку
елементної бази ПМ; складнощі з обладнанням; труднощі освоєння нових
технологічних процесів; дуже високих вимог до точності виконання
монтажних операцій. Тому для більшості конструкцій РЕА використовують
змішаний монтаж, характерний для переходу від технології традиційного
монтажу до ТПМ.
Елементи вузлів поверхневого монтажу. До основних елементів вузлів
ПМ відносяться друкована плата і радіоелементи. На друкованій платі є
контактні площадки для монтажу радіоелементів при чистому ПМ або
контактні площадки і отвори для змішаного монтажу, а також комутаційні
доріжки. Друковані плати для ПМ зазвичай називають комутаційними
платами. При їх виготовленні необхідно враховувати наступні фактори:
розміри плати; ефективне використання площі плати; варіанти ПМ; число
комутаційних шарів плат; ширину і крок комутаційної доріжки; застосування
міжшарових переходів; електричні характеристики; відвід теплоти.
Зі збільшенням розмірів комутаційних плат підвищуються їх
функціональні можливості (виключаються проміжні сполуки плат), але
ускладнюється монтаж і збільшується вартість [30].
Ефективне використання площі комутаційних плат (щільність монтажу)
залежить від варіанту ПМ (чистий, змішаний), числа комутаційних шарів
плати (одношарові, багатошарові), ширини і кроку комутаційних доріжок. Для
ПМ стають звичайними комутаційні доріжки, що мають ширину і крок 0,203
мм (0,008 дюйма) і навіть 0,127 мм (0,005 дюйма), що збільшує щільність
монтажу, але технологія їх отримання дорога [29]. Тому перевагу віддають
доріжках шириною 0,254 мм (0,01 дюйма), що дозволяє здійснювати і
змішаний монтаж. Щільність монтажу також збільшується за рахунок
застосування двосторонньої монтажу, вертикальної установки декількох
комутаційних плат на загальну несучу плату, використання багатошарових
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
65
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

комутаційних плат. Багатошарові плати автоматично зменшують труднощі
розводки, але при цьому ускладнюється технологія їх виготовлення. В якості
ізоляційних матеріалів і підстав для комутаційних плат використовують
пластмаси, керамічні та композиційні матеріали. Провідні шини, провідники,
контактні площадки виготовляють з мілини або інших провідних матеріалів.
При цьому в багатошарових платах один шар служить сигнальної шиною
(разводкакоммутаціонних доріжок по сигналу), другий шар - шиною
заземлення, третій - шиною живлення [28].
Коротка характеристика технологічного процесу ПМ. При
автоматизованому ПМ на комутаційну плату впливають високі температури
(особливо при паянні), і тому для збільшення її термостійкості проводяться
додаткові (підготовчі) операції. До таких операцій належать розплавлення і
нанесення паяльної маски. Паяльна маска збільшує термостійкість, а
розплавлення покращує паяльність і продовжує термін друкованої плати.
Технологічний процес ПМ включає наступні основні операції [29]:
1. Селективне нанесення припайних паст і клею (наприклад, за допомогою
трафаретного друку, дозаторів).
2. Монтаж компонентів. Він є центральною операцією технологічного процесу
ПМ, і для проведення цієї операції монтажна машина повинна відрізнятися
високою точністю. При цьому в монтажних машинах застосовуються
пристрої автоматичного розпізнавання зразків, юстирування плати,
суміщення виводів компонентів з контактними майданчиками.
3. Пайка. У техніці ПМ можуть використовуватися такі автоматизовані
способи пайки: хвилею припою; інфрачервоним (ІК) випромінюванням; в
паровій фазі; імпульсна групова; лазерна.
4. Очищення (відмивання флюсу).
5. Контрольні операції. При ПМ використання традиційного візуального
контролю сильно ускладнено через малі розміри компонентів, великої
насиченості ними. Тому застосовують методи автоматизованого
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
66
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

відеоконтролю на базі пристроїв розпізнавання зразків, а також методи
об'єктивного контролю якості пайки на базі лазерної техніки.

6.4. Особливості контролю та ремонту виробів з поверхневим
монтажем
Як було описано вище, контроль якості ПМ викликає певні труднощі.
Крім автоматизованого відеоконтролю на базі пристроїв розпізнавання зразків
і контролю якості пайки лазерної технікою застосовуються випробувальні
зонди, а також спеціальні схеми самотестування [30]. Вбудованої
випробувальної схемою, яка працює за відповідною програмою, перевіряють
функціональні параметри виробу. Основним недоліком такого способу
випробувань є ускладнення конструкції плати і зниження ефективності
використання її площі. Зазвичай автоматичний контроль реалізується на таких
основних етапах технологічного процесу: нанесення припойні пасти;
позиціонування компонентів перевірки після пайки. При ремонті апаратів
найчастіше доводиться виконувати операції демонтажу дефектного
компонента з наступним монтажем. Найпоширеніший інструмент - це
паяльник (мікропаяльнік), з його допомогою можна проводити демонтаж і
монтаж при ПМ пасивних компонентів і при застосуванні захоплень
спеціальної форми - простих активних елементів (корпусу типу SOT). Але при
виконанні роботи необхідно бути дуже уважним, щоб не пошкодити інші
компоненти, комутаційні доріжки, контактні площадки.
Демонтаж і монтаж складних компонентів ПМ проводити за допомогою
паяльника дуже важко, а часто неможливо. У таких випадках може
застосовуватися пристосування, оснащене нагрівальними капілярами (для
розігріву місць пайки) [30] зі змінними наконечниками, розрахованими на
компоненти різних форм і розмірів. Видалення дефектного компонента і
установка на його місце справного виробляються за допомогою вакуумного
присоса. Може використовуватися і мікроскоп, який забезпечує контроль
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
67
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

точності позиціонування встановлюваного компонента. Демонтаж і монтаж
дефектних компонентів можна проводити за допомогою інших методів пайки,
що застосовуються в ТПМ. Виправлення дефекту, по суті, зводиться до
повторного виконання певної частини складально-монтажних операцій. У тих
випадках, коли вартість мікрозбірок ПМ невелика, простіше і дешевше їх
замінити [30]. При ремонті виробів з ПМ необхідні ретельний контроль і
керування процесом усунення браку, щоб виключити можливість
пошкодження придатного компонента, сусідніх компонентів та інших
елементів комутаційної плати.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
68
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

7. Охорона праці

7.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на
співробітника проектно-технічної лабораторії
В процесі проектування пристрою прецизійного позиціонування зонду
мікроскопу на співробітника проектно-технічної лабораторії можуть
впливають різноманітні параметри робочої обстановки: температура,
вологість і швидкість руху повітря, освітлення, шум, вібрація, шкідливі
речовини, електромагнітні та інші випромінювання.
Для виявлення можливих фактів негативного впливу параметрів
оточуючого середовища на робітників необхідно проаналізувати їх з точки
зору відповідності нормативним значенням.
Робочі місця співробітників розташовані в приміщенні, яке умебльоване
столами та шафами, на робочих місцях встановлена комп’ютерна техніка та
периферійне обладнання. Монітори комп’ютерів розташовані таким чином,
що відстань від екрану монітору до працівника складає 70-80 cм, при цьому
кут зору становить близько 30о.
Всі необхідні предмети та прилади знаходяться на робочому місці в
робочій зоні в межах прямої видимості працівника та розміщені на відстані не
більше 60-70 см від нього. Розміри робочого столу становлять: довжина – 1,2
м, ширина – 0,9 м, висота – 0,745 м. Висота стільця становить 0,45 м. З
врахуванням середнього росту людини, який складає 160-180 см, можна
сказати, що положення, яке співробітник лабораторії займає при роботі
відповідає нормативним інструкціям і рекомендаціям ДСТУ 8604:2015. При
цьому потрібно відмітити, що положення моніторів вибрано найкращим
чином, так як світло, що потрапляє через вікно, падає з лівого чи правого боку
від працюючого в залежності від розташування робочого місця і, таким чином,
не засліплює йому очі. Задля кращого уникнення негативного ефекту,
пов’язаного з надмірною освітленістю приміщення, вікна обладнані жалюзі.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
69
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Розміри лабораторії становлять: довжина – 8 м, ширина – 4,5 м, висота –
3 м. Відповідно її площа дорівнює 36 м2. Найбільша кількість одночасно
працюючих становить 6 чоловік. Звідси площа, що припадає на одного
робітника, дорівнює 6 м2, що відповідає ДБН В.2.2.28-2010. Об’єм
приміщення складає 108 м3. Звідси визначаємо, що об'єм, який припадає на
одну людину дорівнює 18 м3. Нормативне значення складає 15 м3. З наведених
даних можна зробити висновок, що дане приміщення задовольняє вимогам
ДБН В.2.2.28-2010 з розрахунку на одну людину.
Згідно ДСН 3.3.6.042-99 окремо для двох періодів року, визначаємо
оптимальні і допустимі значення температури, відносної вологості та
швидкості руху повітря.
Враховуючи характеристику трудової діяльності людини, яка визначає
ступінь залучення до роботи м'язів і відображає фізіологічні витрати внаслідок
фізичного навантаження, потрібно відмітити, що дана робота є сидячою і при
цьому не спостерігається фізична напруга працівника. Людина на такій посаді
працює з витратами до 120 ккал/год, а отже дана робота відноситься до легкої
фізичної (категорія Iа). Оскільки на даному робочому місці робітник
безперервно знаходиться більшу частину свого робочого часу, при цьому не
змінюючи оточення, то дане робоче місце можна віднести до постійного.
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в холодний період року:
− оптимальне значення температури 22-24°С;
− допустиме значення температури 21-25°С;
− оптимальне значення відносної вологості 40-60%;
− оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1м/с;
− допустиме значення швидкості руху повітря ≤0,1 м/с.
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в теплий період року:
− оптимальне значення температури 23-25°С;
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
70
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

− допустиме значення температури 22-28°С;
− оптимальне значення відносної вологості 40-60%;
− оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1 м/с;
− допустиме значення швидкості руху повітря 0,1-0,2 м/с.
В лабораторії фактичне значення температури в холодний період року
становить 18-20°С, що нижче від відповідної нижньої межі допустимого
значення. Таким чином дані умови праці відносяться до першого ступеня
шкідливості. Таким чином, в приміщенні лабораторії рекомендується в
холодний період року користуватися автономним обігрівачем невеликої
потужності. В теплий період року фактичне значення температури становить
26-27°С, що перевищує оптимальне значення, але знаходиться в допустимих
межах. В такому випадку рекомендується в даному приміщенні встановити
кондиціонер, що сприятиме більш комфортній роботі.
Фактичне значення швидкості повітря становить 0,2 м/с, що перевищує
максимально допустиме значення лише в холодну пору року. Це може
негативно вплинути на здоров’я робітника, оскільки можливе виникнення
таких хвороб, як запалення м’язів, гострі респіраторні захворювання і ін.
Фактичне значення відносної вологості повітря в приміщенні становить
67-70%. Це відповідає першому ступеню шкідливості умов праці.
Перевищення вологості в теплий період року призводить до збільшення
температури тіла, при зниженні температури – підвищена вологість може
призвести до переохолодження тіла та застуди.
Освітлення в приміщенні лабораторії здійснюється через два віконних
отвори, розміри кожного з яких становлять 2 х 1,3 м.
Величина необхідного освітлення на робочому місці приміщення
нормується з ДБН В.2.5-28-2018. При штучному освітленні нормується
величина освітленості в люксах (Лк), яка вибирається в залежності від ха-
рактеристики зорової праці з урахуванням найменшого розміру об'єкта
розрізнення, фона, контраста об'єкта розрізнення з фоном.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
71
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

За найменший об’єкт розрізнення приймемо крапку в тексті книги чи на
екрані монітору, розмір якого визначимо на рівні 0,15–0,3 мм. Користуючись
ДБН В.2.5-28-2018, визначаємо, що за розміром обраного нами найменшого
об’єкта розрізнення, ступінь точності зорової праці відноситься до високого і
становить ІІ розряд. Нормативне значення КПО для визначеного розряду
зорової роботи відповідає – ен = 1,8%. Фактичне значення КПО становить 35-
40%. Отже, рівень природного освітлення в даному приміщенні знаходиться в
нормі.
Нормативне значення штучного загального освітлення становить
400 лк. Фактичне значення згаданого параметра становить 210-230 лк, що
нижче зазначеної норми, відповідно до ДБН В.2.5-28-2018.
В якості джерел світла в системі штучного освітлення використовуються
люмінесцентні лампи, в світильниках типу ЛСП02В-1×40, загальна кількість
яких становить 4. Таким чином, в даному приміщенні рекомендується
модернізувати систему штучного освітлення, за рахунок заміни світильників
на більш ефективні.
Електропроводка мережі змінного струму напругою 220 В в приміщенні
лабораторії виконана мідним кабелем і прокладена під шаром штукатурки.
Приміщення лабораторії відноситься до приміщення без підвищеної
небезпеки ураження працівників електричним струмом. Сумарна потужність
обладнання, встановлене в ньому, не призводить до перевантаження мережі.
Деяке обладнання, зокрема системний блок комп’ютера, має металевий
корпус, тому згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016 в аудиторії передбачена магістраль
захисного заземлення.
Під час роботи з обладнанням працівники лабораторії зобов’язані:
1. При раптовому припиненні подачі електроструму потрібно негайно
вимкнути електрообладнання.
2. Категорично забороняється ремонтувати електрообладнання,
вмикати та вимикати його, якщо це не передбачено в ході роботи.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
72
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

3. Категорично забороняється проводити будь-які перемикання на
головному розподільному щиті.
4. Не знімати запобіжні кожухи з обладнання під час роботи.
5. У випадку виявлення неполагодженого електрообладнання,
вимірювальних приладів і дротів, терміново вимкнути напругу і звернутись до
керівника лабораторії.
6. У випадку ураження електричним струмом слід терміново
звільнити потерпілого від дії струму і прийняти міри по наданню першої
допомоги, при необхідності викликати лікаря.
Лабораторія відноситься до приміщень з категорією пожежовибухо-
небезпеки типу В, оскільки в лабораторії в наявності деревяні меблі, плакати,
підлога, які є твердими важкогорючими матеріалами (ДСТУ Б В.1.1-36:2016).
Для попередження пожеж в лабораторії використовується електрична
пожежна сигналізація променевого типу та теплові датчики типу (ИП-105-2)
у кількості 6 шт. Також дана лабораторія обладнана двома ручними
вуглекислотними вогнегасниками типу ВВК-9 (Правила експлуатації
вогнегасників).
Загальний рівень шуму в лабораторії, який в основному зумовлений
одночасною роботою системних блоків комп’ютерів не перевищує 45 дБА.
Інколи, при роботі принтера це значення досягає 50 дБА. Відповідно до ДСН
3.3.6.037-99 нормативне значення допустимого рівню звукового тиску, рівню
звуку та еквівалентного рівню звуку на робочому місці в лабораторії становить
60 дБА. Таким чином, фактичні рівні шуму в приміщенні лабораторії не
перевищують нормативні значенні цього параметру.
Вплив електромагнітного випромінювання на працівників лабораторії
відбувається на промисловій частоті живлячої мережі 50 Гц. Відповідно до
ДСН 3.3.6.096-2002 фактичний рівень напруженості електромагнітного поля
по електричній складовій на робочих місцях персоналу лабораторії протягом
робочого дня не перевищує гранично допустимий рівень. Клас умов праці за
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
73
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

даним параметром відноситься до допустимого. Напруженість
електростатичного поля також не перевищує гранично допустимого значення.
На основі вищенаведених даних можна сказати, що технічний рівень
лабораторії з точки зору гігієни праці не відповідає нормативним вимогам. Це
проявляється внаслідок недостатнього рівня освітлення робочих місць.
Потрібно відмітити, що раціонально виконане освітлення виробничих
приміщень надає позитивного психофізіологічного впливу на працюючих,
сприяє підвищенню продуктивності праці, забезпеченню її безпеки, знижує
втому і травматизм на виробництві, зберігає високу працездатність в процесі
праці. Таким чином в даному приміщенні необхідно модернізувати систему
загального штучного освітлення.

7.2 Модернізація системи загального штучного освітлення
Світлодіодні світильники різної форми широко використовуються у
створенні освітлювальних систем житлових будинків, квартир, офісних та
адміністративних будівель. Вони успішно замінили собою і традиційні
лампочки, люстри та енергозберігаючі лампи. Істотне розширення області
застосування LED світильників стало можливим відносно недавно – після
появи потужних світлодіодів. Прилад освітлення на таких елементах по
багатьом технічним і експлуатаційним параметрам перевершив традиційні
джерела освітлення (люстри, лампи розжарювання, галогенні лампи тощо).
Порівняно з лампами розжарювання, вбудовані світлодіодні лампочки
володіють тривалим терміном служби. За номінальним параметром він
становить близько 50 тисяч годин. Від ламп розжарювання світлодіодний
світильник стельового виду відрізняє також направлене випромінювання.
Порівняно з розрядними і люмінесцентними лампами світлодіоди
повністю безпечні, не вимагають утилізації, так як у них відсутня ртуть.
Після включення світлодіодного стельового світильника, максимальна
потужність світлового потоку буде досягнуто буквально за частку секунди,
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
74
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

чого не можна сказати про звичайні світильники. Світлодіодні лампи
відрізняються великою різноманітністю колірного відтінку освітлення
починаючи від теплого, характерного для ламп розжарювання, і закінчуючи
білим холодним.
Порівнюючи світлодіодний прилад освітлення з лампами розжарювання
або люмінесцентними лампами, можна відзначити суттєву економію
електроенергії - 95% і 50% відповідно. На сьогодні світлодіодний світильник
– це саме потужне і економічне джерело світла.
Світильники стельові на світлодіодних елементах і LED-лампи є
освітлювальними приладами нового покоління. Вони мають більш високу
вартість у порівнянні з традиційними лампочками, але їх довговічність і
низьке енергоспоживання повністю компенсує дорожнечу.
Після розробки діодів, що володіють силою випромінювання в кілька
десятків кандел, світлодіодні світильники для стелі стали використовуватися
для освітлення приміщень. Сучасний вбудовуваний стельовий світлодіодний
LED-світильник за силою світла легко здатний конкурувати з лампами
розжарювання. Досягти таких показників дозволило спільне застосування
дуже яскравих світлодіодів з напівпровідниковим перетворювачем.

Таблиця 7.1 - Порівняльна таблиця показників якості світлодіодної лампи
Якісна Неякісна
Компоненти
світлодіодна лампа світлодіодна лампа
1 2 3
Блок живлення в світлодіодній Блок з високими Низькоякісний блок
лампі має розміри набагато менше технічними з посередніми
стандартних блоків для стельових характеристиками, характеристиками,
або вуличних світильників, і це який витримує висока ймовірність
здорожує його, як і будь-яке рішення умови експлуатації. перегріву і короткий
щодо мінімізації розмірів в області ресурс роботи.
електроніки. Здорожує Здешевлює
собівартість собівартість
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
75
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

1 2 3
Світлорозсіювач в світлодіодній Молочний Прозорий пласти-
лампі - компонент, який повинен (матовий) ковий світлороз-
володіти не тільки міцністю, але і світлорозсіювач з сіювач. Такий підхід
захищати очі від яскравих полікарбонату. дозволяє заощадити
світлодіодних точок світу. Молочний і матовий насамперед на
Світлодіод повинен бути накритий світлорозсіювач діодах, оскільки
призматичним або молочним поглинає до 15% 15% світлового
(матовим) світлорозсіювачем, світлового потоку, потоку – це
оскільки є дуже яскравим джерелом тому не вигідний можливість
світла. там, де стоять якісні застосування
або «не розігнані» низькоякісних
світлодіоди. дешевих діодів.
Здорожує Здешевлює
собівартість собівартість
Світлодіоди, які використовуються в Високоякісні Низькоякісні
світлодіодній лампі, за рахунок європейські або азіатські світло-
маленької площі для їх розміщення американські діоди, з низьким
мають такі характеристики розміру, світлодіоди з показником
кроку і потужності, які призводять ефективністю понад ефективності
до нагрівання, в разі відсутності 100 Лм/Вт, що «розігнані» - це
якісного радіатора. встановлені на призводить до
платі, працюють в зменшення ресурсу
економному режимі роботи в 5 і більше
Здорожує разів.
собівартість Здешевлює
собівартість
Радіатор в лампі відіграє важливу Якісний Псевдо-радіатор,
роль і необхідний для відводу тепла, екструзійний збірний чи
оскільки діоди і блок живлення радіатор з порожній. Не
опиняються у замкнутому, слабо лопастями, для охолоджує діоди і
вентильованому просторі. Радіатор ефективного блок.
повинен бути розроблений, виходячи тепловідводу.
з типу світлодіодів і тепла, що ними Здорожує Здешевлює
виділяється. собівартість собівартість

Принцип роботи, який має вбудований стельовий світлодіодний LED-
світильник, дуже простий. Перетворювач підключається до електромережі,
забезпечуючи на виході напруга струму 5 В. Випрямляч, через який
здійснюється підключення, виконується або за мостовою схемою, або на діоді
і конденсаторі. Для усунення імпульсних перешкод використовуються
резистор і конденсатор. Конденсатор згладжує пульсації напруги на виході.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
76
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Розрахунок системи загального штучного освітлення в приміщенні
лабораторії виконується методом коефіцієнту використання світлового
потоку. Основною задачею розрахунку штучного освітлення є визначення
необхідної кількості світильників для забезпечення нормативного рівня
штучного освітлення за формулою:
Eн  S  z  К
N = з
n  F 
л (7.1)
де: Ен – нормоване освітлення, лк (ДБН В.2.5-28-2018); Кз – коефіцієнт запасу,
який враховує зниження освітлення в процесі експлуатації (для заданого
приміщення Кз = 1,4); S = А·В – освітлюєма площа приміщення, (А – довжина
приміщення, В – ширина приміщення); z = 1,05 – коефіцієнт мінімального
освітлення для світлодіодних ламп; Fл – світловий потік світильника;
 – коефіцієнт використання, відн. од.
Для визначення нормованого освітлення – Ен, визначаємо:
- перелік основних предметів, які повинна розглядати людина у процесі
роботи на заданому робочому місці: надписи на екрані монітору, шрифт у
книзі.
- самі дрібні деталі зображення (найменші об’єкти розрізнення), які
містяться на перелічених предметах: розділові знаки в книжках. Орієнтовно
оцінюємо їх розмір у 0,15-0,3 мм.
- характеристику фона – поверхні, на якій розглядається найменший
об’єкт розрізнення, в залежності від коефіцієнта відбиття поверхні ρ. Фон є
світлим (ρ > 0,4), оскільки в основному маємо справу з написами на білому
фоні, як в книзі так і на екрані монітору. Для вказаного фону коефіцієнт
відбиття поверхні ρ = 0,9.
- контраст об’єкта розрізнення з фоном, тобто наскільки чітко
сприймається найменший об’єкт розрізнення на вищерозглянутому фоні.
Контраст є великим (між білим і чорним).
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
77
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Користуючись ДБН В.2.5-28-2018 визначаємо, що розмір обраного
найменшого об’єкта розрізнення відноситься до діапазону розмірів в межах
0,15-0,3мм, що відповідає IІг розряду зорової праці.
Нормативне значення штучного загального освітлення Ен з врахуванням
характеристики фону та контрасту складає: Ен = 400 лк.
Відповідно типу приміщення приймаємо тип світильника в залежності
від умов середовища і типу приміщення. Обираємо світлодіодний світильник
«Optima +». Цей світильник призначений для використання в офісних,
адміністративних і торгових приміщеннях. Встановлюється в стандартну
клітинку підвісної стелі типу «армстронг», в накладному виконанні
монтується за допомогою спеціальних кріплень, а також в підвісній виконанні
за допомогою тросових підвісів.
Конструкція світильника містить в собі: профіль ПВХ + алюмінієва
задня панель, світлодіодні світильники Optima +, матовий розсіювач та
виносне джерело живлення. Світильник дозволяє економити електроенергії в
2,5 рази в порівнянні з люмінесцентними світильниками; не вимагає
додаткового обслуговування; не потребує спеціальної утилізації; в ньому
відсутня шкідлива для очей пульсація світлового потоку; має високий індекс
кольоропередачі, робочий ресурс понад 50 000 годин та оптимальне
співвідношення ціна/якість.
Визначаємо коефіцієнт використання в залежності від групи світильника
(третя група), коефіцієнтів відбиття стелі (70%), стін (50%) і підлоги (10%) та
індексу приміщення і:
A  B
i =
h  (A + B) (7.2)
де: А – довжина приміщення, м; В – ширина приміщення, м; h = Н – 0,8 =
= 3 – 0,8 = 2,2 м – висота підвісу світильників.
Згідно виразу (7.2) знаходимо:
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
78
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

8  4,5
i = = 1,3
2,2  (8 + 4,5) .
За формулою (7.1) розраховуємо кількість світильників N:
Eн  S  z  К з 400  36 1,05 1,4
N = = = 14,79 = 15
Fл  2700  0,53

Таким чином, в приміщенні лабораторії необхідно встановити
п’ятнадцять світильників.
Світильники необхідно розташувати рівномірно на усій площі стелі
приміщення лабораторії з урахуванням габаритних розмірів приміщення та
світильників.
Для живлення освітлювальної мережі використовується напруга 220 В.
Перетин дроту, яким світильник приєднується до мережі повинен
задовольняти таким вимогам:
- дроти повинні допускати протікання по ним розрахункового струму
освітлювального навантаження, не нагріваючись вище допустимої
температури;
- напруга на джерелах світла повинна бути не нижче мінімальних
значень;
- механічна міцність дротів повинна бути достатньою для даного типу
електропроводки.

Рисунок 7.1 – Зовнішній вигляд світлодіодного світильника «Optima+»

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
79
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Таблиця 7.2 - Технічні характеристики світлодіодного світильника «Optima+»
Тип світильника Optima +
Колір світіння теплий білий днівний білий холодний білий
Кольорова температура 3000 К 4000 К 6000 К
Світловий потік 2600 Лм 2700 Лм 2800 Лм
Аналог ЛВО 4х18
Енергоспоживання 40 Вт
Вхідна напруга 176-265 В
Ступінь захисту IP40
Індекс кольоропередачі ≥ 80,3
Коефіцієнт потужності сos ϕ ≥ 0,92
Рівень пульсації світлового потоку < 1%
Кліматичне виконання УХЛ4
Тип монтажу вбудований, накладний
Габаритні розміри 595х595х48 мм
Вага 3 кг
Термін придатності 50 000 годин

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
80
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

8. Економічний розділ

В цьому розділі кваліфікаційної роботи розглянуті питання, пов'язані з
визначенням собівартості виготовлення пристрою прецизійного
позиціонування зонду, його рівня якості як нового виробу, зроблено аналіз
ринку і конкурентної спроможності, доцільності виробництва.

8.1. Аналіз ринку
Розроблений пристрій має наступні показники:
- вихідні розмикачі – 2; - загальний ККД – 97,5%;
- вихідна потужність – 350 Вт; - робоча частота – 16 МГц;
- об'єм – 0,032 м3; - вага – 0,25 кг.
Розроблювальний прилад не є новинкою на ринку Україні і повинен
створити конкуренцію пристроям імпортного виробництва, при цьому мати
високі показники якості, надійності і низьку собівартість.
Реалізація виробу буде здійснюватися на ринку країн ЄС, серед компаній,
які займаються виготовленням нановимірювальної техніки високої якості для
різного призначення. Попит на виріб на ринку очікується приблизно 1,5 тис.
за рік. Виріб буде продаватися оптовим замовникам та в роздріб в точки
продажу, які спеціалізуються з продажу вимірювальної техніки [34].
Головним конкурентом на ринку є німецька фірма MicroTech. Аналогом
за технічними характеристиками є модель PT-03, яка має такі характеристики:
- вихідні розмикачі – 2; - загальний ККД – 95%;
- вихідна потужність – 350 Вт; - робоча частота – 2 МГц;
- об'єм – 0,018 м3; - вага – 0,18 кг.
Приймаємо серійне виробництво з серією 1500 шт/рік.

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
81
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

8.2. Оцінка рівня якості виробу
Вхідні дані. Для оцінки рівня якості виробу використовується коефіцієнт
технічного рівня (КТ.Р), який розраховується для кожного варіанту
інженерного рішення [34]:
n
К =  B
Т .Р. ij ij
i=1 ,

ij
де – коефіцієнт вагомості i-го параметра якості j-го варіанта в сукупності
B
прийнятих для розгляду параметрів якості; ij – оцінка i-го параметра якості
j-го варіанта вироби; n – кількість параметрів виробу.
При наявності кількісної характеристики виробу коефіцієнт технічного
рівня можна визначити за формулою [34]:
n
К =  q
Т .Р.  i i
i=1 ,
де qi – відносний (одиничний) i-й показник якості.
Обгрунтування системи параметрів виробу і визначення відносних
показників якості.
На основі даних про зміст основних функцій, які має реалізовувати виріб,
вимог замовника, а також умов, які характеризують експлуатацію виробу,
визначають основні параметри виробу, які будуть використані для розрахунку
коефіцієнта технічного рівня виробу.
Відносні показники якості по будь-якому параметру qi, якщо вони
знаходять в лінійній залежності від якості, визначаються за формулами [34]:
PH PБ
q = i q = i
i P i
Б Р
i або Н
i ,
де РНі – числові значення i-го параметра відповідно нового і базового виробів.
Перша формула використовується при розрахунку відносних показників
якості, коли збільшення величини параметра веде до покращення якості
виробу.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
82
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Друга формула використовується при розрахунку відносних показників
якості, коли збільшення величини параметра веде до погіршення якості
виробу.
Коли нелінійна зв'язок між параметрами і якістю виробу, слід
використовувати такі формули [35]:
   
 P   P
H Б 
q = lg i  +1 q  = lg i  +1
i  P  i  P 
 Б   H 
 i   i 
Параметри нового та базового виробу приведені в таблиці 8.1.

Таблиця 8.1 - Параметри нового та базового виробу
Абсолютне значення Показчик
Умовне
№ Параметр параметра якості
позначення
новий базовий qi
Вихідні
1 NR, штук 2 2 1
розмикачі
Загальний
2 ККД, % 97,5 95 1,02
ККД
3 Потужність Pвих, Вт 350 350 1
Робоча
4 fp, МГц 16 2 8
частота
5 Об‘єм V, м3 0,032 0,018 1,78
6 Вага m, кг 0,25 0,18 1,39

8.3. Визначення коефіцієнтів вагомості параметрів
Вагомість кожного параметра в загальній кількості розглянутих при
оцінці параметрів, визначається методом попарного порівняння. Оцінку
проводить експертна комісія, кількість членів якої повинна дорівнювати
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
83
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

непарному числу (не менше 7 чол.). Експерти повинні бути фахівцями в даній
галузі [35]. Після детального обговорення та аналізу кожний експерт оцінює
ступінь важливості параметрів шляхом присвоєння їм рангів. У звичайному
випадку оцінки дають 7 експертів в галузі систем прецизійного
позиціонування. Результати рангування параметрів заносимо в таблицю 8.2.

Таблиця 8.2 - Результати рангування
Ранг параметра по оцінці експерта Сума
№ Відхилення
2
рангів  i
параметра 1 2 3 4 5 6 7  i
Ri
1 7 7 7 6 7 7 6 47 19 361
2 6 5 6 5 7 6 6 41 13 169
3 4 4 3 5 3 4 2 25 -3 9
4 5 6 4 5 6 3 3 32 4 16
5 1 1 1 1 1 1 1 7 -21 441
6 2 2 4 3 2 4 5 22 -6 36
7 3 3 3 3 2 3 5 22 -6 36
 1068

Далі обчислимо суму рангів кожного показника [26]:
N
Ri = rij
l=1 ,
де rij ранг і-го параметра, визначений j-м експертом; N-число експертів.
1
T = Rij = 28
Обчислюємо середню суму рангів (Т): n , де n – кількість
оцінюваних параметрів; Rij - загальна сума рангів, яка дорівнює:
Nn(n +1) 7  7(7 +1)
Rij = = = 196
2 2
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
84
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Далі визначаємо відхилення суми рангів кожного параметру (Ri) від
середньої суми рангів (Т):
i = Ri −T
сума всіх  i повинна дорівнювати нулю.
2
Обчислюємо i та загальну суму квадратів відхилень:
n
S = 2
i = 1068
i=1 ;
Визначимо коефіцієнт узгодженості:
12S 12 1068
W = = = 0.778
N 2 (n3 − n) 72 (73 − 7)
Певна розрахункова величина W порівнюється з нормативною Wн (якщо
W та Wн, визначені дані заслуговують довіру і придатні до використання). Для
електровимірювальних і радіотехнічних виробів Wн = 0,77.
Порівнявши W та Wн - робимо висновок, що розрахунки зроблені вірно.
Використовуючи отримані від кожного експерта результати рангування
параметрів проводиться попарне порівняння всіх параметрів. Результати
порівняння заносяться в таблицю 8.3.
В даний час найбільш широко використовуються наступні значення
коефіцієнтів переваги (aij) [35]:
1.5 при xi  x j

a = 1.0 при x
ij i = x j

0.5 при xi  x j
де xi, xj – параметри, які порівнюються між собою.
A = a
На основі числових даних і таблиці складають квадратну матрицю ij
- розрахунок вагомості параметрів.

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
85
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Таблиця 8.3 - Результати порівняння параметрів
Експерти Значення
Сумарна
Параметри коефіцієнта
1 2 3 4 5 6 7 оцінка
перевісу (aij)
1 і 2 < < < < = < = < 0.5
1 і 3 < < < < < < < < 0.5
1 і 4 < < < < < < < < 0.5
1 і 5 < < < < < < < < 0.5
1 і 6 < < < < < < < < 0.5
1 і 7 < < < < < < < < 0.5
2 і 3 < < < = < < < < 0.5
2 і 4 < > < = < < < < 0.5
2 і 5 < < < < < < < < 0.5
2 і 6 < < < < < < < < 0.5
2 і 7 < < < < < < < < 0.5
3 і 4 > > > = > < > > 1.5
3 і 5 < < < < < < < < 0.5
3 і 6 < < > < < < > < 0.5
3 і 7 < < = < < < > < 0.5
4 і 5 < < < < < < < < 0.5
4 і 6 < < < < < > > < 0.5
4 і 7 < < < < < = > < 0.5
5 і 6 > > > > > > > > 1.5
5 і 7 > > > > > > > > 1.5
6 і 7 > > < = = < = = 1
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
86
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Розрахунок вагомості (пріоритетності) кожного параметра проводиться
за наступними формулами [26]:
b
 = i
i n n
b b =
i i a
ij
i=1 , j=1 ,
де bi – вагомість і-го параметра за результатами оцінок всіх експертів;
визначається як сума значень коефіцієнтів переваги (aij) даних усіма
експертами по і-му параметру.
Результати розрахунків заносяться в таблицю 8.4.

Таблиця 8.4 – Результати розрахунку коефіцієнтів вагомості
Перша
Параметри Друга ітерація
ітерація
Параметри
1 2 3 4 5 6 7 bi і bi' і'
1 1.0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 4 0.0816 0.541 0.084
2 1.5 1.0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 5 0.102 0.632 0.098
3 1.5 1.5 1.0 1.5 0.5 0.5 0.5 7 0.1428 0.877 0.136
4 1.5 1.5 0.5 1.0 0.5 0.5 0.5 6 0.1224 0.745 0.116
5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.0 1.5 1.5 10 0.2040 1.398 0.217
6 1.5 1.5 1.5 1.5 0.5 1.0 1.0 8.5 0.1735 1.122 0.174
7 1.5 1.5 1.5 1.5 0.5 1.0 1.0 8.5 0.1735 1.122 0.174
Всього 49 1 6.437 0.999

Відносні оцінки вагомості (і) розраховуються декілька раз, доки
наступне значення буде незначно відхилятися від попереднього (менше 5%).
На другій ітерації значення коефіцієнта вагомості (і') розраховується так [35]:
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
87
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

b
 = i
i n
b
i
i=1 ,
b = a b + a b ++ a b
де bi' визначається i i1 1 i2 2 in n .
Відносна оцінка, яка отримана на останній ітерації розрахунків,
приймається за коефіцієнт вагомості (і) і-го параметру.
За отриманими значеннями і' та qi визначаємо коефіцієнт технічного
рівня:
КТ.Р. = 0,084.1+0,098.1,02+0,136.1+0,116.8+0,217.1,78+0,174.1,39 = 1,876

8.4. Розрахунок собівартості виробу
Розрахунок собівартості виробу, що проектується, передбачає складання
калькуляції відповідно встановленого в галузі переліку статей витрат. Ціни
взяті з прайс-листа фірми MicroTech за 25.02.2024.
Калькуляція собівартості складається згідно з "Типовим положенням з
планування, обліку і калькулювання собівартості (робіт, послуг) в
промисловості". У даній роботі будуть враховані статті калькуляції, які
найчастіше використовуються на підприємствах приладобудівних галузей
виробництва [36].
Сировина і матеріали. Витрати на придбання матеріалів обчислюються на
підставі норм їх витрачання і цін з урахуванням транспортно-заготівельних
витрат.
n
СМ = КТ .З.qBMiЦ Mi
i=1 ,
де qВМі - норма витрат і-го матеріалу на одиницю продукції, грн;
ЦМі - ціна одиниці і-го матеріалу, грн.;
КТ.З. - коефіцієнт, який враховує транспортно-заготівельні витрати.
Розрахунки заносяться в таблицю 8.5.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
88
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Таблиця 8.5 - Розрахунок витрат на сировину та матеріали
Ціна
Стандарт чи Одиниця Норма Сума,
Матеріал одиниці,
марка виміру витрат грн.
грн.
кг
Припій ПОС-61 0.5·10-3 1150 0,58

Флюс КЕ кг 8·10-3 1300 10,4
Всього 10,98
Невраховані
1,1
матеріали 10%
Транспортно-
заготівельні 12,08
витрати, Ктр=1.1
Всього 13,18

Покупні комплектуючі вироби, напівфабрикати, роботи і послуги
виробничого характеру сторонніх підприємств і організацій. Розрахунки по
видатках на покупні вироби та напівфабрикати зводяться у таблицю 8.6.

Таблиця 8.6 - Розрахунки по витратах на покупні вироби та напівфабрикати
Ціна за
Вироби, Стандарт або Сума,
Кількість, од. одиницю,
№ напівфабрикати марка грн.
грн.
1 2 3 4 5 6
1 Печатна плата СФ-2-50 1 60 60
2 Корпус Ст4 1 150 150
AM5868S
3 Мікроконтролер 1 380 380
MicroChip
4 Мікроконтролер FSD0265 Atmel 1 765 765

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
89
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Продовження таблиці 8.6
1 2 3 4 5 6
Оптодатчик
5 інтегральний 4- RT181x4 1 450 450
секційний
6 Оптрон LC817A 1 170 170
7 Транзистор ТО-92 3 15 45
11 Лазерний діод FD6QI6510B 1 450 450
12 Діод аАО.336.024 ТУ 9 5 45
13 Резистор МЛТ-0,25 41 2 82
14 Котушка НМС-0,7мкГн 1 15 15
індуктивності
15 Дросель Серія «D» 4 100 400
16 Iндуктивний ППИ-2.11.128 13 2 155 310
привід подачі
17 Конденсатор К50-6 14 10 140
18 Конденсатор КМ-5а 8 3 24
Всього 3486

Основна заробітна плата. Витрати за цією статтею розраховуються по
кожному виду робіт (операцій) залежно від норми часу (нормативної
трудомісткості) і погодинної тарифної ставки робітників [36]:
n
С = С t
з.о Тi Шi
i=1 ,
де СТі – почасова тарифна ставка для i-го виду рабіт (операцій), грн.;
tШі – норма часу для i-го виду рабіт (операцій), годин.
Перелік робіт (операцій) відповідає технологічному процесу виробництва
виробу. Норми часу для монтажних робіт визначаються типовими нормами
часу на монтажні роботи. Результати зведені у таблиці 8.7

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
90
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Таблиця 8.7 – Норми часу для монтажних робіт
Середня Кількість
Назва Норма часу,
погодинна однотипних Сума, грн.
робіт годин
тарифна ставка операцій, од.
1. Підготовка
80 1 0,01 0,8
друкованої плати
2. Підготовка
мікросхем до 80 2 0,005 1,2
монтажу
3. Підготовка
радіоелементів до 88 84 0,009 72,8
монтажу
4. Установка
100 2 0,019 5,6
мікросхем на плату
5. Установка
радіоелементів на 80 84 0,005 36,8
плату
6. Виправити
дефекти паяних 88 1 0,01 0,88
з‘єднань
7. Встановити
плату в корпус 80 1 0,3 24
зібрати корпус
∑ 142,08
8. Допоміжні
_ _ _ 28,42
операції (20% ∑)
Всього 170,50

Додаткова заробітна плата. Витрати за цією статтею визначаються у
відсотках до основної заробітної плати [36]:
С . .
з.д. = кз.д Сз.о. = 0,4 170,5 = 68,2 грн,
де кз.д = 0,3…0,4 – коефіцієнт, який враховує додаткову зарплату.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
91
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Відрахування на соціальне страхування. За діючими з 1.01.2016 р.
нормативами відрахування на соціальне страхування складає 22% від суми
основної та додаткової зарабітньої плати [36]:
Ссоц = к . .
соц (Сз.о. + Сз.д. ) = 0,22 (170,5 + 68,2) = 52,52 грн,
де ксоц = 0,22 – коефіцієнт, який враховує відрахування на соціальні потреби.
Загальновиробничі витрати. Враховуючи, що собівартість виробу
визначається на ранніх стадіях його проектування в умовах обмеженої
інформації щодо технології виробництва та витрат на його підготовку в
загальних рисах виробничі витрати включаються, крім власне цих витрат,
витрати на: освоєння основного виробництва, відшкодування зносу
спеціальних інструментів і пристроїв цільового призначення, утримання та
експлуатацію устаткування. При цьому в загальних рисах виробничі витрати
визначаються у відсотках до основної заробітної плати. При такому
комплексному складі загально виробничих витрат їх норматив (nз.в) досягає
200–300%.
С . .
з.в. = nз.в Сз.о. = 2 170,5 = 341 грн.
Адміністративні витрати. Ці витрати відносяться на собівартість виробу
пропорційно основній заробітній платі і на приладобудівних підприємствах
вони становлять (nз.г) 100–200% [36]:
Сз.г. = n . .
з.г Сз.о. = 1 170,5 = 170,5 грн.
Витрати на збут. Витрати за цією статтею визначаються у відсотках до
виробничої собівартості (звичайно nп.в = 2,5-5%) - сума за всіма наведеними
вище статтями калькуляції, являє повну собівартість продукції.
С . .
п.в. = nп.в Свир = 0,025 4131,4 = 103,29 грн.
Результати виконаних розрахунків зведені і таблиці 8.8.

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
92
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Таблиця 8.8 - Статті витрат
№ Статті витрат Сума, грн. Питома вага %
1 Сировина та матеріали. 13,18 0,41
Покупні вироби, напівфабрикати, роботи
2 та послуги виробничого характеру 3486 80,75
сторонніх організацій.
3 Основна заробітна плата. 170,5 3,95
4 Додаткова заробітна плата. 68,2 1,58
5 Відрахування на соціальне страхування. 52,52 1,21
6 Загальновиробничі витрати. 341 7,8
Виробнича собівартість. 4131,4 95,7
7 Адміністративні витрати. 82,63 1,91
8 Витрати на збут. 103,29 2,39
Повна собівартість. 4317,32 100

8.5. Визначення ціни виробу
З різних методів ціноутворення досить поширений метод лімітних цін, за
яким визначають нижню та верхню межі ціни.
Нижня межа ціни. Нижня межа ціни Цн.м захищає інтереси виробника
продукції і передбачає, що ціна повинна покрити витрати виробника, пов'язані
з виробництвом і реалізацією продукції, і забезпечити рівень рентабельності
не нижче того, що має підприємство під час виробництва вже освоєної
продукції [36]:
    Р 
Ц = Ц 1+ ндс   Н 
Н .М . опт.п. Ц = С 1+
 100  опт.п. пов  100 
  ,  
де Цопт.п – оптовая ціна підприємства, грн.; Спов – повна собівартість виробу,
грн.; РН – нормативний рівень рентабельності, 10%; αНДС – податок на додану
вартість, 20%.
10
Ц . = 4317,32 (1 + ) = 4749,05 грн.
опт п 100
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
93
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

20
Ц . = 4749,05 (1 + ) = 5698,86 грн.
Н М 100
Верхня межа ціни. Верхня межа ціни (Цв.м) захищає інтереси споживача і
визначається тією ціною, яку споживач готовий заплатити за продукцію з
кращою споживчою якістю
Ц .
В.М. = ЦБ КТ.Р = 7380 . 1,876 = 13844,88 грн.
де ЦБ – ціна базового виробу, грн. (ЦБ = 7380 грн); КТР – рівень якості нового
виробу відносно базового;
Договірна ціна. Договірна ціна (Цдог) може бути встановлена за
домовленістю між виробником і споживачем в інтервалі між нижньою та
верхньою лімітними цінами.
ЦН.М < Цдог < ЦВ.М.
Виходячи з виразу: 5698,86 < Цдог < 13844,88, обираємо ціну на виріб
Цдог = 9700 грн.

8.6. Визначення мінімального обсягу виробництва продукції
Собівартість річного випуску продукції [36]:
СР = а СПОВ Q + bCПОВ  Х
,
де Cпов - повна собівартість одиниці продукції, грн.;
а - умовно-змінні витрати = 0,75;
b - умовно-постійні витрати = 0,25;
Х - виробнича потужність підприємства X = 1850 од./рік;
Q - річний обсяг випуску продукції Q = 1500 од./рік;
Ср = 0,75. 4317,32.1500 + 0,25. 4317,32.1850 = 6 853 745,5 грн.
Вартість річного випуску продукції Qp = Ц .
дог Q:
Qр = 9700.1500 = 14 550 000 грн.
Обсяг продукції при якому прибуток дорівнює нулю:
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
94
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

b С
Q = ПОВ  X
1
Ц ДОГ − а СПОВ 0,25⋅4317,32⋅1850
��1 = = 309 одиниць.
9700−0,75⋅4317,32
Обсяг продукції при якому буде досягнутий запланований рівень
рентабельності:
 Р
b  С  X  1+ Н 
ПОВ  
 100 
Q2 =
 Р 
Ц ДОГ − а  С Н
ПОВ  1+ 
 100 
20
0,25⋅4317,32⋅1850⋅(1+ )
�� = 100
2 20 = 412 одиниць.
9700−0,75⋅4317,32⋅(1+ )
100
Річний прибуток при досягненні запланованого рівня рентабельності
П = (Ц − С ) Q
складе [36]: ДОГ ПОВ 2
П = (9700 – 4317,32).412 = 2 217 664,16 грн.
Побудуємо графік, рис.8.1, на якому покажемо значення Q1 та Q2:
6
4.5 10
6
4.5 10
6
4.05 10
6
3.6 10
6
3.15 10
C1(Q)
6
C2(Q) 2.7 10
R1(Q) 6
2.25 10
R2(Q)
6
(Q) 1.8 10
6
1.35 10
5
9 10
5
4.5 10
0
0 Q1 Q2
3 3 3 3
0 160 320 480 640 800 960 1.12 10.28 1.044 110.6 10
Рисунок 80.1 – Графік рентабельQн, оQ ,с QтK1і, QвKи2 ,р Qобництва приладу
3
1.5 10
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
95
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Таким чином, в даному розділі кваліфікаційної роботи були проведені
аналіз ринку, рівня якості і конкурентоспроможності приладу, розрахунки
собівартості виробництва, доцільність виробництва, визначення ціни виробу.
Повна собівартість пристрою позиціонування складає 4317,32 грн.
Нижня межа ціни: ЦН.М = 5698,86 грн.
Верхня межа ціни: ЦВ.М. = 13844,88 грн.
Договірна ціна: Цдог = 9700 грн.
Обсяг продукції при якому прибуток дорівнює 0 грн. – Q1 = 309 од.
Обсяг продукції при якому буде досягнутий запланований рівень
рентабельності Q2 = 412 од.
Більше 80% від собівартості виробу становлять покупні вироби,
напівфабрикати, роботи і послуги виробничого характеру сторонніх
підприємств. З цього можна зробити висновок, що собівартість виробу
переважно залежить від покупних радіоматеріалів і компонентів. Тому
основним шляхом зниження собівартості виробу – це налагодження поставок
комплектуючих безпосередньо від виробників.

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
96
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Висновки

В кваліфікаційній роботі бакалавра було розроблено пристрій
прецизійного позиціонування зонду атомно-силового мікроскопу, що є
автоматичним та забезпечує високоточне та оперативне керування
положенням скануючого зонду.
Виконаний літературний та патентний аналіз пристроїв, призначених
для позиціонування об‘єктів в робочій зоні, відзначив актуальність
розроблення пристрою прецизійного позиціонування зонду атомно-силового
мікроскопу, що забезпечує високоточне та оперативне керування положенням
скануючого зонду над досліджуваною поверхнею.
В кваліфікаційній роботі бакалавра була розроблена структурна схема,
яка включає в себе всі необхідні блоки для нормальної та стабільної роботи
пристрою прецизійного позиціонування зонду атомно-силового мікроскопу,
побудованого за згаданим принципом.
Проведений вибір та розрахунок елементної бази пристрою
прецизійного позиціонування. Розроблена та побудована принципова схема на
цих елементах. Проведено вибір прецизійного стабілітрону та розрахунок
балансуючої ємності, розрахунок силових каскадів керування оптопарою, а
також здійснено розрахунок резонансної схеми індукторам. Спроектована
друкована плата, де були розташовані елементи пристрою позиціонування.
Проведено розрахунки собівартості виробництва, доцільність
виробництва та визначена договірна ціна виробу, що становить Сдог = 9700 грн.
Проналізовано небезпеки та шкідливі фактори, які виникають на робочому
місці співробітника проектно-технічної лабораторії та розглянутий комплекс
дій у надзвичайних ситуаціях.
Розроблений в кваліфікаційній роботі бакалавра пристрій прецизійного
позиціонування зонду атомно-силового мікроскопу повністю відповідає усім
умовам технічного завдання.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
97
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Список використаної літератури
До вступу та розділу 1
1. G. Binnig, C.F. Quate and Ch.Gerber. Atomic force microscope// Phys. Rev. Lett.
56 (9), p.p. 930-933, (1986)
2. http://www1.fips.ru (Міжнародний класифікатор винаходів)
3. http://www.index.html (Класифікатор УДК)
4. Sarid D., Elings V., Review of scanning force microscopy // J. Vac. Sci. Technol.,
B 9(2), 431-437, (1991)
5. Goddenhenrich T., Lemke H., Hartmann U., Heiden C., Force microscop with
capacitive displacement detection // J. Vac. Sci. Technol., A 8 (1), 383-387,
(1990)
6. Erlandsson R., McClelland G.M., mate C.M., Chiang S., Atomic force
microscopy using optical interferometry // J. Vac. Sci. Technol., A 6 (2), 266-270,
(1988)
7. Albrecht T.R., Akamine S., Carver T.E., Quate C.F., Microfabrication of
cantilever styli for the atomic force microscope // J. Vac. Sci. Technol., A 8 (4),
3386-3396, (1990)
8. Su. Y., Evans A.G.R., Ensell G., Koch M., Fabrication of improved piezoresistive
silicon cantilever probes for the atomic force microscope // Sensors and Actuators
A, 60, p.163-167, (1997)
9. Meyer E., Heinzelmann H. Scanning Force Microscopy (SFM): Scanning
Tunneling Microscopy. II. Eds. R. Weisendanger and H.-J. Guntherodt. – Berlin:
Springer Verlag, 1992. P.99-146.
10. Akamine S., Barret R.C., Quate C.F./Appl. Phys. Lett. 1990. V.57.№3.P.316-
318.
11. Albrecht T.R., Akamine S., Carver T.E. et al. / J.Vac.Sci.Technol.A. 1990. V.8.
№4. P.3386-3396.
12. Luthi R., Haefke H., Meyer K.-P., Meyer E. et al./J.Appl.
Phys.1993.V.74.№12.P.7461-7471
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
98
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

13. Putman C.A., Van der Werf K.O. et al / Appl. Phs. Lett. 1994.V.64.№18. P2454-
2456
14. Hues S.M., Draper F.C., Lee P.K., Colton R.J. /Rev. Sci.
Instrum.1994.V.65.№5.P.1561-1565
15. Hartman U. Theory of Non-contact Force Microscopy: Scanning Tunneling
Microscopy.III. / Eds. R. Weisandanger and H.-J. Guntherodt. – Berlin: Springer
Verlag, 1993. P. 293-360
16. Giles R., Cleveland J.P., Hansma P.K. et al. / Appl. Phys. Lett. 1993. V.63. №5.
P.617-618
17. Datskos P.G., Oden P.I., Thundat T., Wachter E.A., Remote infrared radiation
detection using piezoresistive microcantilevers // Appl. Phys. Lett., 69 (20), 2986-
2988, (1996)
До розділу 5
18. Будіщев М.С. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка:
Львів, “Афіша”, 2001. – 424 с.
19. Андронік Буняк. Електроніка та мікросхемотехніка: навчальний посібник
для вищих учбових закладів. — Київ, Тернопіль: 2001.
20. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та
мікросхемотехніка: теорія і практикум. За ред. А.Г. Соскова. — К.,
Каравела, 2003. — 368 с.
21. Стахів П.Г., Коруд В.І. Основи електроніки з елементами
мікроелектроніки. Магнолія плюс, — Львів: 2006.
22. Будіщев М.С. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка.
Підручник. — Львів: Афіша, 2001. — 424 с.
До розділу 6
23. Нормування показників надійності технічних засобів: навчальний
посібник / О. М. Васілевський, О. Г. Ігнатенко. – Вінниця: ВНТУ, 2013. –
160 с.
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
99
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

24. Васілевський О.М., Поджаренко В.О. Практикум з метрологічного нагляду
за засобами вимірювань: Навчальний посібник. – Вінниця: ВНТУ, 2008. –
87 с.
25. Володарський Є.Т., Кошева Л.О. Статистична обробка даних: Навчальний
посібник. – К.: НАУ, 2008. – 308 с.
26. Васюра А.С. Елементи та пристрої систем управління і автоматики:
Навчальний посібник. – Вінниця: ВДТУ, 1999. – 157 с.
27. Федун І.В. Основи теорії надійності та контролю якості виробів
електронної техніки. – Вінниця: ВДТУ, 2003. – 71 с.
28. Румбешта В.О. Технологія складання, регулювання та випробування
приладів: підручник / В.О.Румбешта; НТУУ «КПІ». - Київ: НТУУ «КПІ»,
2014. - 364 с.
29. Методи та засоби забезпечення якості складання приладів та систем:
навчальний посібник / Шевченко В.В., Осадчий О.В., Симута М.О. – К.:
НТУУ «КПІ», 2011. – 97 с.
30. Технологія приладобудування: навчальний посібник для студентів
напрямку підготовки 6.051003 «Приладобудування» приладобудівного ф-
ту / Уклад.: Автори: Шевченко В.В., Осадчий О.В., Симута М.О. – К.:
НТУУ «КПІ», 2010. – 128 с.
До розділу 7
31. Пістун І.П. Безпека життєдіяльності: Навчальний посібник.– Суми:
Видавництво “Університетська книга”, 1999.– 301 с.
32. Атаманчук П.С., Мендерецький В.В., Панчук О.П., Чорна О.Г.
Інтегрований курс безпеки життєдіяльності (теоретичні основи): Навч.
посіб. - Кам'янець-Подільський: Буйницький О.А., 2009. - 200 с.
33. Атаманчук П.С., Мендерецький В.В., Панчук О.П., Чорна О.Г. Безпека
життєдіяльності та охорона праці (Практичний курс): Навчальний
посібник. - Кам'янець-Подільський: "Думка", 2010. - 152 с.

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
100
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

До розділу 8
34. Економіка підприємства: підручник. / І.М.Бойчик. – К.: Кондор -
Видавництво, 2016. – 378 с.
35. Методичні вказівки до виконання економічної частини дипломного
проекту з розробки електромережних об’єктів (для студентів денної і
заочної форм навчання спеціальності 7.090603 – „Електротехнічні системи
електроспоживання”) / Укл.: Качев О.С., Великих К.О. –Харків: ХНАМГ,
2008.- С.36.
36. Методичні вказівки до розробки економічної частини дипломних проектів
і робіт освітньо-кваліфікаційного рівна “бакалавр” для студентів за
напрямами підготовки 6.0904 “Металургія” та 6.0901 “Інженерне
матеріалознавство” / Уклад.: О.А. Гавриш, В.І. Кривда, С.В. Нараєвський.
– К.: ІВЦ “Видавництво “Політехніка”, 2010. – 54 с.

Арк.
М204.20021.001 ПЗ
101
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ДОДАТКИ
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
102
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Додаток А
Перелік нормативних документів
ДСТУ загального використання
ДСТУ ГОСТ 2.001:2006 Єдина система конструкторської документації.
Загальні положення
ДСТУ ГОСТ 2.051:2006 Єдина система конструкторської документації.
Електронні документи. Загальні положення
ДСТУ ГОСТ 2.052:2006 Єдина система конструкторської документації.
Електронна модель виробу. Загальні положення
ДСТУ ГОСТ 2.053:2006 Єдина система конструкторської документації.
Електронна структура виробу. Загальні положення

ДСТУ, повязані з оформленням розрахунково-пояснювальної записки
ДСТУ ГОСТ 2.051:2006 Єдина система конструкторської документації.
Електронні документи. Загальні положення
ДСТУ ГОСТ 2.104:2006 Єдина система конструкторської документації.
Основні написи

ДСТУ, повязані з оформленням графічної частини проекту
ДСТУ ГОСТ 2.308:2013 ЄСКД. Зазначення допусків форми та розміщення
поверхонь
ДСТУ ГОСТ 2.317:2014 ЄСКД. Аксонометричні проекції
ДСТУ ГОСТ 2.702:2013 ЄСКД. Правила виконання електричних схем

Загальні правила виконання креслень
ДСТУ ГОСТ 2.307:2013 ЄСКД. Нанесення розмірів і граничних відхилів
ДСТУ ISO 128-1:2005 (ISO 128-1:2003, IDТ) Національний стандарт України.
Кресленики технічні. Загальні принципи оформлення. Частина 1. Передмова
та покажчик понять стандартів ISO серії 128
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
103
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ДСТУ ISO 128-21:2005 (ISO 128-21:1997, IDТ) Національний стандарт
України. Кресленики технічні. Загальні принципи оформлення Частина 21.
Лінії, виконані автоматизованим проектуванням
ДСТУ ISO 128-30:2005 (ISO 128-30:2001, IDТ) Національний стандарт
України. Кресленики технічні. Загальні принципи оформлення Частина 30.
Основні положення про види
ДСТУ ISO 128-40:2005 (ISO 128-40:2001, IDТ) Національний стандарт
України. Кресленики технічні. Загальні принципи оформлення. Загальні
принципи оформлення. Частина 40. Основні положення про розрізи та
перерізи
ДСТУ ISO 129-1:2007 (ISO 129-1:2004, IDТ) Національний стандарт України.
Кресленики технічні. Проставлення розмірів і допусків. Частина 1. Загальні
принципи
ДСТУ ISO 3098-2:2007 (ISO 3098-2:2000, IDТ) Національний стандарт
України. Документація на технічні вироби. Шрифти. Частина 2. Латинська
абетка, цифри і знаки
ДСТУ ISO 3098-3:2007 (ISO 3098-3:2000, IDТ) Національний стандарт України.
Документація на технічні вироби. Шрифти. Частина 3. Грецька абетка
ДСТУ ISO 3098-4:2007 (ISO 3098-4:2000, IDТ) Національний стандарт
України. Документація на технічні вироби. Шрифти. Частина 4. Діакритичні і
окремі знаки латинської абетки
ДСТУ ISO 3098-5:2007 (ISO 3098-5:1997, IDТ) Національний стандарт
України. Документація на технічні вироби. Шрифти. Частина 5. Написання
латинської абетки, цифр і знаків засобами автоматизованого проектування
ДСТУ ISO 3098-6:2007 (ISO 3098-6:2000, IDТ) Національний стандарт України.
Документація на технічні вироби. Шрифти. Частина 6. Кирилична абетка
ДСТУ ISO 5455:2005 (ISO 5455:1979, IDТ) Національний стандарт України.
Кресленики технічні. Масштаби
ДСТУ ISO 5457:2006 (ISO 5457:1999, IDТ) Національний стандарт України.
Документація технічна на вироби. Кресленики. Розміри та формати
Арк.
М204.20021.001 ПЗ
104
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Дуб л.
Взам.
Підп.
Інв. № Підпис Дата Зм. Арк № докум. Підпис Підпис

Т.Л.
ЧДТУ 213321231

ЗАТВЕРДЖУЮ
Узгоджено: Головний технолог
Тичков В.В. Максим БОНДАРЕНКО
(підпис) (підпис)

_________________________(дата) _____________________________(дата)
ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС
на виготовлення друкованої плати
и
М204.20021.001 ТП
Процес впроваджено у виробництво
_______________________________( )
(підпис)
Ольга БАСАРАБ _______________________________( )
(підпис) (підпис)
_______________________________( )

(підпис)
______________________________(дата) _______________________________( )
(підпис)
_______________________________( )
(підпис)

ДУБЛ. ГОСТ 3.1404-86 ФОРМА 3 САПР
ВЗАМ.
ОРИГ.

РОЗРОБ. Басараб О.С. 0117012345 1017112345

ПЕРЕВІРИВ Бондаренко М.О.

Н. КОНТР. Тичков В.В.
НАЙМЕНУВАННЯ ОПЕРАЦІЇ МАТЕРІАЛ ТВЕРДІСТЬ ЕВ МД ПРОФІЛЬ ТА РОЗМІРИ М3 КОІД
З ПОПЕРЕДНЬОЇ ОПЕРАЦІЇ

ОБЛАДНАННЯ, ПРИСТРІЙ ЧПК ПОЗНАЧЕННЯ ПРОГРАМИ ТО ТВ Т П. З. Т ШТ. ЗОР
1А240-6

Р ПІ D/B L T I ТоС N t
А 01 005 Підготовка поверхні фольги та отворів ИОТ43 18 -25 0.5
02 фотохімічним методом 6017100001
03 2017012345
04 2517100001
05 3017100001
Б 06 Устаткування підготовки поверхні
07 ДП Billeo
08
А 09 010 Хімічне омедніння отворів ИОТ44 50 -60 2-5
B 10 Автооператорна лінія для хімічного омедніння 6077100002
11 “Module – R” 2017012345
12 2517100002
13 3017100002
14
А 15 015 Гальванічне омедніння ИОТ45
16 6017100003
Б 17 Автооператорна лінія для гальванічного омедніння 2017012345 20
18 “Module-R” 2517100003
19
20

ДУБЛ. ГОСТ 3.1404-86 ФОРМА 3 САПР
ВЗАМ.
ОРИГ.

РОЗРОБ. Басараб О.С. 0117012345 1017112345

ПЕРЕВІРИВ Бондаренко М.О.

Н. КОНТР. Тичков В.В.
НАЙМЕНУВАННЯ ОПЕРАЦІЇ МАТЕРІАЛ ТВЕРДІСТЬ ЕВ МД ПРОФІЛЬ ТА РОЗМІРИ М3 КОІД
З ПОПЕРЕДНЬОЇ ОПЕРАЦІЇ

ОБЛАДНАННЯ, ПРИСТРІЙ ЧПК ПОЗНАЧЕННЯ ПРОГРАМИ ТО ТВ Т П. З. Т ШТ. ЗОР
1А240-6

Р ПІ D/B L T I T оC N t
А 01 030 Нанесення фоторезисту ИОТ48 80-110 10-15
02 6017100006
03 2017012345
04 2517100006
05 3017100006
06
Б 07 Ламінатор двохсторонній А-250 фірма “Dynachem Corporation”
08
А 09 035 Експонування ИОТ49 18 -25 1-5
10 6017100007
11 2017012345
12 2517100007
13
Б 14 Установка експонування “Du Pont”
15
А 16 040 Проявлення ИОТ 51 10-18 0.5-2
17 6017100008
Б 18 Конвейєрна установка струменевого типу для появлення 2017012345
19 фоторезисту “Processor-C” 30117100008
20

ДУБЛ. ГОСТ 3.1404-86 ФОРМА 3 САПР
ВЗАМ.
ОРИГ.

РОЗРОБ. Басараб О.С. 017012345 1017112345

ПЕРЕВІРИВ Бондаренко М.О.

Н. КОНТР. Тичков В.В.
НАЙМЕНУВАННЯ ОПЕРАЦІЇ МАТЕРІАЛ ТВЕРДІСТЬ ЕВ МД ПРОФІЛЬ ТА РОЗМІРИ М3 КОІД
З ПОПЕРЕДНЬОЇ ОПЕРАЦІЇ

ОБЛАДНАННЯ, ПРИСТРІЙ ЧПК ПОЗНАЧЕННЯ ПРОГРАМИ ТО ТВ Т П. З. Т ШТ. ЗОР
1А240-6

Р ПІ D/B L T I Tо C N t
А 01 045 Нанесення захисного шару ИОТ52 10-20 1-2
02 6017100009
03 2017012345
04 2517100009
05 3017100009
06
Б 07 Гальванічна лінія
08
А 09 050 Видалення фоторезисту ИОТ53 90 0.5-1
10 6017100010
11 2017012345
12 2517100010
13 3017100010
14
Б 15 Конвейєрна установка фоторезисту “Stripping”.
16 Дистилятор для реєстрації розчинів “C -100”
17

Додаток В

Додаток Г

Додаток Д

Репозиторій ЧДТУ