Анализ опасностей и вредностей при производстве печатных плат .

Маршрут изготовления печатных плат включает в себя следующие этапы :

• Заготовительные операции (раскрой заготовок, разрезку материала и выполнение базовых отверстий на заготовках печатных плат ).

• Образование монтажных и переходных отверстий.

• Подготовка поверхности заготовок (механическая очистка, обезжиривание, промывка).

• Металлизация поверхности проводников и переходных отверстий.

• Нанесение рисунка схемы.

• Травление меди с пробельных мест.

Заготовительные операции.

В крупносерийном производстве разрезку материала выполняют методом штамповки в специальных штампах на эксцентриковых прессах с одновременной пробивкой базовых отверстий на технологическом поле. В серийном и мелкосерийном производстве широкое распространение получили одно- и много ножевые роликовые ножницы. Разрезку основных и вспомогательных материалов (прокладочной стеклоткани, кабельной бумаги и др.), необходимых при изготовлении ПП в мелкосерийном и единичном производстве, осуществляют с помощью гильотинных ножниц.

Базовые отверстия получают различными методами в зависимости от класса ПП. На ПП первого класса базовые отверстия получают методом штамповки с одновременной вырубкой заготовки. Базовые отверстия на заготовках плат второго и третьего классов получают сверлением в универсальных кондукторах. В настоящее время в серийном производстве сверление базовых отверстий по кондуктору на универсальных сверлильных станках уступило место сверлению на специализированных станках.

Таким образом, выполнение заготовительных операций по рас­крою материала сопряжено с опасностью повреждения рук работаю­щего в случае попадания их в рабочую зону пресса или ножа гильотинных ножниц при ручной подаче материала.

Наибольшую опасность представляет работа пресса в автомати­ческом режиме, требующая большого напряжения, внимания и осторожности работающего, так как всякое замедление движения рабо­чего может привести к травматизму. .Кроме механической опасности, на этом этапе существует ещё и химическая :

образующаяся при сверлении, резке материала заготовок печатных плат пыль

отрицательно действует на дыхательную систему человека.

Образование монтажных и переходных отверстий.

Существуют два метода получения отверстий в печатных платах : пробивка их в специальных штампах и сверление. Пробивку отверстий в штампах применяют в тех случаях, когда отверстие в дальнейшем не подвергается металлизации. Штамповку выполняют на эксцентри­ковых прессах в специальных штампах с прижимом заготовки в процессе обработки.

Для повышения качества выполнения отверстий и одновременно их точности применяют сверление. Наибольшее распространение полу­чение отверстий в печатных платах на специализированных .одно- и многошпиндельных сверлильных станках.

Выполнение операции образования монтажных и пе­реходных отверстий связано о эксплуатацией оборудования, ана­логичного применяемому при выполнении заготовительных операций, следовательно сходными будут и опасные факторы производства.

Подготовка поверхности заготовок.

Подготовка поверхностей к проведению технологических опера­ций осуществляется на многих этапах процесса производства ПП и включает в себя:

1. механическую или комбинированную очистку поверхности от оксидов, остатков смазки и других загрязнений;

2. щелочное обезжиривание поверхности моющими средствами;

3. водную промывку;

4. декапирование в растворе кислоты;

5. промывку в холодной и горячей воде:

6. сушку поверхности.

Ручную химическую подготовку поверхности осуществляют в ванных с различными растворами при покачивании заготовок с их промывкой в раковинах-мойках. Применяемые растворы содержат тринатрий фосфат, хромовый ангидрид, трисульфит аммония, кальцинированную соду, соляную и серную кислоты и др., которые оказывают вредное воздействие на организм человека.

Металлизация поверхности проводников и переходных отверстий.

В промышленности используется два типа металлизации : химическая и гальваническая.

Химическая металлизация печатных плат заключается в последовательности химических реакций осаждения меди, используемой в качестве под­слоя при нанесении основного слоя токопроводящего рисунка галь­ваническим способом или в качестве основного слоя при нанесении токопроводящего рисунка путем толстослойного химического меднения при изготовлении плат аддитивным способом.

Для придания диэлектрической основе ПП способности к металлизации производят подготовительные операции - сенсибилизацию и активизацию поверхности, выполнение которых связано о работой с агрессивными и раздражающими веществами (соляной кислотой, водным аммиаком).

Для химической металлизации печатных плат применяют разбавленные раст­воры с невысокими концентрациями основных компонентов, в число которыхвходят, например, гидроокись натрия, ЗЗ%-ный растворформалина, хлористый никель, сернокислая медь, углекислый нат­рий.

Химическое меднение печатных плат производится в специальных линиях с набором ванн необходимого размера, выполненных из химически стойких материалов. Ванны должны быть оборудованы устройствами фильтрации и дозировки растворов, системами поддержания задан­ной температуры, а также бортовыми отсосами, не допускающими распространения паров растворов по объему производственного по­мещения.

Гальваническую металлизацию при производстве печатных плат применяют для различных целей, при этом металлизируемые платы, закреплен­ные на специальных подвесках - токоподводах, помещают в гальваническую ванну с электролитами между анодами, выполненными из металла необходимого покрытия и заключенными во избежание .об­разования шлама в чехол из специальной хлориновой ткани. Гальва­нические ванны должны быть оборудованы бортовыми отсосами, так как пары электролита и продуктов химических реакций могут ока­зывать вредное воздействие на организм работающего.

Для гальванического меднения используются следующие вещества, работа с которыми требует соблюдения соответ­ствующих мер безопасности: борфтористая медь, борфтористоводородная кислота, борная кислота. Наличием вредных веществ характеризуется также состав (качественный) электролита для нанесе­ния покрытия олово-свинец: олово борфтористое, свинец борфтористый, кислота борфтористоводородная, борная кислота. Кроме опасности контакта с вредными веществами, входящими в составы электролита и растворов, при гальванической металлизации существует опасность поражения электрическим током

Нанесение рисунка схемы.

Нанесение рисунка схемы на печатные платы или на их слои необходимо для получения защитной маски требуемой конфигурации при осуществле­нии процессов металлизации и травления проводящего рисунка.

В промышленности наибольшее распространение нашли сеткографический и фотохимический способы нанесения рисунка схемы. Вслед­ствие жестких требований, предъявляемых к рисунку, производст­венные помещения, где происходит процесс его нанесения, должны быть кондиционируемыми, обеспыленными, закрытыми для посещения лицами, не связанными с выполнением этой операции. При этом от­носительная влажность должна

составлять (65±5) %, температура воздуха 18 - 25 °С, содержание пыли, определяемое прибором АЗ-5, на более 100 частиц размером 2 мкм на 1 л воздуха.

Сеткографический способ нанесения рисунка схемы наиболее рентабелен для массового и крупносерийного производства. При обслуживании оборудования для получения рисунка сеткографическим способом возникают опасные и вредные факторы, обусловленные наличием электрического тока, эпоксидных композиций и специаль­ной краски, инфракрасного и ультрафиолетового излучения, исполь­зуемого для сушки масок.

Фотографический метод нанесения рисунке схемы связан с использованием фоторезиста, инфракрасного излучения для его сушки, ультрафиолетового излучения с длиной волны 365 мм для экспонирования, химичес­ких веществ, используемых для дубления фоторезиста.

На этом этапе есть опасность вредного воздействия ИК и УФ-излучений, фоторезиста и связанных с его обработкой химических веществ, опасность поражения электрическим током.

Травление меди с пробельных мест.

При изготовлении печатных плат субтрактивными и полуаддитивним метода­ми важным этапом формирования проводящего рисунка схемы является процесс травления (удаления) меди с непроводящих (пробельных) участковсхемы. Травление является сложным окислительно-восстановительным процессом, в котором травильный раствор служит окислителем.

В промышленности для травления плат, проводящий рисунок ко­торых защищен сеткографическим способом или фоторезистом, приме­няют растворы хлорного железа и кислые растворы на основе хлор­ной меди. Хотя данный травитель имеет меньшую токсичность по сравнению с другими типами травителей, тем не менее при работе о ним требуется использование индивидуальных средств защиты кож­ных покровов рук.

Пары солей меди оказывают раздражающее действие на дыхатель­ные пути, а попадание растворов солей внутрь способствует обра­зованию язв желудка.

Более токсичным является травитель, используемый для трав­ления меди с плат, проводящий рисунок которых защищен металлорезистом олово-свинец, так как его основу составляют серная кис­лота, трисульфат аммония, а процесс травления происходит при тем­пературе 50 - 55 °С.

Из приведенного выше можно выделить следующие факторы обитаемости :

• физические факторы :

• движущиеся элементы (части механизмов для раскройки и сверления плат. Наибольшую опасность представляют механизмы с ручной подачей материала и работающие в автоматическом режиме);

• электроопасность (опасность поражения электрическим током при работе на станках и на участке гальванической металлизации);

• нерациональное освещение (опасность вредного воздействия света на зрение рабочего при неправильном расположении светильников);

• акустическое воздействие (превышение предельно допустимого уровня шума на участке заготовительных операций и сверления);

• параметры микроклимата (высокая температура, повышенная влажность);

• химические факторы :

• непосредственный контакт с токсичными веществами (на участках металлизации, травления, очистки поверхности платы используются вещества, оказывающие раздражающее и разъедающее действие на организм человека (такие как соляная и серная кислоты, борфтористоводородная кислота, а также соли этих кислот);

• воздействие вредных веществ на систему дыхания (при выполнении базовых отверстий на сверлильных станках может выделятся большое количество пыли, текстолит и гетинакс выделяют при контакте с раскаленным сверлом токсичные вещества, оказывающие отравляющее воздействие; пары веществ на участках металлизации, травления и очистки оказывают раздражающее и удушающее воздействие);

• психофизиологические факторы

• нервное напряжение (наибольшую опасность представляет работа пресса в автоматическом режиме, требующая большого напряжения, внимания и осторожности работающего, так как всякое замедление движения рабочего может привести к травматизму);

• монотонность труда (опасность снижения внимания со временем на участках, требующих повышенной осторожности);

К тяжелой категории относится труд только на станках с ручной подачей материала на этапе заготовительных операций. На остальных участках, а также при работе на станках с автоматической подачей материала труд средней категории тяжести.

Методы и средства защиты.

Зная факторы обитаемости можно выбрать методы защиты : наиболее эффективен здесь будет Г-метод (комбинация мероприятий):

Механизация, автоматизация, дистанционное управление (метод А)

1. Часто опасную зону у пресса ограждают при помощи фотоэлементов, сигнал от которых автоматически останавливает пресс, если руки рабочего оказались в опасной зоне.

2. Радикальным решением вопроса безопасности является механизация и автоматизация подачи и удаления заготовок из штампа, в том числе с использованием средств робототехники.

3. При ручной подаче заготовок необходимо применять специальные приспособления: пинцеты, крючки и т.д.

4. Широкое применение специальных сверлильных станков с ЧПУ преимущественно от восьмидорожечной перфоленты.

5. Использование устройств контроля процессов в комплексе с ЭВМ

Адаптация окружающей среды к человеку (метод Б)

1. Во избежание попадания рук рабочего в опасную зону работы пресса в автоматическом режиме, применяют систему двурукого включения, при котором пресс включается только после одновременного нажатия обеими руками двух пусковых кнопок.

2. В прессах и ножницах с ножными педалями для предотвращения случайных включений педаль ограждают или делают запорной.

3. Во избежание травм при работе на сверлильных станках необходимо следить за тем, чтобы все ремни, шестерни и валы, если они размещены в корпусе станка и доступны для прикосновения, имели жесткие неподвижные ограждения.

4. Движущиеся части и механизмы оборудования, требующие частого доступа для осмотра, ограждаются съемными или открывающимися устройствами ограждения.

5. В станках без электрической блокировки должны быть приняты меры, исключающие возможность случайного или ошибочного их включения во время осмотра.

6. Образующуюся при сверлении, резке материала заготовок печатных плат пыль необходимо удалять с помощью промышленных пылесосов.

7. На участках травления, металлизации, очистки поверхности обязательно использование вытяжной вентиляции.

8. Обязательно наличие надёжного заземления для электрооборудования.

9. Правильно располагать источники света.

10. На участке с высоким уровнем шума использовать звукопоглотители.

Адаптация человека к окружающей среде (метод В)

1. Во избежание захвата одежды и волос рабочего его одежда должна быть заправлена так, чтобы не было свободных концов; обшлага рукавов следует застегнуть, волосы убрать под берет;

2. На участках металлизации, травления, очистки обязательно использование личных средств защиты (резиновых перчаток);

Концентрация токсичных газов в рабочей зоне не должна превышать ПДК.

Вещество	ПДК
пары азотной кислоты	0.4 мг/м3
пары фтористоводородной кислоты	1 мг/м3
пары серной кислоты	1 мг/м3
пары борной кислоты	10 мг/м3
пары соляной кислоты	0.2 мг/м3

Содержание кислорода (по объему) в воздухе производственного помещения должна быть не ниже 18%.

Санитарно - гигиенические условия труда.

Санитарно - гигиеническими условиями предусматриваются требования к чистоте воздуха (концентрации вредных веществ должны быть ниже ПДК), к планировке помещений (гардероб, душевые), к технологической одежде каждого рабочего (средства защиты от агрессивных сред), к освещению ( общее или комбинированное, правильное расположение источников света, наличие аварийного освещения). Минимально допустимая освещённость Е_доп = 150 лк. Параметры микроклимата (для работы средней тяжести в помещении, характеризующимся незначительным избытком тепла) :

Параметры	Температура воздуха	Относительная влажность	Скорость движения воздуха
Оптимальные	20 - 23°	60 - 30%	0,2 - 0,5 м/с
Допустимые	не более 28°	при 28° не более 55% при 27° не более 60% при 26° не более 65% при 25° не более 70% при 24° не более 75%	0,3 - 0,5 м/с

Защита окружающей среды.

Вредные выбросы линии изготовления печатных плат делятся на два вида : выбросы в атмосферу и сточные воды.

• Выбросы в атмосферу. Их состав разнообразен. Обычно основные примеси это: окись углерода, окись серы, углеводороды, пыль, окислы азота. Существует несколько методов очистки выбросов:

• Отстаивание (разделение газа и твердых частиц под действием силы тяжести);

• Фильтрование (разделение газа и твердых частиц с помощью пористого материала);

• Коагуляция (способ очистки путём укрупнения дисперсных частиц и удаления их механическим способом);

• Адсорбция (поглощение из загрязнённого газа одного или нескольких компонентов твёрдым веществом);

• Ионный обмен (улавливание ионов химических соединений природными материалами или синтетическими смолами с последующей регенерацией материала);

• Нейтрализация (основан на химической реакции нейтрализации);

• Сточные воды. Наиболее вредными являются стоки, возникающие при проведении химических процессов, промывные воды. В общем случае примеси делятся на минеральные и органические. Дальнейшее деление идет в зависимости от размеров частиц примеси. На производстве используется две стадии очистки:

1. Механическая очистка (для удаления взвесей и дисперсно-коллоидных частиц);

2. Очистка от химических веществ. Эта очистка осуществляется различными методами :

• Процеживание и отстаивание (извлечение крупных и грубодисперсных примесей);

• Фильтрование (выделение тонкодиспергированных твёрдых или жидких веществ);

• Флотация (удаление нерастворимых диспергированных примесей, которые плохо отстаиваются );

• Адсорбционная очистка (очистка от растворённых органических веществ);

• Ионообменная очистка (извлечение из сточных вод металлов, а также соединений мышьяка, фосфора, радиоактивных веществ);

• Жидкостная экстракция (очистка сточных вод, содержащих масла, органические кислоты, ионы металлов);

• Обратный осмос и ультрафильтрация (процесс фильтрования через полупроницаемые мембраны под давлением);

• Десорбция (выделение из сточных вод летучих компонентов);

• Коагуляция и флокуляция (способ очистки путём укрупнения дисперсных частиц );

• Окислительно-восстановительная очистка (превращение с помощью химических реакций вредных примесей в менее токсичные);

• Электрохимическая очистка (процессы окисления, восстановления, коагуляции при пропускании тока через сточную воду);

Расчет воздухообмена.

Для примера возьмём операцию очистки поверхности (декапирование) и рассчитаем объём воздуха, удаляемого двухбортовым обычным отсосом от ванны. Пусть ширина ванны B = 0.8м, длина l = 1.5м, температура воздуха tп = 20°C, температура раствора tв=100°С.

Для очистки поверхности меди и её сплавов от окислов в производстве используется цианистый калий или цианистый натрий. При взаимодействии с окислом будет выделяться цианистый водород, который и надо будет удалить. Высота спектра вредностей для данного случая H=80мм. В зависимости от ширины ванны и высоты спектра найдем табличный коэффициент А = 455м³/ч

Теперь объем удаляемого воздуха рассчитываем по формуле :

L = A³Ötв - tп * 1.5 * l = 455 * 4.3*1.5*1.5 = 4402 м³/ч