BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM VÕ HOA SƠN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY HÀN CHIPSET BGA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành Kỹ Thuật Điện Mã số ngành 605202202 TP HỒ CHÍ MI[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM - VÕ HOA SƠN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY HÀN CHIPSET BGA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 605202202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM - VÕ HOA SƠN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY HÀN CHIPSET BGA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 605202202 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS: HỒ ĐẮC LỘC TS: NGUYỄN THANH PHƯƠNG TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS Hồ Đắc Lộc, TS Nguyễn Thanh Phương (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM ngày 22 tháng 01 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) 1.PGS TS Bùi Xuân Lâm - Chủ tịch hội đồng 2.PGS TS Ngô Văn Dưỡng - Ủy viên 3.TS Đồng Văn Hướng - Phản biện 4.TS Trương Việt Anh - Phản biện 5.TS Nguyễn Hùng -Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP HCM PHỊNG QLKH - ĐTSĐH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP HCM, ngày … tháng… năm 20 … NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VÕ HOA SƠN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh:08/01/1959 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV:1181031049 I- TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY HÀN CHIPSET BGA II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Mục đích đề tài đáp ứng nhu cầu cấp thiết thời đại công nghệ nên đề tài đưa nhiều mẫu máy hàn chipset BGA Cơ sở máy hàn chipset BGA tốn nhiệt, điều khiền phân tích kỹ lưỡng upload miễn phí cho người Điểm đề tài Dùng hàm lượng để giải tốn điều khiển theo mơ hình PID thay cho phương pháp khác Với mong muốn nước ta sớm có nhà máy sản xuất board mạch , đề tài đưa mô hình máy đóng chipset tự động dưa sở ứng dụng kỹ thuật đồ họa tác dụng nhiệt độ curie lên vật liệu từ dùng để định vị chipset III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:21- 06 - 2012 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM :29 – 12 - 2012 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS HỒ ĐẮC LỘC, TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC Độc lập – Tự – Hạnh phúc KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP HCM TP Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 201 BẢN CAM ĐOAN Họ tên học viên:Võ Hoa Sơn Ngày sinh: 08/01/1959 Nơi sinh: Bình Định Trúng tuyển đầu vào năm:2011 Là tác giả luận văn:Thiết kế điều khiển cho máy hành chip set BGA Chuyên ngành:Kỹ thuật điện Mã ngành:605202202 Bảo vệ ngày: 22 Tháng 01 năm 2013 Điểm bảo vệ luận văn:8,2 Tôi cam đoan chỉnh sửa nội dung luận văn thạc sĩ với đề tài theo góp ý Hội đồng đánh giá luận văn Thạc sĩ Các nội dung chỉnh sửa: Định dạng lại chương mục rỏ ràng cụ thể Đánh giá kết 03 sản phảm thiết kế Người cam đoan Cán Hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn VÕ HOA SƠN ii LỜI CÁM ƠN Tôi xin bày tỏ lời cám ơn sâu sắc đến PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc, TS Nguyễn Thanh Phương tạo nhiều điều kiện, hướng dẫn cho tơi hồn thành luận văn Tôi cám ơn quý Thầy, Cô khoa Điện - Điện tử, Phòng Quản lý Khoa học - Đào tạo sau đại học, Trường Đại học kỹ thuật cơng nghệ TP HCM nhiệt tình giúp đỡ đóng góp nhiều ý kiến q giá giúp tơi hồn thiện luận văn Tơi xin cám ơn bạn bè, đồng nghiệp, gia đình động viên suốt trình học tập Tp HCM, ngày 20 tháng 12 năm 2012 Võ Hoa Sơn iii TÓM TẮT Đề tài thiết kế điều khiển cho máy hành chip set BGA dựa yêu cầu thiết lãnh vực kỹ thuật thời đại công nghệ Như biết, board mạch trước thiết kế linh kiện điện tử có “chân hàn” bên Ngày nay, để làm gọn nhẹ tăng tốc cho thiết bị, người ta thiết kế chipset có “chân bi chì ” gọi chipset BGA Các chipset BGA đời thay chipset cũ, máy hàn chipset BGA cần thiết hoạt động kỹ thuật Hàng năm phải tốn nhiều ngoại tệ nhập máy hàn chipset BGA phục vụ cho kỹ thuật Các sở đào tạo khó khăn để có phịng thực hành đóng chipset BGA q đắt Từ thực tế nêu trên, đề tài giới thiệu nhiều mô hình điều khiển máy hàn chipset BGA đưa nhiều mẫu máy hàn từ rẻ tiền đến cao cấp từ vài triệu đồng đến vài trăm triệu đồng có ý nghĩa ứng dụng thực tế Ngồi để tăng hàm lượng nghiên cứu sáng tạo đề tài cịn đưa nhìn mơ hình PID – dùng hàm lượng với mong muốn bổ sung vào mơ hình PID theo cơng thức thực nghiệm ZIEGLER-NICHOLS mơ hình PID-MỜ xem kinh điển tối ưu điều khiển Cuối với mong muốn có nhà máy sản xuất board mạch nước tiên tiến đề tài đưa giải pháp “Dây chuyền đóng chip set nhà máy” với hai ý tưởng kỹ thuật đồ họa thiết bị hàn chipset phương pháp định vị chipset vật liệu từ với mong muốn đóng góp để hồn chỉnh iv ABSTRACT Threads "CONTROLLER DESIGN FOR SOLDERING BGA CHIPSET MACHINE" based on urgent requirements in the field of technology in As we know, the previous circuit boards are designed by the electronic components to have "solder pins " outside Today, to make to compact and acceleration devices, one designed chipset with "lead ball pins" called BGA chipset The BGA chipsets gradually replace the old chipsets Therefore, soldering BGA chipset machine is indispensable in technique activities Every year we have a lot of foreign currency to import soldering BGA chipset machines Training facilities is also very difficult to have close BGA chipset practice room because it is too expensive From the above fact, the subjest introduced many chipset soldering machine controller and offers many models from cheaper to expensive from several million to several hundred million and it is significant in practical applications In addition to increased levels of creativity research, subject was given a new look model PID that use energy desired function to add the PID model , which it is according to Ziegler-Nichols empirical formula and the PID-model has been considered a classic optimization controller Finally, with the expectation that factory circuit board as the advanced countries subject also provides chipset solutions "line close chipset solvering in factory” with two ideas are technical graphic applications for soldrering chipset machine and positioning method chipset from magnetic materials v MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Abtrast iv Mục lục v Danh mục từ viết tắt x Danh mục bảng xi Danh mục biểu đồ, hình ảnh xii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích đề tài Điểm đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA SÚNG BẮN NHIỆT 1.1 Giới thiệu 1.2 Cơ sở nhiệt học 1.2.1 Các giải pháp điều chỉnh nhiệt độ 1.2.2 Giới thiệu đặt tính đóng mở loại cơng suất 1.2.3 Vai trò độ rộng xung súng bắn nhiệt 1.2.4 Bài tốn ngắt mở bán dẫn cơng suất 1.3 Các loại linh kiện bán dẫn công suất 1.3.1 GTO 1.3.2 THYRISTOR 1.3.3.TRIAC 11 1.3.4 SSR 11 vi 1.4 Mạch động lực 12 CHƯƠNG 2: BỘ ĐIỀU KHIỂN VI, TÍCH PHÂN TỈ LỆ 14 2.1 Giới thiệu 14 2.1.1 Bộ điều khiển ON-OFF 14 2.1.2 Bộ điều khiển PID 14 2.2 Bộ điều khiển PID dùng súng bắn nhiệt 17 2.3 Bộ điều khiển PID dùng thiết bị hàn chipset 18 2.4 Mơ hình phức hợp thiết bị hàn chipset 19 CHƯƠNG 3: LOGIC MỜ CHO SÚNG BẮN NHIỆT 21 3.1.Giới thiệu 21 3.2.Hệ thống xử lý mờ 22 3.2.1.Hệ mờ tĩnh 22 3.2.2.Logic mờ cho toán nhiệt đơn giản 23 3.3.Hệ mờ động 24 3.4.Quan điểm Logic mờ toán nhiệt 25 3.4.1.Mờ hóa 25 3.4.1.1.Hệ mờ tập vào 25 3.4.1.2.Tập mờ đầu 27 3.5.Quan điểm Logic mở toán nhiệt 30 3.5.1.Đặt vấn đề 30 3.5.2.Mơ hình điều khiển theo PID-MỜ 33 3.6.Phương pháp dùng hàm lượng 35 3.6.1.Cơ sở lý thuyết 35 3.6.2.Cơ sở tính toán 36 3.6.2.1.Thành phần tích phân 37 3.6.2.2.Thành phần vi phân 37 3.6.2.3.Thành phần tỉ lệ 38 vii 3.6.3 Thuật giải 38 3.6.4 Kết luận 339 CHƯƠNG 4: CẢM BIẾN VÀ MẠCH CHUYỂN ĐỔI 40 4.1.Cảm biến 40 4.1.1 Thermocouple 41 4.1.2 Điện trở nhiệt 42 4.1.3 Thermistor 42 4.1.4 IC bán dẫn 44 4.2.Mạch chuyển đổi 46 4.2.1.Tổng quát 46 4.2.2.Môi trường đo lý tưởng 47 4.2.3.Hiển thị nhiệt độ 48 CHƯƠNG : CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY HÀN CHIPSET BGA 50 5.1.Giới thiệu 50 5.2 Giải pháp mạch tổ hợp 50 5.2.1.Cơ sở lý thuyết 50 5.2.2.Sơ đồ mạch điều khiển nhiệt độ dùng DIOD muỗi 53 5.2.3.Board mạch điều khiển nhiệt độ 53 5.2.4.Mạch Timer 54 5.2.4.1.Giới thiệu VXL AT89C2051 54 5.2.4.2.Mạch hiển thị LED đoạn dùng VXL AT89C2051 56 5.2.4.3.Chương trình phục vụ 58 5.2.5 Nạp chương trình 58 5.2.6 Thiết kế 59 5.2.7 Kết nối thiết bị 62 5.2.8 Mẫu hoàn chỉnh 63 viii 5.3.Giải pháp dùng vi điều khiển dùng PIC 16 xx 63 5.3.1.Giới thiệu 63 5.3.2.Sơ đồ chân,sơ đồ khối 64 5.3.3 Thiết kế phần cứng 65 5.3.4.Các chương trình phục vụ 65 5.3.4.1.Chương trình chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số 65 5.3.4.2.Chương trình điều khiển bàn phím 67 5.3.4.3.Chương trình hiển thị nhiệt độ lên LCD 1602 69 5.3.4.Thuật giải 69 5.4.Giải pháp dùng PLC 69 5.4.1.Giới thiệu 69 5.4.2.Cấu trúc PLC 70 5.4.3.Nguyên lý hoạt độngcủa PLC 71 5.4.4.Sơ đồ chức 74 5.4.5.Thiết kế máy hàn chipset BGA dùng PLC 75 5.4.5.1.Giới thiệu mẫu PLC 75 5.4.5.2.Giới thiệu hình đa điểm chạm (HMI) 75 5.4.5.3.Bộ nguồn 77 5.4.5.3.Giới thiệu cable giao tiếp PLC va HMI 77 5.4.5.4.Giới thiệu cable chuyên dụng giao tiếp PC xử lý 78 5.4.6.Thiết lập dự án cho máy hàn chipset BGA 78 5.4.6.1.Cài đặt WINCC STEP7 78 5.4.6.2.Sơ đồ công nghệ 79 5.4.6.3.Thực kết nối ,truyền thông 80 5.4.6.4.Mẫu hoàn chỉnh 84 ix CHƯƠNG : NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐỒ HỌA TRONG MÁY HÀN CHIPSET BGA 85 6.1.Đặt vấn đề 85 6.2.Kỹ thuật đồ họa thiết bị hàn chipset BGA 86 6.2.1.Hệ trục tương đối chiều 86 6.2.2.Ứng dụng kỹ thuật đồ họa 87 6.3 Phương pháp định vị chipset vật liệu từ 90 6.3.1.Mối liên hệ nhiệt độ từ trường 90 6.3.2.Lý thuyết Langevin lý thuyết lượng tử 91 6.3.3.Các tính chất đặc trưng chất sắt từ 92 6.3.4.Ứng dụng sắt từ để định vị chipset BGA 94 6.3.4.1.Chế tạo keo sắt từ 94 6.3.4.2.Cách đặt chipset lên trục định vị 94 6.4.Thao tác tự động hóa dây chuyền đóng chipset BGA nhà máy 94 CHƯƠNG : KẾT LUẬN , KIẾN NGHỊ 96 Tài liệu tham khảo 97 x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BGA BALL GRID ARRAY ALU ARITHMETIC CPU CENTER PROFESSOR UNIT ROM READ ONLY MEMORY RAM READ ACESSERY MEMORY VXL VI XỬ LÝ xi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Hàm thành viên tật Et 26 Bảng 3.2 Hàm thành viên tập DET 27 Bảng 5.1 Chức chân PICf877……………………………….… 67 xii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ,HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mẫu súng bắn nhiệt chipset BGA Hình 1.2 Mơ hình súng bắn nhiệt Hình 1.3 Mơ hình điện tử công suất Hình 1.4 Độ phụ thuộc điện tử công suất vào độ rộng xung Hình 1.5 Độ phụ thuộc độ rộng xung góc mở linh kiện Hình 1.6 Đặc tính GTO Hình 1.7 Đặctính Thyristor 10 Hình 1.8 Đặc tính Triac 11 Hình 1.9 Các dạng SSR 12 Hình 1.10 Sơ đồ chức mạch động lực 13 Hình 2.1 Mơ hình tổng quát điều khiển PID 14 Hình 2.2 Thành phần tích phân 15 Hình 2.3 Thành phần vi phân 16 Hình 2.4 Thao tác trình điều khiển súng bắn nhiệt 19 Hình 2.5 Sơ đồ chức mạch điều khiển phức hợp 20 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống xử lý mờ 22 Hình 3.2 Khối mờ hóa nhiệt độ 23 Hình 3.3 Giản đồ mô tả liên hệ nhiệt độ hệ số hồi tiếp 23 Hình 3.4 Tập mờ Et 25 Hình 3.5 Tập mờ DET 23 Hình 3.6 Giản đồ hàm DET 28 Hình 3.7 Giản đồ hàm Et 28 Hình 3.8 Sơ đồ khối hệ thống PID ……………… ………… ………… … 32 Hình Mẫu PID-MỜ 34 Hình 3.10 Giản đồ hàm lượng…………………………………………… 36 xiii Hình 3.11 Thuật giải HÀM NĂNG LƯỢNG 38 Hình 4.1 Thermocouple 41 Hình 4.2 Điện trở nhiệt 42 Hình 4.3 Thermistor 43 Hình 4.4 Cảm biến dùng IC 44 Hình 4.5 Các loại cảm biến bán dẫn ……………………………………… … 45 Hình 4.6 Hệ thống điều khiển nhiệt độ 46 Hình 4.7 Sơ đồ mạch chuyển đổi 47 Hình 4.8 Sơ đồ cấu tạo OP-AMP 47 Hình 4.9 Mạch đo nhiệt độ dùng IC LM335 49 Hình 5.1 Mã hóa BCD 51 Hình 5.2 Hình dạng sơ đồ chân 74LS1190………………….……… …….51 Hình 5.3 Sơ đồ mạch điều khiển dùng DIOD muỗi 53 Hình 5.4 Board mạch chỉnh nhiệt độ dùng DIOD muỗi 54 Hình 5.5 Sơ đồ mạch Timer 56 Hình 5.6 Board mạch Timer 57 Hình 5.7 Board mạch nạp chương trình chuyên dụng 58 Hình 5.8 Các bước thiết kế đầu khò 60 Hình 5.9 Bộ phận hâm 61 Hình 5.10 Bộ phận gá 61 Hình 5.11.Panel 62 Hình 5.12.Kết nối thiết bị 62 Hình 5.13 Mẫu hồn chỉnh 63 Hình 5.14.Sơ đồ chân sơ đồ khối pic16f877… ……………………… ……64 Hình 5.15.Sơ đồ khối thiết bị hàn chipset dùng PIC 16 65 Hình 5.16 Sơ đồ mạch vxl PIC16 LCD 16x2 66 Hình 5.17 Sơ đồ bàn phím 67 xiv Hinh 5.18 Thuật giải điều khiển dùng PIC……………………………… … 69 Hình 5.19 Mẫu PLC hộp đơn 73 Hình 5.20 Sơ đồ khối máy hàn chipset BGA dùng PLC 74 Hình 5.21.Bộ PLC máy hàn chipset BGA hảng Shutter star 75 Hình 5.22 Màn hình HMI 76 Hình 5.23 Màn hình HMI giá rẻ 76 Hình 5.24 Bộ nguồn 77 Hình 5.25 Cable giao tiếp PLC HMI 77 Hình 5.26 Cable giao tiếp PC HMI 78 Hình 5.27.Sơ đồ công nghệ 79 Hình 5.28 Mẫu hồn chỉnh 84 Hình 6.1.Thao tác hàn chipset BGA tự động 86 Hình 6.2.Mơ tả trục tọa độ 86 Hình 6.3.Mơ tả thành phần 87 Hình 6.4 Hiển thị hình 88 Hình 6.5.Màn hình hiển thị dùng phần mềm chuyên dụng DEXPOT 89 Hình 6.6 Ảnh từ trễ 93 Hình 6.7.Qui trình tổng quát 94 MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài Chúng ta sống thời đại mà khoa học kỹ thuật phát triển vũ bão chi phối hoàn toàn lãnh vực Có thể nói phát triển cơng nghệ mang yếu tố định cho phát triển kinh tế quốc gia Từ lâu, quốc gia Mỹ, Nhật nhờ công nghệ mà trở thành cường quốc Gần đây, nhờ công nghệ mà Trung Quốc, Ấn Độ có bước phát triển vượt bậc Để làm điều kỳ diệu đó, cơng nghệ cũ kỹ, lỗi thời dần bị thay công nghệ tiên tiến, đại lẽ mà “công nghệ hàn chipset” thiếu Như biết, board mạch trước thiết kế linh kiện điện tử có “chân hàn” bên Ngày nay, để làm gọn nhẹ tăng tốc cho thiết bị, người ta thiết kế chipset “chân bi chì ” gọi chipset BGA, chipset BGA đời thay chipset cũ tỏ có nhiều ưu điểm Do với kỹ thuật viên, kỹ sư nhà sản suất thiết bị hàn chipset BGA thiếu Thiết bị hàn chipset BGA mang yếu tố định cho thành công cho sở kỹ thuật yêu cầu thực cấp bách Thiết bị hàn chipset BGA dựa sở toán toán nhiệt Như biết, toán nhiệt thường khô khan cũ kỹ, nhiên nghiên cứu toán nhiệt cho thiết bị hàn chipset BGA lại có q nhiều điểm mẻ Sở dĩ q hợp thời đại cơng nghệ cao, phần cứng, phần mềm, giải pháp điều khai thác tối đa II Mục đích đề tài Mục đích đề tài đáp ứng nhu cầu cấp thiết thời đại công nghệ nên đề tài đưa nhiều mẫu máy hàn chipset BGA Cơ sở máy hàn chipset BGA tốn nhiệt, điều khiền phân tích kỹ lưỡng upload miễn phí cho người ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM - VÕ HOA SƠN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY HÀN CHIPSET BGA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện... chì ” gọi chipset BGA Các chipset BGA đời thay chipset cũ, máy hàn chipset BGA cần thiết hoạt động kỹ thuật Hàng năm phải tốn nhiều ngoại tệ nhập máy hàn chipset BGA phục vụ cho kỹ thuật Các... tốc cho thiết bị, người ta thiết kế chipset “chân bi chì ” gọi chipset BGA, chipset BGA đời thay chipset cũ tỏ có nhiều ưu điểm Do với kỹ thuật viên, kỹ sư nhà sản suất thiết bị hàn chipset BGA