1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo Mọi mục đích khác mang tí[.]
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Điện tử mô đun sở nghề của nghề Điện cơng nghiệp biên soạn dựa theo chương trình khung chất lượng cao đã xây dựng ban hành năm 2021 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ dành cho nghề Điện cơng nghiệp hệ Cao đẳng Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu, học có thí dụ tập tương ứng để áp dụng làm sáng tỏ phần lý thuyết Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo giáo trình có cập nhật kiến thức có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung biên soạn gắn với nhu cầu thực tế Nội dung giáo trình biên soạn với lượng thời gian đào tạo 45 giờ gồm có: Bài 01 MĐ14-01: Linh kiện thụ động Bài 02 MĐ14-02: Linh kiện bán dẫn Bài 03 MĐ14-03: Kỹ thuật hàn Bài 04 MĐ14-04: Thiết kế chế tạo mạch in Trong trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu khoa học cơng nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiến thức cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tơi có đề nội dung thực tập của để người học cố áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sơ vật chất trang thiết bị, trường có thề sử dụng cho phù hợp Mặc dù đã cố gắn tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến của thầy, giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hoàn thiện Cần Thơ, ngày 15 tháng 12 năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Nguyễn Thị Ngọc Nương MỤC LỤC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN BÀI 1: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG Điện trở 1.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo ứng dụng 1.2 Cách đọc, đo, cách mắc điện trở 1.3 Các linh kiện khác nhóm 11 1.4 Thực hành đo kiểm tra điện trở 12 Tụ điện 12 2.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo tụ điện 12 2.2 Cách đọc, đo cách mắc tụ điện 13 2.3 Các linh kiện khác nhóm 14 2.4 Thực hành đo kiểm tra tụ điện 14 Cuộn Cảm 15 3.1 Ký hiệu,cấu tạo nguyên lý hoạt động cuộn cảm 15 3.2 Cách đọc, đo cách mắc cuộn cảm 15 3.3 Các linh kiện khác nhóm 17 3.4 Thực hành đo kiểm tra cuộn cảm 17 BÀI 2: LINH KIỆN BÁN DẪN 19 Khái niệm chất bán dẫn 19 1.1 Chất bán dẫn thuần 19 1.2 Chất bán dẫn loại P 19 1.3 Chất bán dẫn loại N 20 Tiếp giáp P-N điốt 20 2.1 Tiếp giáp P-N 20 2.2 Điốt tiếp mặt 20 2.3 Một số didoe khác 20 2.4 Đo kiểm tra diode 21 2.5 Các mạch ứng dụng dùng diode 22 2.6 Thực hành đo kiểm tra diode 25 Transistor BJT 25 3.1 Cấu tạo, ký hiệu phân loại 25 3.2 Nguyên lý làm việc 26 3.3 Đo, kiểm tra transistor BJT 27 3.4 Thực hành đo kiểm tra Transistor BJT 27 Transistor UJT 27 4.1 Cấu tạo 27 4.2 Ký hiệu 28 4.3 Đo, kiểm tra transistor UJT 28 4.4 Thực hành đo kiểm tra Transistor UJT 28 Transistor Trường (JFET) 28 5.1 Cấu tạo 28 5.2 Ký hiệu JFET kênh P kênh N 29 5.3 Đo kiểm tra JFET 29 5.4 Thực hành đo kiểm tra Transistor JFET 29 Transistor Trường (MOSFET) 29 6.1 MOSFET kênh liên tục 29 6.2 MOSFET kênh gián đoạn 31 6.3 Đo, kiểm tra Transistor MOSFET 33 6.4 Thực hành đo kiểm tra Transistor MOSFET 34 Linh kiện tiếp giáp 34 7.1 Thyristor (SCR) 34 7.2 Triac 35 7.3 IGBT 36 7.4 DIAC 37 Thực hành đo kiểm tra linh kiện nhiều tiếp giáp 38 BÀI 3: KỸ THUẬT HÀN 39 Giới thiệu dụng cụ cầm tay 39 1.1 Dụng cụ hàn 39 1.2 Chì hàn nhựa thơng 40 1.3 Kềm 40 Các dụng cụ khác 40 Phương pháp hàn tháo hàn 40 2.1 Kỹ thuật hàn nối, ghép 40 2.2 Kỹ thuật hàn xuyên lỗ 41 Phương pháp xử lý mạch sau hàn 42 3.1 Yêu cầu mạch, linh kiện sau hàn 42 3.2 Phương pháp xử lý mạch sau hàn 43 Thực hành hàn 43 BÀI 4: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH IN 45 Thiết kế mạch in 45 1.1 Sơ đồ bố trí linh kiện 48 1.2 Sơ đồ mạch in 48 Chế tạo mạch in 49 2.1 Chuẩn bị thiết bị vật tư 49 2.2 Các bước chế tạo 49 2.3 Hoàn thiện mạch in 51 Thực hành chế tạo mạch in 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Mã mơ đun: MĐ 14 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun Điện tử bố trí học trước môn học, mô đun chuyên môn nghề như: Trang bị điện 1, Trang bị điện 2, Điều khiển điện - khí nén, Cung cấp điện, Kỹ thuật lắp đặt đường dây khơng, học song song với môn học, mô đun như: Vật liệu điện, Khí cụ điện, Kỹ thuật điện - Tính chất: Là mơ đun kỹ thuật sở nghề Điện cơng nghiệp trình độ Cao đẳng - Ý nghĩa vai trị mơ đun: Điện tử đóng vai trị quan trọng khoa học kỹ thuật công nghệ Ngày nay, điện tử ứng dụng rộng rãi lĩnh vực trở thành phần thiếu thiết bị điện, điện tử, nhu cầu nghiên cứu điện tử cần thiết sinh viên thuộc ngành công nghệ kỹ thuật Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: + Giải thích phân tích cấu tạo nguyên lý linh kiện kiện điện tử thông dụng + Nhận dạng xác ký hiệu linh kiện, đọc xác trị số chúng + Giải thích phân tích phương pháp thiết kế mạch máy tính, phương pháp hàn tháo hàn - Kỹ năng: + Đo, kiểm tra hư hỏng linh kiện điện tử + Kiểm tra, thay linh kiện hư hỏng mạch điện tử + Xác định xác sơ đồ chân linh kiện, thiết kế mạch, lắp ráp, cân chỉnh, kỹ thuật hàn tháo hàn số mạch ứng dụng đạt yêu cầu kỹ thuật an toàn - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Có sáng kiến, tìm tịi, khám phá q trình học tập cơng việc + Có khả tự định hướng, chọn lựa phương pháp tiếp cận thích nghi với học + Có lực đánh giá kết học tập nghiên cứu + Tự học tập, tích lũy kiến thức, kinh nghiệm để nâng cao trình độ chuyên môn Nội dung mô đun: Thời gian Tổng Lý Thực số thuyết hành, thí STT Tên mô đun Kiểm nghiệm, tra thảo luận, tập Bài 1: Linh kiện thụ động Điện trở 2 1.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo ứng dụng 1.2 Cách đọc, đo, cách mắc điện trở 1.3 Các linh kiện khác nhóm 1.4 Thực hành đo, kiểm tra điện trở Tụ điện 2.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo tụ điện 2.2 Cách đọc, đo cách mắc tụ điện 2.3 Các linh kiện khác nhóm 2.4 Thực hành đo, kiểm tra tụ điện Cuộn cảm 3.1 Ký hiệu, cấu tạo nguyên lý hoạt động cuộn cảm 3.2 Cách đọc, đo cách mắc cuộn cảm 3.3 Các linh kiện khác nhóm 3.4 Thực hành đo, kiểm tra cuộn cảm Bài 2: Linh kiện bán dẫn Khái niệm chất bán dẫn 1.1 Chất bán dẫn thuần 1.2 Chất bán dẫn loại P 1.3 Chất bán dẫn loại N Tiếp giáp P-N Điốt 2.1 Tiếp giáp P-N 2.2 Điốt tiếp mặt 2.3 Một số didoe khác 2.4 Đo kiểm tra diode 2.5 Các mạch ứng dụng dùng diode 2.6 Thực hành đo, kiểm tra diode Transistor BJT 3.1 Cấu tạo, ký hiệu phân loại 3.2 Nguyên lý làm việc 3.3 Thực hành đo, kiểm tra transistor BJT Transistor UJT 4.1 Cấu tạo 4.2 Ký hiệu 4.3 Thực hành đo, kiểm tra transistor UJT Transistor Trường (JFET) 5.1 Cấu tạo 5.2 Ký hiệu 5.3 Thực hành đo, kiểm tra transistor JFET Transistor Trường (MOSFET) 6.1 Mosfet kênh liên tục 6.2 Mosfet kênh gián đoạn 6.3 Đo, kiểm tra transistor MOSFET 6.4 Thực hành đo, kiểm tra transistor MOSFET Linh kiện nhiều tiếp giáp 0.5 1.5 0.5 1.5 20 11 2 1 1 3 7.1 Thyristor (SCR) 7.2 Triac 7.3 IGBT 7.4 DIAC 7.5 Thực hành đo, kiểm tra linh kiện nhiều tiếp giáp Kiểm tra Bài 3: Kỹ thuật hàn Giới thiệu dụng cụ cầm tay 1.1 Dụng cụ hàn 1.2 Chì hàn nhựa thơng 1.3 Kềm 1.4 Các dụng cụ khác Phương pháp hàn tháo hàn 2.1 Kỹ thuật hàn nối, ghép 2.2 Kỹ thuật hàn xuyên lỗ Phương pháp xử lý mạch sau hàn 3.1 Yêu cầu mạch, linh kiện sau hàn 3.2 Phương pháp xử lý mạch sau hàn Thực hành hàn Bài 4: Thiết kế chế tạo mạch in Thiết kế mạch in 1.1 Sơ đồ bố trí linh kiện 1.2 Sơ đồ mạch in Chế tạo mạch in 2.1 Chuẩn bị thiết bị vật tư 2.2 Các bước chế tạo 2.3 Hoàn thiện mạch in Thực hành chế tạo mạch in Kiểm tra Cộng 1 0.5 0.5 0.5 0.5 1 45 6 6 15 28 02 BÀI 1: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG Mã bài: MĐ 14-01 Giới thiệu: Trong này, tác giả trình bày số vấn đề linh kiện thụ động: Điện trở, biến trở, tụ điện, cuộn cảm, máy biến áp, cụ thể cấu tạo, ký hiệu, phân loại, cách đọc, phương pháp ghép cách kiểm tra chúng Mục tiêu: - Đánh giá, xác định tính dẫn điện mạch điện, linh kiện phù hợp theo yêu cầu kỹ thuật - Phân biệt điện trở, tụ điện, cuộn cảm với linh kiện khác theo đặc tính linh kiện - Đọc trị số điện trở, tụ điện, cuộn cảm theo qui ước quốc tế - Đo kiểm tra chất lượng điện trở, tụ điện, cuộn cảm theo giá trị linh kiện - Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo học tập Nội dung chính: Điện trở 1.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo ứng dụng Ký hiệu: Hình 1.1: Ký hiệu điện trở Phân loại: - Điện trở than Hinh 1.2: Điện trở than - Điện trở phun Hình 1.3: Điện trở phun - Điện trở dây quấn Hình 1.4: Điện trở dây quấn Cấu tạo: - Điện trở than: Bột than trộn với keo ép thành thỏi - Điện trở than phun: Bột than phun theo rãnh ống sứ - Điện trở dây quấn: Dây kim loại có điện trở cao quấn ống cách điện tráng men phủ toàn bộ, chừa khoảng để dịch chạy thân điện trở nhằm điều chỉnh số Ứng dụng: - Hạn chế dịng điện qua tải: Ví dụ có bóng đèn 9V, ta có nguồn 12V, ta đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt áp bớt 3V điện trở Hình 1.5: Mạch hạn chế dòng điện qua tải - Mắc điện trở thành cầu phân áp: để có điện áp theo ý muốn từ điện áp cho trước Hình 1.6: Mạch chia áp 1.2 Cách đọc, đo, cách mắc điện trở Cách đọc trị số điện trở: Bảng 1.1: Quy ước màu Quốc tế Màu sắc Giá trị Đen Nâu Đỏ Cam Vàng Màu sắc Xanh Xanh lơ Tím Xám Trắng Nhũ vàng Nhũ bạc Vòng thứ % sai số sau - Màu than điện trở (khơng xịng màu) - Vòng nhũ bạc - Vòng nhũ vàng - Vòng đỏ - Vòng nâu Giá trị -1 -2 - sai số 20% - sai số 10% - sai số 5% - sai số 2% - sai số 1% Cách đọc trị số điện trở vịng màu : Hình 1.7: Cách đọc trở vịng màu Vịng số vịng cuối ln ln có màu nhũ vàng hay nhũ bạc, vòng sai số điện trở, đọc trị số ta bỏ qua vòng - Đối diện với vòng cuối vòng số 1, đến vòng số 2, số - Vòng số vòng số hàng chục hàng đơn vị - Vòng số bội số số 10 - Trị số = (vòng 1)(vòng 2) x 10 (mũ vịng 3) - Có thể tính vịng số số số không "0" thêm vào Lưu ý: Trường hợp có vịng màu mà vịng thứ có màu nhũ vàng hay nhũ bạc điện trở có trị số nhỏ 10Ω Vịng nhũ vàng ta nhân : (1/10) Vịng nhũ bạc ta nhân: (1/100) Ví dụ: Vàng - tím - đỏ - nhũ bạc R = 47.102 ±10% = 4700Ω Cách đọc trở vịng màu: Hình 1.8: Cách đọc trở vịng màu Ví dụ: Nâu-đen-cam R = 10.103 ± 20% = 10000Ω±20% Cách đọc trị số điện trở vịng màu: Hình 1.9: Cách đọc trở vạch màu Ví dụ: Đỏ - tím - vàng - đỏ - nâu R = 274.102 ± 1% = 27400Ω ± 1% Cách đọc điện trở có ghi chữ thân điện trở Người ta sử dụng cách ghi trực tiếp thân điện trở giá trị điện trở tính theo Ω Với chữ bội số Ω R = 100 Ω; K = 103 Ω; M = 106 Ω Chữ sai số M= 2%; K= 10%; J =5%; H = 2.5%; G= 2%; F= 1% Ví dụ: Trên thân điện trở có ghi 4K7J tức R= 4.7KΩ ± 5% Cách đọc điện trở vòng màu: Cách đọc điện trở vòng màu tương tự cách đọc điện trở vòng màu có thêm vịng thứ vịng nhiệt độ điện trở Cách đọc điện trở dán: Hình 1.10: Cách đọc điện trở dán Kí hiệu chữ: - Chữ R điện trở dán xem dấu phẩy hàng đơn vị, trị số 47 bên phải chữ R hiểu 0.47 Ω, tương ứng 4R7 4.7 Ω - Chữ K điện trở dán xem dấu phẩy hàng nghìn, trị số 47 bên phải chữ K hiểu 0.47KΩ = 470 Ω, tương ứng 47KΩ 4700 Ω - Tương tự chữ M hàng triệu Kí hiệu số: - Trường hợp trở dán có trị số chữ số trị số điện trở = giá trị số đầu x số thứ lũy thừa 10 Ví dụ: 471 = 47 x 101 = 470 Ω 564 = 56 x 104 = 560 000 Ω = 560KΩ 10 Mối hàn ghép song song: Thường dùng để nối hai dây dẫn với Khoảng cách giao thường chọn tuỳ theo yêu cầu Trong trình thực tập nên chọn khoảng cách giao ngắn 5mm tăng dần theo trình độ Hình 3.3: Mối ghép song song Mối hàn ghép vng góc: Mối hàn đạt yêu cầu phải tạo chì bám xung quanh điểm đặt hai dây dẫn vng góc Hình 3.11: Mối ghép vng góc 2.2 Kỹ thuật hàn xuyên lỗ Kỹ thuật hàn xuyên lỗ thực theo bước sau: - Bước 1: Làm mạch trước hàn linh kiện + Trước hàn linh kiện phải làm mạch in giấy nhám nhuyễn để loại bỏ lớp đồng oxit board (đặc biệt điểm hàn) để đảm bảo mối hàn dính thiếc với tỷ lệ diện tích bề mặt cao Cơng việc quan trọng mạch chưa phủ thiếc - Bước 2: Vệ sinh đầu mỏ hàn trước hàn + Chùi đầu mỏ hàn Cleaning Wire (giống miếng chùi nồi) lần trước hàn - Bước 3: Tráng chì hàn vào đầu mỏ hàn + Dùng nhựa thơng chì hàn nóng chảy đặc để tráng đầu mỏ hàn trước lần hàn Chú ý khơng để chì hàn bám dính q nhiều đầu mỏ hàn - Bước 4: Cắm linh kiện vào lỗ hàn + Linh kiện điện trở bẻ gập chân linh kiện kìm vừa theo khoảng cách lỗ hàn + Cắm linh kiện vào lỗ hàn + Bẻ nghiêng chân linh kiện phía bên mặt hàn để linh kiện bám vào mạch in tránh trường hợp linh kiện bị rơi hàn, ngồi việc bẻ nghiêng chân linh kiện có tác dụng tăng độ bền vật lý cho linh kiện trình sử dụng - Bước 5: Bấm chân linh kiện + Chúng ta thường hay thực khâu bấm chân linh kiện sau hàn làm theo cách dễ hơn, tránh việc linh kiện rơi khỏi mach in bấm chân Thực cách khơng có lợi cho mạch in Tốt nên bấm chân linh kiện trước hàn - Bước 6: Làm nóng chân linh kiện điểm hàn + Đặt đầu mỏ hàn tiếp xúc đồng thời với chân linh kiện điểm hàn để nung nóng hai lúc Nhiều người tâm nung nóng điểm hàn mạch in kết đồng mạch in dễ bị bung chì hàn bao phủ xung quanh chân linh kiện khơng có tiếp xúc mặt điện hay đơi có độ bền vật lý mối hàn không cao Loại bỏ mối hàn Hàn nhầm, hỏng chuyện bình thường lúc làm mạch Việc loại bỏ mối hàn đơn giản Sau cách loại bỏ mối hàn thông thường 41 Cách 1: Dùng dây đồng hút chì hàn + Làm nóng dây đồng + Làm chảy mối hàn + Dùng dây đồng hút hết chì hàn Cách khơng ưa chuộng hút khơng mối hàn Cách 2: Dùng ống hút chì (hình 3.13) Hình 3.4: Hút chì 2.3 Kỹ thuật hàn công nghệ cao Những dụng cụ cần thiết: - Mỏ hàn, chì hàn, nhựa thơng, Panh gắp linh kiện, Board mạch SMD linh kiện SMD - Máy khị: có hai loại khị nhiệt khị từ Thơng thường dùng khị nhiệt, cịn với IC nằm PCB có mát nhiều IC công suất người ta phải dùng đến khị từ Hình 3.5: Máy khị Hình 3.6: board mạch SMD Hình 3.7: Linh kiện SMD Hàn điện trở dán, tụ dán: - Bước 1: Làm linh kiện cần hàn điểm hàn - Bước 2: Xi chì hàn lên điểm hàn mạch Chú ý không xi chì hàn lên nhiều điểm hàn Làm tránh việc nhiều chì hàn dễ đội linh kiện lên gây thấm mỹ - Bước 3: Dùng panh gắp linh kiện đặt vào điểm cần hàn Chú ý phải đặt vào vị trí Một tay dùng panh ấn nhẹ lên linh kiện để giữ cho linh kiện vị trí khơng xê dịch - Bước 4: Dùng mỏ hàn hàn điểm đầu xi chì hàn trước để cố định linh kiện Sau hàn tiếp đầu lại Chú ý hàn: - Nhiệt độ mỏ hàn luôn phải để ý cho phù hợp, với linh kiện thông thường đặt từ 320 đến 350 độ C - Hàn chiều, chân, với tụ hóa diode - Nguyên tắc hàn mỏ hàn cố định cịn PCB xoay theo hướng phù hợp với hồn cảnh hàn Phương pháp xử lý mạch sau hàn 3.1 Yêu cầu mạch, linh kiện sau hàn Mạch in sau hoàn thiện phải đạt số yêu cầu sau: - Mach in nhìn mắt thường phải đẹp, linh kiện bố trí hợp lý, đơn giản 42 - Linh kiện mạch phải thay dễ dàng bị hỏng - Mạch hoạt động phải ổn định - Mối hàn phải bền, đẹp, không bị dính sang mối hàn khác 3.2 Phương pháp xử lý mạch sau hàn Sau làm xong tất bước ta tiến hành test mạch cách dùng đồng hồ VOM đồng hồ điện tử để kiểm tra thông mạch thông số khác mạch in - Kiểm tra đường in nguồn điện mạch - Kiểm tra linh kiện mạch in hàn - Kiểm tra test hoạt động mạch - Hoàn thiện mạch đưa vào hoạt động Để tránh cho mạch khỏi bị oxy hóa, ta quét lên mạch lớp bảo vệ Dung dịch bảo vệ: RP7, sơn bóng, nhựa thơng Đối với RP7 sơn bóng phun trực tiếp lên mạch cịn nhựa thơng ta làm sau: lấy nhựa thơng đập nhỏ đem hịa tan xăng thơm axeton dung dịch dạng keo, sau quét lên mạch, xăng thơm hay axeton bay lớp nhựa thơng bảo vệ mạch Thực hành hàn Sinh viên thực hành: - Sử dụng dây đồng 1mm để hàn mắc lưới 10x10 cm (kích cỡ mắc lưới 1x1 cm) (hình 3.8) Yêu cầu: + Sản phẩm thi công yêu cầu + Mối hàn: Chắc chắn Bóng, láng, hao chì Hình 3.8: Mắc lưới - Hàn mạch dao động đa hài phi ổn dùng transistor hình sau: Hình 3.9: Mạch dao động đa hài phi ổn dùng transistor thuận - Hàn mạch cảm biến ánh sáng dùng Transistor hình sau: Hình 3.10: Mạch cảm biến ánh sáng dùng Transistor Yêu cầu: + Sản phẩm thi công sơ đồ mạch chạy tốt + Mối hàn: Chắc chắn, bóng, láng, hao chì Hàn theo phương pháp để tháo gỡ 43 linh kiện, thử mạch nhanh + Dây nối linh kiện bẻ thẳng hàng, vng góc cạnh Những trọng tâm cần ý - Các phương pháp hàn - Phương pháp xử lý mạch sau hàn Bài mở rộng nâng cao Hàn mạch điều khiển tốc độ động DC - Sơ đồ bố trí linh kiện mạch Hình 3.10: Sơ đồ bố trí linh kiện mạch Hình 3.11: Mặt của board - Cắm linh kiện vào board mạch in - Hàn linh kiện - Board mạch sau hàn Hình 3.12: Board mạch sau hàn Chú ý: Khi hàn mạch phải làm theo trình tự sau: - Cắm linh kiện board mạch in - Khi hàn, trước hết dùng mỏ hàn làm nóng chổ hàn, đưa chì vào, chờ chì chảy phủ chổ hàn, lấy chì trước, lấy đầu mõ hàn ra, chờ chổ hàn nguội Sau cắt chân linh kiện - Nếu vết hàn nhìn thấy láng bóng tốt Nếu vết hàn nhám sần thiếu nóng vết hàn chảy bẹp nóng Yêu cầu đánh giá kết học tập Nội dung: - Về kiến thức: + Trình bày phương pháp hàn tháo hàn - Về kỹ năng: + Hàn tiêu chuẩn kỹ thuật + Tháo hàn an toàn cho mạch điện linh kiện Phương pháp: - Về kiến thức: Được đánh giá phương pháp viết, trắc nghiệm - Về kỹ năng: Được đánh giá phương pháp thực hành hàn tháo hàn - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, xác, ngăn nắp cơng việc 44 BÀI 4: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH IN Mã bài: MĐ14-04 Giới thiệu: Sinh viên cần trang bị kiến thức thiết kế mạch để tự thực hành thiết kế hồn chỉnh số mạch điện thơng dụng phương pháp tay Việc thiết kế chế tạo mạch in cần sinh viên nắm bắt kỹ thuật hàn linh kiện khối lượng kiến thức tương đối lớn linh kiện điện tử: điện trở, tụ điện số IC: 555, CD4017, MSC51, Vì vậy,thiết kế chế tạo mạch in tổng hợp kiến thức sinh viên điện tử,diều giúp người dạy có sở để đánh giá lực sinh viên qua trình học Mục tiêu: - Chế tạo mạch in mạch điện tử đơn giản đạt yêu cầu kỹ thuật - Thiết kế sơ đồ mạch in thủ cơng máy tính - Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác, an tồn vệ sinh cơng nghiệp Nội dung chính: Thiết kế mạch in Phần mềm hỗ trợ thiết kế: Trong lĩnh vực thiết kế mạch in có nhiều phần mềm hỗ trợ thiết kế OrCAD, Allegro, Altium, Eagle, Proteus… phần mềm lại có ưu điểm, nhược điểm riêng việc chọn lựa sử dụng phần mềm phụ thuộc vào sở thích người sử dụng yêu cầu từ nhà sản xuất mạch in Phần mềm OrCAD sử dụng để minh họa cho ví dụ tài liệu OrCAD/Cadence chứa quản lý nhiều phần mềm CAD/CAM hỗ trợ lĩnh vực công nghiệp điện tử bao gồm phần mềm Capture, PSpice Layout Các phần mềm chạy độc lập tạo file liên kết với Ngoài phần mềm OrCAD cịn liên kết với công cụ CAD/CAM khác GerbTool, SPECCTRA Allegro Trong Capture thành phần trung tâm cơng cụ EDA quan trọng Capture chứa thư viện linh kiện dùng để vẽ sơ đồ mạch nguyên lý độc lập sơ đồ mạch dùng để liên kết với PSpice, Layout hai phần mềm Các chân (Pin) linh kiện Capture liên kết với chân mơ hình linh kiện PSpice hình dạng chân thực tế (footprint) Layout PSpice công cụ CAE chứa mô hình tốn học sử dụng cho việc mơ Phần mềm Layout công cụ CAD sử dụng để chuyển đổi sơ đồ mạch nguyên lý sang sơ đồ mạch in thực tế File netlist sử dụng để liên kết linh kiện sơ đồ mạch ngun lý với mơ hình linh kiện PSpice footprint linh kiện Layout Ngoài để trở thành cơng cụ CAD, phần mềm Layout cịn có chức giống phần mềm ngoại vi công cụ CAM cách tạo liệu để cơng cụ khác hoạt động q trình sản xuất mạch in (PCB: Printed Circuit Board) ví dụ GerbTool… Bằng cách kết hợp ba công cụ Capture, PSpice Layout gói phần mềm, OrCAD xem công cụ mạnh để hỗ trợ việc thiết kế sơ đồ mạch nguyên lý, kiểm tra xây dựng sơ đồ mạch in Hình 4.1: Cấu tạo của linh kiện Capture 45 Quy trình gia cơng mạch in: Để hiểu rõ mục tiêu giáo trình cần nắm quy trình gia cơng sản xuất mạch in Bo mạch in (PCB) bao gồm hai phần chính, bo (lớp nền) đường mạch in (đường mạch đồng) Tấm bo (substrate) tạo lớp để gắn linh kiện (component/part) đường mạch đồng (copper trace), đồng thời tạo lớp cách điện linh kiện, thường làm chất liệu sợi thủy tinh khơng cháy FR4 Ngồi làm teflon, ceramic polyme đặc biệt Lớp lõi mạch in cách xếp lớp: Trong trình sản xuất, PCB ban đầu bo (gọi C-stage) phủ lớp đồng Hình 4.2 Các lớp đồng dán lên bo, độ dày lớp đồng tính đơn vị oz/ft2 (ounces/foot2) Trong oz/ft2 tương đương với 1.2-1.4 mils (0.0012–0.0014 inch) Thông thường bỏ qua khơng đọc “/ft2” mà tham chiếu vào đơn vị oz Một bo phủ lên hai lớp đồng Bo mạch in nhiều lớp có cấu tạo từ nhiều bo bo phủ lớp hai lớp đồng gọi lõi Các lớp lõi dán lại với nhau, lõi lớp sợi thủy tinh tẩm nhựa (Prepreg: pre-impregnated) gọi B-stage Sau xếp lớp ghép lại với cách ép sấy khơ Hình 4.2: Bo mạch in lớp [1] Hình 4.3: Ghép nối lớp lõi [1] Có cách xếp lõi sản xuất bo mạch in nhiều lớp Hình 4.4 trình bày số phương pháp xếp với ví dụ bo mạch gồm lớp đường mạch in lớp nguồn Hình 4.4a trình bày cách xếp lớp lõi hai lớp prepreg, Hình 4.4b biểu diễn cách xếp bo mạch lớp từ lớp lõi để tạo lớp đường mạch in bên (inner layer) lớp bên (outer layer) đồng Hình 4.4: Hai cách thức xếp cho bo mạch in lớp (a) Nhiều lõi với lớp bên phủ đồng (b) Nhiều lõi với lớp đồng Lớp đường mạch in (routing layer) Hình 4.4 biểu diễn đường đứt nét lớp nguồn biểu diễn đường thẳng liên tục Vì lớp bên ngồi sau đưa qua cơng đoạn ăn mịn đồng (Foil) có giá thành rẻ so với lớp phủ đồng (Clad) phương pháp xếp lớp Hình 4.4 (b) sử dụng rộng rãi Cách xếp thứ ba sử dụng nhiều kỹ thuật khác dùng để sản xuất bo mạch có độ phức tạp cao Hình 4.5 trình bày cách xếp bo mạch nhiều 46 lớp thường gặp bao gồm lõi lớp xếp sau thêm vào hai lớp (lớp TOP lớp BOTTOM) Các kỹ thuật khác sử dụng để tạo loại lỗ via via xuyên lớp (through via), via ngầm (buried via), via mù (blind via) lỗ khoan (noplated hole) Điện trở tụ điện tích hợp bên bo Hình 4.5: Cách xếp lớp bo mạch in nhiều lớp Quy trình sản xuất mạch in: Các đường mạch đồng (copper trace) Pad bo mạch in tạo cách tách bỏ lớp đồng khơng cần thiết khỏi bo mạch Có hai phương pháp thường dùng để loại bỏ lớp đồng phương pháp ăn mịn kim loại sử dụng axit lỏng phương pháp phay khí Phương pháp ăn mòn axit sử dụng phổ biến sản xuất bo mạch với số lượng lớn gia cơng nhiều bo mạch thời điểm Nhược điểm phương pháp ăn mòn axit sử dụng hóa chất nguy hiểm phải bổ sung thường xuyên, hóa chất tái sử dụng bỏ Phương pháp phay khí thường áp dụng cho việc sản xuất số lượng nhỏ bo mạch chạy thử nghiệm Cho dù phương pháp sử dụng phải tạo đồ đường mạch đồng dạng số Mục đích phần mềm hỗ trợ thiết kế (CAD) OrCAD Layout tạo đồ Kỹ thuật in ăn mịn hóa học: Việc chọn lựa lớp đồng cần tách khỏi bo mạch q trình ăn mịn u cầu phải loại bỏ lớp đồng không mong muốn giữ lại lớp đồng cần thiết khỏi tác động chất ăn mòn Các lớp đồng cách ly khỏi chất ăn mòn nhờ vào lớp polyme gọi lớp phủ ngăn cản ánh sáng (photoresist) phủ lên bề mặt bo đồng Hình 4.6 Lớp cản quang phủ lên bo đồng theo hình dạng bo mạch kỹ thuật in gọi photolithography Các đường mạch in phủ lớp cản quang bảo vệ lớp đồng bên khỏi chất ăn mòn phơi lớp đồng cần loại bỏ Hình 4.6: Bo mạch đồng với lớp phủ cản quang Kỹ thuật in lớp cản quang gồm hai bước, phơi sáng tia cực tím (UV: ultraviolet) rửa ảnh bể chất hóa học Có hai loại lớp phủ cản quang lớp cản dương (positive reseist) lớp cản âm (negative resist) Hình 4.7 Khi phơi lớp cản dương tia cực tím lớp phủ polyme bị vỡ tách khỏi lớp đồng, ngược lại lớp cản âm lại bảo vệ ánh sáng tia cực tím Mặt nạ in sử dụng để phơi thành phần mong muốn lớp cản quang Mặt nạ phim thủy tinh chuyên dụng có màu trắng đen, đường mạch in (trace) Pad in mặt nạ Các mặt nạ sử dụng lại nhiều lần chế tạo thủy tinh thay phim Mặt nạ đặt lên lớp cản quang Hình 4.8 phơi ánh sáng tia cực tím Vùng màu đen ngăn cản tia cực tím vùng màu trắng (trong 47 suốt) cho tia cực tím tác động vào lớp cản quang, hình ảnh bo mạch in lên lớp cản quang Mỗi lớp bo mạch in sử dụng mặt nạ riêng biệt Phần mềm OrCAD Layout tạo liệu để máy in làm mặt nạ Hình 4.7: Mặt nạ in (a) Mặt nạ dương (b) Mặt nạ âm Hình 4.8: Mặt nạ dương đặt lên lớp phủ cản quang Một phương pháp khác để phơi lớp cản quang sử dụng máy in laser để in trực tiếp đường mạch lên lớp cản quang, kỹ thuật gọi LDI (laser direct imaging), kỹ thuật có ưu điểm khơng cần sử dụng mặt nạ Sau lớp cản quang phơi sáng bo mạch rửa hóa chất gọi cơng đoạn rửa bo Ở cơng đoạn lớp cản dương bị vỡ tách lớp cản âm giữ lại ánh sáng tia cực tím Chất rửa thơng thường lớp cản dương NaOH (natri hydroxide) lớp cản âm Na2CO3 (natri carbonate) Khi phơi sáng rửa xong hình ảnh bo mạch in tạo lớp cản quang nằm lại lớp đồng Hình 4.9 Hình 4.9: Lớp cản quang bo đồng sau qua công đoạn rửa Trong này, thiết kế mạch điện dao động dùng IC LM555 (Hình 4.10) sau Hình 4.10: mạch dao động dùng IC 555 1.1 Sơ đồ bố trí linh kiện Hình 4.11: Sơ dồ bố trí linh kiện 1.2 Sơ đồ mạch in Hình 4.12: Sơ đồ đường mạch in 48 Hiện giới sinh viên làm nghề có nhiều cách vẽ để tạo mạch in đẹp như: In lụa, vẽ tay bút lông, vẽ tay cọ sơn, chụp tia cực tím chất cảm quang, in vi tính mực laser giấy láng, ủi nóng lên mạch in cho mực từ giấy dính qua đồng, rửa nước cho giấy tróc Chế tạo mạch in 2.1 Chuẩn bị thiết bị vật tư - Board đồng, Testboard, thuốc rửa sắt clorua (Fe2Cl3), mạch in in sẵn giấy, bút lông dầu, bàn ủi, cưa, dùng khoan tay cho dễ khoan, Axeton cồn, thước kẻ, khay nhựa dùng để rửa Board đồng 2.2 Các bước chế tạo Vẽ tay Đầu tiên cần sử dụng Testboard để đánh dấu điểm khoan mạch có sẵn lỗ cố định để đánh dấu chuẩn khoảng cách, đảm bảo gắn vừa linh kiện (nhất IC) Đặt cố định PCB lưới lên phơi PCB cần vẽ mạch Hình 4.13: Testboard Hình 4.14: Đặt lưới lên phôi PCB Dùng bút lông để chấm lỗ xác định vị trí linh kiện cần thiết ứng với vị trí lỗ testbord Hình 4.15: Bút lơng dầu Để đánh dấu chân linh kiện cách xác, ta dựa vào sơ đồ mạch in Mirror, tránh trường hợp đặt linh kiện gần gây lỗi linh kiện chồng lên Sau định vị chân linh kiện, ta dùng bút lông dầu vẽ chân linh kiện Hình 4.16: Đánh dấu chân linh kiện Hình 4.17: vẽ chân linh kiện Tiếp theo, ta dùng thước kẽ để vẽ đường dây dẫn để nối chân linh kiện cần nối Hình 4.18: mạch sau vẽ 49 Sau hoàn thành cơng đoạn chấm, vẽ, kẻ kiểm tra lại theo sơ đồ tạo từ phần mềm (đã nhắc trên), chỗ sai cần dùng bơng gịn tẩm cồn axeton để tẩy vẽ lại Bây ngâm PCB vào dung dịch Fe2Cl3 (dùng bột sắt pha với nước) Chú ý vừa ngâm vừa lắc cho tốc độ tan lớp mạ đồng diễn nhanh Mạch sau đả rửa hết lớp đồng Hình 4.19: Rửa mạch Fe2Cl3 Hình 4.20: Mạch in sau rửa Phần mạch in lớp đồng không bị hòa tan nằm lớp mực mà ta vẽ Tiếp theo dùng axeton cồn Tẩm axeton vào gòn lau mạch cho lớp mực Cuối dùng khoan để khoan lỗ mạch, hàn linh kiện test bord mạch Hình 4.21: Mạch khoan lỗ Làm mạch in phương pháp ủi dùng mạch in sẵn giấy, sau đặt lên phím đồng dùng bàn ủi để ủi, lúc tác dụng nhiệt làm nóng chảy mực in giấy dính vào phím đồng Bước 1: Tạo filemạch in in giấy Dùng phần mềm vẽ mạch để thiết kế mạch in Orcad, Proteus xuất file ảnh file mạch in hoàn thành Sau xuất file ảnh, ta đem in giấy Hình 4.22: File layout dùng để in mạch Bước 2: Tạo mạch in board đồng - Cắt phần mạch in giấy cho sát kích thước cần làm - Cắt board đồng với kích thước - Úp phần giấy phía mực đè lên mặt đồng Làm cho vừa vặn, đừng chà qua chà lại Để hai lên gỗ phẳng hay vật khác để làm đế - Bàn ủi cắm điện để mức nóng cao - Đặt bàn ủi đè lên lớp giấy đồng ban Đè mạnh cố định chỗ khoảng 30 giây cho lớp keo mực in chảy bám dính vào mặt đồng - Miết bàn ủi diện tích board để đảm bảo tất mực in bị nóng chảy Thời gian cịn tùy vào kích thước board, độ nóng lực ủi - Để board chỗ thống cho nguội hồn tồn Bước 3:Gỡ lớp giấy in - Pha thau nước xà phịng đủ để ngâm phủ tồn board 50 - Bỏ board vào ngâm khoảng 20 phút - Lấy board Lúc lớp giấy bị phân hủy tróc Hình 4.23: Ngâm mạch xà phịng Hình 4.24: Mạch sau ngâm xà phòng - Dùng tay gỡ nhẹ lớp giấy giấy bề mặt mạch in hết Hình 4.25: Mạch sau gỡ giấy Do q trình gỡ ủi có nhiều chỗ mạch bị xước khơng có mực nên ta dùng bút lông dầu tô lại chỗ mực để làm xong mạch khơng bị rỗ hay bị đứt mạch Bước 4: Rửa mạch in Dùng thuốc rửa pha với nước Sau pha xong ta cho mạch in vào dung dịch sau lắc cho mạch in bị ăn hết lớp đồng khơng cần thiết Hình 4.26: Rửa mạch in Hình 4.27: Mạch sau rửa Fe2Cl3 Khi lớp đồng bị ăn hết, ta lấy rửa nước khô sấy khô, dùng giấy nhám nhuyễn chà lớp mực in board cho Bước 5: Khoan mạch in Dùng khoan tay để khoan (có thể dùng khoan máy) với linh kiện thường trở, tụ, IC ta dùng mũi 0.8mm cịn IC 78xx, triac ta dùng mũi 1.2mm Hình 4.28: Mạch in đã khoan lỗ Bước 6: Hàn linh kiện test mạch Sau làm xong tất bước ta tiến hành hàn linh kiện test mạch 2.3 Hồn thiện mạch in Trình tự thực tiến hành theo bước sau: Bước 1: Dùng giấy nhám nhuyễn đánh lớp oxit hóa bám mạch in (phía có tráng lớp đồng), trước vẽ đường mạch Bước 2: Tạo đường mạch in mặt đồng có phương pháp sau: - Dùng viết lơng có dung mơi acetone để vẽ nối đường mạch mặt đồng (dựa theo điểm pointou vừa định vị sơ đồ mạch vẽ trước giấy) Trong vẽ ta ý, có hai phương pháp để vẽ điểm pad hàn mạch in Điểm 51 pad hàn vẽ theo hình trịn hình vng Thơng thường điểm pad trịn dễ thực lại tính mỹ thuật điểm pad vuông Muốn thực điểm pad vuông, ta dùng viết tơ rộng (quanh vị trí cần tạo điểm pad vng), sau dùng đầu mũi dao nhọn thước kẻ tỉa bớt mực để trì vùng mực bám hình vng cho điểm pad cần thực Cơng việc địi hỏi nhiều thời gian tỉ mỉ thực - Sau tạo đường mạch mặt đồng mạch in, ta quan sát xem có vị trí bị vẽ không liền nét, độ đậm đường phải nhau, đồng thời khơng bỏ sót đường mạch Trong trường hợp cần thiết, sinh viên phải chờ cho mực khô hẳn đồ lại lần Bước 3: Sau vẽ hoàn chỉnh, sinh viên chờ khô mang mạch in nhúng vào thuốc tẩy Hóa chất tẩy ăn mịn lớp đồng vị trí khơng bám mực để ngun lớp đồng vị trí bao phủ đường vẽ mực Khi nhúng mạch in thuốc tẩy, muốn phản ứng hóa học xảy nhanh, cần thực thao tác sau để tăng tốc độ phản ứng: - Lắc mạch chậu thuốc - Nên đặt chậu thuốc tẩy nơi có ánh sáng mặt trời để tăng cường tốc độ phản ứng nhờ hiệu ứng quang - Nếu thuốc tẩy nung nóng khoảng 50oC thời gian tẩy nhanh thuốc tẩy có nhiệt độ thấp (bằng nhiệt độ mơi trường) Bước 4: Sau tẩy xong phần đồng không cần thiết, nên ngâm mạch vào nước lã dùng giấy nhám nhuyễn chà đường mực vẽ Công việc chấm dứt đường mạch đánh bóng sáng Trước dùng nhựa thơng lỏng phủ bảo vệ lớp đồng, ta dùng khoan (đường kính lưỡi khoan khoảng 0,8 -1mm) để khoan lỗ ghim linh kiện Trong vài trường hợp, ta dùng máy dập bấm lỗ thay khoan Tuy nhiên, lỗ dập khơng trịn dập dễ làm mẻ lớp bakelite tốc độ thi công nhanh hơn, dễ thao tác phương pháp khoan Bước 5: Sau khoan (hay dập) lỗ xong, cần đánh sơ lại lần mạch in (phía có đường đồng) giấy nhám nhuyễn, làm lớp oxit hóa lần cuối nhúng mạch vào dung dịch nhựa thông pha với xăng dầu lửa Khi nhúng xong mạch, để phơi khô lớp sơn phủ hàn linh kiện lên mạch Chọn mũi khoan phù hợp với lỗ chân cắm không chọn to làm hết phần bao lỗ khoan cẩn thận tránh rách mạch Khi cúng ta khoan hết lỗ khoan rửa lại toàn mạch cho Đầu tiên dùng axeton để rửa lớp mực bám lên phíp đồng Khi để lại đường mạch đẹp sáng Khi loại bỏ hết lớp mực phải bảo vệ lớp đồng để tránh bị oxy hóa Bằng cách qt lớp mỏng nhụa thơng pha sẵn - Khoan lỗ chân linh kiện - Pha dung dịch bảo vệ: nhựa thơng hịa tan xăng - Dùng chổi quét dung dịch nhựa thông lên mặt đồng - Đem phơi bế mặt khơ hồn tồn Thực hành chế tạo mạch in Sinh viên thực hành: - Thiết kế mạch in hàn linh kiện theo sơ đồ: 52 Hình 4.29: Sơ đồ mạch - Thiết kế mạch in theo sơ đồ: Hình 4.30: Sơ đồ mạch Những trọng tâm cần ý - Phương pháp thiết kế mạch in - Cách chế tạo mạch in Bài mở rộng nâng cao - Thiết kế mạch in hàn linh kiện mạch điện tử sau: Hình 4.31: Sơ đồ mạch - Thiết kế mạch in hàn linh kiện mạch sau: 53 Hình 4.31: Sơ đồ mạch Yêu cầu đánh giá kết học tập Nội dung: - Về kiến thức: Trình bày phương pháp chế tạo thiết kế mạch in - Về kỹ năng: + Chế tạo mạch in đơn giản theo phương pháp thủ công + Thiết kế sơ đồ mạch in thủ cơng máy tính Phương pháp: - Về kiến thức: Được đánh giá phương pháp viết, trắc nghiệm - Về kỹ năng: Được đánh giá phương pháp thực hành thiết kế chế tạo mạch in - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác, an tồn vệ sinh cơng nghiệp Điều kiện để hồn thành mơ đun để dự thi kết thúc mô đun: + Người học tham dự 70% thời gian học lý thuyết đầy đủ học tích hợp, học thực hành, thực tập + Điểm trung bình chung điểm kiểm tra đạt từ 5,0 điểm trở lên theo thang điểm 10; + Người học có giấy xác nhận khuyết tật theo quy định hiệu trưởng xem xét, định ưu tiên điều kiện dự thi sở sinh viên phải bảo đảm điều kiện điểm trung bình điểm kiểm tra + Số lần dự thi kết thúc mô đun theo quy định khoản Điều 13 Thông tư 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13 tháng năm 2017 Điều kiện để công nhận, cấp chứng nhận đạt mô đun đào tạo: Người học công nhận cấp chứng nhận đạt mơ đun có điểm trung bình mơ đun theo thang điểm 10 đạt từ 4,0 trở lên 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sổ tay linh kiện điện tử cho người thiết kế mạch (R H.WARRING - người dịch KS Đoàn Thanh Huệ - nhà xuất Thống kê) [2] Giáo trình linh kiện điện tử ứng dụng (TS Nguyễn Viết Nguyên-Nhà xuất Giáo dục) [3] Giáo trình kỹ thuật hàn Tập (Trần Văn Mạnh, NXB Lao Động, 2006) [4] Giáo trình kỹ thuật hàn (Tài liệu VN ) [5] Giáo trình Thiết kế mạch in máy vi tính (Đặng Quang Minh - Nhà xuất Đại học cơng nghiệp, 2011) [6] Giáo trình Thiết kế mạch in hàn linh kiện (Bộ lao động thuong binh - xã hội tổng cục dạy Nghề, 2013) 55