Giáo trình thiết kế mạch in (nghề sửa chữa và lắp ráp máy vi tính trung cấp)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: THIẾT KẾ MẠCH IN NGHỀ: SỬA CHỮA VÀ LẮP RÁP MÁY VI TÍNH TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: QĐ-CĐCG ngày tháng năm Hiệu trưởng trường Cao đẳng giới Quảng Ngãi (Lưu hành nội bộ) 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 Thiết kế, mạch in môn học/Mô đun sở biên soạn dựa chương trình khung, chương trình dạy nghề Bộ Lao động- Thương binh Xã hôi Tổng cục dạy nghề ban hành dành cho hệ Cao đẳng nghề Trung cấp nghề Sửa chữa lắp ráp máy vi tính Mơ đun Thiết kế mạch in cung cấp cho học viên kiến thức thiết kế mạch in, bao gồm thành phần mạch in, cách thiết kế mạch in phần mềm thiết kế chuyên dụng, cách đọc hiểu tài liệu liên quan đến mạch in Ngồi ra, học viên cịn hướng dẫn kỹ thuật thiết kế mạch in bản, bao gồm định hướng kết nối, bố trí linh kiện, cách định vị lỗ khoan, yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất mạch in Kết luận, mô đun Thiết kế mạch in chương trình khung nghề sửa chữa lắp ráp máy vi tính phần quan trọng cần thiết, giúp học viên nắm vững kiến thức kỹ cần thiết để sản xuất sản phẩm điện tử chất lượng cao Ở Việt Nam có nhiều giáo trình, tài liệu tham khảo, sách hướng dẫn tập mô đun Thiết kế mạch in hàn chân linh kiện chương trình khung nghề Sửa chữa lắp ráp máy vi tính biên soạn biên dịch nhiều tác giả, chuyên gia đầu ngành điện tử công nghiệp Tuy nhiên nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trình đào tạo nhà trường phải bám sát chương trình khung giáo trình Thiết kế mạch in biên soạn tham gia giảng viên trường Cao đẳng Cơ giới dựa sở chương trình khung đào tạo ban hành, trường Cao đẳng Cơ giới với giáo viên có nhiều kinh nghiệm tham khảo nguồn tài liệu khác để thực biên soạn giáo trình Thiết kế mạch in phục vụ cho cơng tác giảng dạy Giáo trình thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống Mơ đun ( MĐ 18) chương trình đào tạo nghề Sửa chữa lắp ráp máy vi tính cấp trình độ trung cấp nghề dùng làm giáo trình cho học viên khóa đào tạo, sau học tập xong mơ đun này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp môn học, mô đun khác nghề MỤC LỤC TRANG Bài 1: Cài đặt Orcad 11 1.Mục tiêu 11 2.Nội dung 2.1.Cách cài đặt phần mền Orcad 86 2.2.Cách nâng cấp phần mền Orcad 147 Bài : Thiết kế sơ đồ nguyên lý 210 1.Mục tiêu 210 2.Nội dung 210 2.1.Tạo thiết kế 215 2.2.Mở đề án thiết kế 219 2.3.Các lệnh Menu Orcad 222 2.4.Thiết kế chân cắm 230 Bài : Thiết kế mạch in 236 1.Mục tiêu 236 2.Nội dung 236 2.1.Vẽ mạch in 238 2.2.Cải thiện đường mạch 247 2.3.Các chương trình tiện ích 277 Tài liệu tham khảo 300 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: THIẾT KẾ MẠCH IN Mã mơ đun: MĐ18 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị Mơn học: - Vị trí: Mơ đun bổ trí sau học xong môn học Kỹ thuật xung số học song song với môn học Lắp ráp cài đặt máy tính học trước mơn học , mơ đun chun mơn khác - Tính chất: Là mơn học Kỹ thuật sơ , thuộc môn học đào tạo nghề bắt buộc -Ý nghĩa, vai trị: Mơ đun thiết kế mạch in đóng vai trị quan trọng trình học tập nghiên cứu lĩnh vực điện tử Nó cung cấp cho học viên kiến thức kỹ cần thiết để thiết kế sản xuất mạch in điện tử, lắp ráp hàn linh kiện Điều giúp học viên áp dụng kiến thức để xây dựng sản phẩm điện tử phát triển kỹ chun mơn ngành cơng nghiệp điện tử Ngồi ra, mô đun giúp học viên hiểu rõ quy trình sản xuất mạch in linh kiện điện tử, từ đảm bảo chất lượng hiệu suất sản phẩm cuối - Đối tượng: Áp dụng cho học sinh trình độ trung cấp nghề Sửa chữa lắp ráp máy vi tính Mục tiêu modul: + Về kiến thức: A1 Trình bày phương pháp thiết kế mạch A2 Lựa chọn linh kiện thư viện để vẽ mạch điện A3 Mơ tả quy trình thiết kế mạch in đảm bảo yêu cầu kỹ thuật + Về kỹ năng: B1 Vẽ sơ đồ nguyên lý, chế tạo mạch in theo sơ đồ nguyên lý B2 Hàn tháo mối hàn mạch điện, điện tử an toàn + Năng lực tự chủ trách nhiệm: C1 Chủ động, nghiêm túc học tập và cơng việc C2 Giữ gìn vệ sinh cơng nghiệp, đảm bảo an toàn cho người thiết bị Chương trình khung nghề điện cơng nghiệp Mã Tên mơn học, mô đun MH/M Đ I Các môn nhọc chung/ đạicương MH01 Chính trị MH02 Pháp luật MH03 Giáo dục thể chất MH04 Giáo dục quốc phòng an ninh MH05 Tin học MH 06 Ngoại ngữ II Các môn học, mô đun chuyên môn nghành, nghề MH 07 Anh văn chuyên ngành MĐ 08 Tin học đại cương MĐ 09 Tin học văn phòng MH 10 Internet MH 11 An toàn vệ sinh CN MH 12 Kỹ thuật đo lường MH 13 Kỹ thuật điện tử MH 14 Ngôn ngữ lập trình C MH 15 Kiến trúc máy tính MH 16 Mạng máy tính MĐ 17 Kỹ thuật xung số MĐ 18 Thiết kế mạch in MĐ 19 Lắp ráp cài đặt máy tính MĐ 20 Sửa chữa máy tính MĐ 21 Sửa chữa nguồn MĐ 22 Kỹ thuật sửa chữa hình MĐ 23 SC máy in thiết bị ngoại vi MH 24 Thực tập tốt nghiệp MĐ 25 Cơ sở liệu MĐ 26 Hệ quản trị CSDL MĐ 27 Quản trị mạng Thời gian học tập (giờ) Thực Số Tổng Lý hành/thực Kiể tín số thuyế tập/ thí m tra t nghiệm/ tập 12 255 94 148 13 1 2 77 5 2 2 4 2 6 30 15 30 45 45 90 1.64 60 75 120 45 30 30 30 60 90 90 30 30 105 135 60 125 60 215 60 60 45 15 21 15 30 594 13 24 21 29 56 967 2 84 30 40 40 15 20 23 18 20 45 45 20 10 30 45 24 45 16 40 26 15 25 30 73 28 10 36 40 39 18 70 85 30 74 41 215 15 30 28 5 2 2 2 5 6 MĐ 28 Chuyên đề tự chọn Tổng cộng 89 90 1.90 30 691 56 1.112 97 Chương trình chi tiết mô đun Số TT Thời gian Tổng Lý Thực số thuyết hành Tên môdun Cài đặt orcad 1.Cách cài đặt phần mền Orcad 2.Cách nâng cấp phần mền Orcad Thiết kế sơ đồ nguyên lý Tạo thiết kế Mở đề án thiết kế Các lệnh Menu Orcad Thiết kế chân cắm Thiết kế mạch in 1.Vẽ mạch in 2.Cải thiện đường mạch 3.Các chương trình tiện ích Cộng: Kiểm tra 10 15 30 10 18 + Ghi chú: Thời gian kiểm tra tích hợp lý thuyết với thực hành tính vào thực hành Điều kiện thực mơn học: 3.1 Phịng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2 Trang thiết bị dạy học: Orcad, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ 3.3 Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình thực hành, dụng cụ nghề Sữa chửa lắp ráp máy vi tính 3.4 Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế mạch in vẽ,board mạch Nội dung phương pháp đánh giá: 4.1 Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kỹ - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học + Nghiêm túc trình học tập 4.2 Phương pháp: Người học đánh giá tích lũy mơn học sau: 4.2.1 Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh Xã hội - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới sau: Điểm đánh giá + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học Trọng số 40% 60% 4.2.2 Phương pháp đánh giá Phương pháp đánh giá Thường xuyên Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu Số tổ chức kiểm tra đánh giá cột Viết/ Tự luận/ A1, C1, C2 Thuyết trình Trắc nghiệm/ Báo cáo Định kỳ Viết Tự luận/ A2, B1, C1, thực hành Trắc nghiệm/ C2 thực hành Kết thúc môn Vấn đáp Vấn đáp A1, A2, A3, học thực hành thực hành B1, B2, C1, C2, mơ hình 4.2.3 Cách tính điểm Thời điểm kiểm tra Sau Sau 15 Sau 30 - Điểm đánh giá thành phần điểm thi kết thúc môn học chấm theo thang điểm 10 (từ đến 10), làm tròn đến chữ số thập phân - Điểm môn học tổng điểm tất điểm đánh giá thành phần môn học nhân với trọng số tương ứng Điểm môn học theo thang điểm 10 làm trịn đến chữ số thập phân, sau quy đổi sang điểm chữ điểm số theo Hướng dẫn thực môn học 5.1 Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp Điện tử công nghiệp 5.2 Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 5.2.1 Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gờm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm… * Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực tập thực hành theo nội dung đề - Khi giải tập, làm Thực hành, thí nghiệm, tập: Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu sửa sai chỗ cho nguời học - Sử dụng mơ hình, học cụ mơ để minh họa tập ứng dụng * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng thành viên nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung học, nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép viết báo cáo nhóm 5.2.2 Đối với người học: Người học phải thực nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu kỹ học nhà trước đến lớp Các tài liệu tham khảo cung cấp nguồn trước người học vào học môn học (trang web, thư viện, tài liệu ) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực thực hành báo cáo kết - Tham dự tối thiểu 70% giảng tích hợp Nếu người học vắng >30% số tích hợp phải học lại mơ đun tham dự kì thi lần sau - Tự học thảo luận nhóm: Là phương pháp học tập kết hợp làm việc theo nhóm làm việc cá nhân Một nhóm gồm 2-3 người học cung cấp chủ đề thảo luận trước học lý thuyết, thực hành Mỗi người học chịu trách nhiệm số nội dung chủ đề mà nhóm phân cơng để phát triển hoàn thiện tốt toàn chủ đề thảo luận nhóm - Tham dự đủ kiểm tra thường xuyên, định kỳ - Tham dự thi kết thúc môn học - Chủ động tổ chức thực tự học Tài liệu tham khảo: [1] Mạch điện tử Nguyễn Tấn Phước - NXB Tổng hợp TP HCM, công nghiệp 2003 [2] Kĩ thuật điện tử Lê Xuân Thế, Nguyễn Kim Giao - NXB Giáo dục, Hà Nội, 2003 [3] Giáo trình kĩ thuật Đặng văn Chuyết - NXB Giáo dục, Hà Nội, 2003 mạch điện tử [4] Điện tử cơng suất Nguyễn Bính - NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội, 1996 [5] Kĩ thuật điện tử Đỗ Xuân Thụ - NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005 [6] Phân tích mạch Đỗ Thanh Hải, Nguyễn Xuân Mai - NXB Thống kê, tranzito Hà Nội, 2002 10 Hình 2.18 Dùng bàn để ủi mạch Bước 3: Gỡ lớp giấy in (hình 2.19) - Pha thau nước xà phòng đủ để ngâm phủ toàn board - Bỏ board vào ngâm khoảng 20 phút 121 Hình 2.19 Ngâm mạch xà phịng - Lấy board Lúc lớp giấy bị phân hủy tróc xem hình 2.20 Hình 2.20 Mạch sau ngâm xà phòng - Dùng tay gỡ nhẹ lớp giấy giấy bề mặt mạch in hết xem hình 2.21 122 Hình 2.21 Mạch sau gỡ giấy Do quá trình gỡ và ủi có nhiều chỗ mạch bị xước khơng có mực nên ta dùng bút lông dầu tô lại những chỗ nào không có mực để làm xong mạch không bị rỗ hay bị đứt mạch Bước 4: Rửa mạch in (xem hình 2.22) Dùng th́c rửa pha với nước Sau pha xong thì ta cho mạch in vào dung dịch này sau đó lắc cho mạch in bị ăn hết lớp đờng khơng cần thiết Hình 2.22 Rửa mạch in Khi lớp đồng bị ăn hết, ta lấy rửa nước khô sấy khô, dùng giấy nhám nhuyễn chà lớp mực in board cho xem hình 2.23 123 Hình 2.23 Mạch sau rửa Fe2Cl3 Bước 5: Khoan mạch in Dùng khoan tay để khoan (có thể dùng khoan máy) với các linh kiện thường trở, tụ, IC thì ta dùng mũi 0.8mm còn đối với IC 78xx, triac thù ta dùng mũi 1.2mm hình 2.24 Hình 2.24 Mạch in đã khoan lỡ Bước 6: Hàn linh kiện và test mạch Sau làm xong tất cả các bước thì ta tiến hành hàn linh kiện và test mạch 2.3 Hoàn thiện mạch in Sau vẽ hoàn chỉnh sơ đồ mạch in giấy, bước sang giai đoạn thực mạch in Trình tự thực tiến hành theo bước sau: 124 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: - In mạch in vẽ giấy để in lụa ép nhiệt để tạo mạch in đồng - 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 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 khơ mang mạch in nhúng vào thuốc tẩy Hóa chất tẩy ăn mòn 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 môi 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 125 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 126 CÂU HỎI ÔN TẬP, BÀI TẬP Câu 1: Nêu các bước thiết kế mạch in? Gợi ý: có bước Bước 1: Vẽ sơ đồ bố trí linh kiện Bước 2: Tạo sơ đồ mạch in board mạch in Câu 2: Nêu các bước chế tạo mach in? Gợi ý: Quá trình chế tạo mạch in trải qua các bước sau:  Vẽ bằng tay: thực hiện qua bước  Làm mạch in bằng phương pháp ủi: Phương pháp này là dùng mạch đã được in sẵn giấy, sau đó đặt lên phím đồng và dùng bàn ủi để ủi, lúc này tác dụng nhiệt làm nóng chảy mực in giấy và dính vào phím đờng, bao gờm bước  Hồn thiện mạch in: bao gồm bước Bài tập: Thiết kế và hàn linh kiện các mạch điện tử sau: Hình 2.25 Sơ đờ ngun lý 127 Hình 2.26 Mạch Layout Hinh 2.27 Mạch in Bài 2: Làm mạch trái tim Gợi ý: 128 Hình 2.28 đèn led hình trái tim Hình 2.29 Sơ đờ ngun lý 129 Hình 2.30 Hình 1.31 Mạch in 130 Hình 1.32 Mạch sau rửa xong FeCl3 Hình 2.33 mạch sau tẩy xong 131 Hình 2.34 Mạch sau hàn xong linh kiện lớp Hình 2.35 Mạch hàn xong lớp Hình 2.36 Vị trí link kiện bên chip 132 Hình 2.37 Mạch hồn chỉnh sau gắn chíp Hình 2.38 nối chân led Bẻ chân dương(anode) lại với chân cathode bẻ riêng Hình 2.39 133 Hình 2.39 nối chân led Sau nối trở vào chân âm loại 220Ω 330 Ω hình 2.40 Hình 2.40 nối trở vào led 134 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] Kỹ thuật mạch điện tử (Phạm Xuân Khánh, Bồ Quốc Bảo, Nguyễn Viết Tuyến, Nguyễn Thị Phước Vân - Nhà xuất Giáo dục) [4] Kĩ thuật điện tử - Đỗ xuân Thụ NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005 (Đỗ xuân Thụ - NXB Giáo dục) [5] Sổ tay tra cứu tranzito Nhật Bản (Nguyễn Kim Giao, Lê Xuân Thế) 135