Giáo trình chế tạo mạch in và hàn linh kiện nghề điện tử công nghiệp trình độ trung cấp (tổng cục dạy nghề)

1 BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Mơ Đun : CHẾ TẠO MẠCH IN VÀ HÀN LINH KIỆN NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số:120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013 Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề Năm 2013 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 Để thực biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp trình độ Cao Đẳng Nghề Trung Cấp Nghề, giáo trình Chế tạo mạch in hàn linh kiện giáo trình mơn học đào tạo chun ngành biên soạn theo nội dung chương trình khung Bộ Lao động Thương binh Xã hội Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ với nhau, logíc Khi biên soạn, nhóm biên soạn cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 30 gồm có: Bài MĐ16-1: Kỹ thuật hàn Bài MĐ16-2: 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 kiên thức cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tơi có đề nội dung thực tập để người học cố áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, trường có thề sử dụng cho phù hợp Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, trường có thề sử dụng cho phù hợp Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hoàn thiện Các ý kiến đóng góp xin gửi Trường Cao đẳng nghề Lilama 2, Long Thành Đồng Nai Đồng Nai, ngày 15 tháng 06 năm 2013 Tham gia biên soạn Chủ biên :Ts Lê Văn Hiền Kỹ sư Lê Văn Hùng Kỹ sư Nguyễn Văn Tuấn MỤC LỤC TRANG MÔ ĐUN CHẾ TẠO MẠCH IN VÀ HÀN LINH KIỆN Mã mơ đun: MĐ 16 Vị trí tính chất, ý nghĩa vai trị của mơ đun: Vị trí mơ đun: Mơ đun bố trí dạy sau học xong môn học chuyên môn linh kiện điện tử, đo lường điện tử, mạch điện tử học trước học mô đun chuyên sâu vi xử lý, PLC Tính chất mô đun: Là mô đun bắt buộc Ý nghĩa mô đun: Sau học xong mô đun “Chế tạo mạch in hàn linh kiện” người học phải biết sử dụng thành thạo dụng cụ hàn Có kỹ thiết kế, chế tạo mạch in đơn giản, từ có sở để phân tích thiết kế mạch in phức tạp Vai trò mơ đun: Giáo trình “ Chế tạo mạch in hàn linh kiện” nhằm cung cấp cho học sinh kiến thức phương pháp kỹ thuật hàn chế tạo mạch in từ đơn giản đến phức tạp Mục tiêu của mô đun: - Hàn tháo mối hàn mạch điện, điện tử an toàn - Chế tạo mạch in đơn giản thiết kế đạt chất lượng tốt - Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận, xác học tập thực cơng việc Thời gian Mã Tên mô đun Tổng số Lý thuyết Thực Hành MĐ16-1 Kỹ thuật hàn 12 Giới thiệu dụng cụ cầm tay Phương pháp hàn tháo hàn Phương pháp xử lý mạch sau hàn Thiết kế chế tạo mạch in Thiết kế mạch in Chế mạch in Tổng cộng BÀI 1 1 23 12 30 10 24 MĐ16-2 Kiểm tra KỸ THUẬT HÀN Mã bài: MĐ16-1 Giới thiệu: Trong khí, kỹ thuật hàn đóng vai trị quan trọng, giúp đánh giá chất lượng đào tạo nguồn nhân lực Trong ngành điện tử việc thành thạo kỹ thuật hàn linh kiện điện tử việc trang bị kiến thức tương đối hoàn thiện linh kiện điện tử giúp cho sinh viên khỏi bỡ ngỡ trường làm Mục tiêu: Sử dụng dụng cụ cầm tay nghề điện tử kỹ thuật Hàn tiêu chuẩn kỹ thuật Tháo hàn an toàn cho mạch điện linh kiện - Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác, an tồn vệ sinh công nghiệp Giới thiệu dụng cụ cầm tay Mục tiêu: Sử dụng dụng cụ cầm tay nghề điện tử kỹ thuật 1.1 Dụng cụ hàn Dụng cụ hàn bao gồm: Mỏ hàn đế mỏ hàn (xem hình vẽ 1) - Mỏ hàn dụng cụ sử dụng để nung nóng chảy chì hàn, giúp hàn chặt chân linh kiện với bảng mạch, hay linh kiện với - Đế mỏ hàn: nơi giữ mỏ hàn khơng dùng (vẫn cịn nóng) Vì sử dụng mỏ hàn nóng gây nguy hiểm cho người sử dụng vật dụng xung quanh chạm phải Ngoài đế mỏ hàn nơi giữ nhựa thông để thuận tiện cho công việc hàn mạch Hình 1.1 Mỏ hàn đế mỏ hàn  Cách sử dụng mỏ hàn: (Thời gian đầu cho sinh viên hàn board mạch, người giữ linh kiện người lại hàn, sau hốn đổi lại vai trị cho nhau) Trình tự thực hiện sử dụng mỏ hàn để hàn linh kiện: - Chấm mỏ hàn vào nhựa thông để rửa mỏ hàn, giúp việc hàn mạch dễ dàng - Cho mỏ hàn tiếp xúc với mối hàn để truyền nhiệt - Cho chì hàn vào mối hàn, chì hàn chảy khắp mối hàn - Đồng thời rút chì hàn mỏ hàn khỏi mối hàn - Kiểm tra lại mối hàn: + Mối hàn phải chắn + Mối hàn hao chì + Mối hàn bóng đẹp  Chú ý: Chọn mỏ hàn điện sử dụng điện trở đốt nóng, khơng dùng dạng mỏ hàn đốt nóng theo nguyên lý ngắn mạch thứ cấp biến áp Công suất mỏ hàn thông thường 40W Sử dụng mỏ hàn với cơng xuất lớn phát sinh vấn đề sau: - Nhiệt lượng lớn từ mỏ hàn tiếp xúc với linh kiện làm hỏng linh kiện - Nhiệt lượng q lớn gây tình trạng oxy hóa bề mặt dây dẫn đồng lúc hàn, mối hàn lúc khó hàn Ngồi nhiệt lượng lớn làm cháy nhựa thơng (dùng kèm hàn) bám thành lớp đen mối hàn, làm giảm độ bóng tính thẩm mỹ mối hàn - Nhiệt lượng lớn đòi hỏi người sử dụng phải khéo léo để truyền nhiệt thật nhanh đủ vào nơi hàn - Nhiệt lượng lớn làm gãy mũi hàn  Một vài điểm lưu ý sử dụng mỏ hàn: - Sau hàn xong phải tắt mỏ hàn ngay, để bảo vệ đ ầ u mỏ hàn Tránh tình trạng gãy mũi mỏ hàn cấp nguồn cho mỏ hàn lâu mà không dùng - Mỏ hàn tạm thời không sử dụng phải đặt vào đế mỏ hàn, tránh gây nguy hiểm cho vật xung quanh người dùng 1.2 Chì hàn nhựa thơng 1.1.1 Chì hàn:(xem hình 1.2) Chì hàn sử dụng để kết nối mối hàn - Chì hàn dùng trình lắp ráp mạch điện tử loại chì hàn dễ nóng chảy, nhiệt độ nóng chảy khoảng 60oC đến 80oC Loại chì hàn thường gặp thị trường Việt Nam dạng sợi ruột đặc (cuộn lõi hình trụ), đường kính sợi chì hàn khoảng 1mm Sợi chì hàn bọc lớp nhựa thơng mặt ngồi (đối với số chì hàn nước ngồi, lớp nhựa thơng thường nằm lõi sợi chì hàn) Lớp nhựa thơng dùng làm chất tẩy q trình nóng chảy chì điểm cần hàn Hình 1.2 Chì hàn - Đối với loại chì hàn có bọc sẵn lớp nhựa thơng màu sắc bóng sợ chì khơng có lớp nhựa thơng bên ngồi 1.1.2 Nhựa thơng:( xem hình 1.3) - Nhựa thơng có tên gọi chloro-phyll, loại diệp lục tố lấy từ thông, thường nhựa thơng dạng rắn, có màu vàng nhạt (khi khơng chứa tạp chất) - Ngồi việc sử dụng nhựa thơng lúc hàn nhựa thơng cịn pha với hỗn hợp xăng dầu lửa để phủ lên mạch in, nhằm mục đích bảo vệ mạch in tránh bị oxy hóa, đồng thời giúp cho việc hàn mạch in sau dễ dàng Ngoài việc phủ lớp nhựa thơng mạch in cịn tăng tính thẩm mỹ cho mạch in Hình 1.3 Nhựa thông  Công dụng nhựa thông: Rửa (dùng làm chất tẩy) nơi cần hàn để chì dễ bám chặt - Sau hàn nhựa thơng phủ bề mặt mối hàn làm cho mối hàn bóng đẹp, đồng thời cách ly mối hàn với mơi trường xung quanh (tránh bị oxy hóa, bảo vệ mối hàn khỏi nhiệt độ, độ ẩm, …) - Giảm nhiệt độ nóng chảy chì hàn  Các lưu ý sử dụng chì hàn nhựa thơng - Chì hàn hàn nên đưa vào mối hàn, tránh đưa chì hàn vào mỏ hàn (mỏ hàn hút chì hàn gây hao chì) - Khi sử dụng nhựa thông nên để vào đế mỏ hàn để tránh vỡ vụn nhựa thông 1.3 Kềm Trong trình lắp ráp, sửa chữa thơng thường ta phải dùng đến hai loại kềm thơng dụng là: kềm cắt kềm mỏ nhọn (đầu nhọn) 1.3.1 Kềm cắt (xem hình 1.4) 38 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 39 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 40 - Dùng tay gỡ nhẹ lớp giấy giấy bề mặt mạch in hết xem hình 2.21 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 đồng không cần thiết Hình 2.22 Rửa mạch in 41 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 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 42 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: 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 môi 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 vng, 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 43 nước lã dùng giấy nhám nhuyễn chà đường mực vẽ Công việc chấm dứt đường mạch đánh bóng sáng Trước dùng nhựa thông 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 quét lớp mỏng nhụa thông 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 CÂU HỎI ƠN 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 44 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 45 Hình 2.26 Mạch Layout Hinh 2.27 Mạch in Bài 2: Làm mạch trái tim Gợi ý: 46 Hình 2.28 đèn led hình trái tim Hình 2.29 Sơ đờ ngun lý 47 Hình 2.30 Hình 1.31 Mạch in 48 Hình 1.32 Mạch sau rửa xong FeCl3 Hình 2.33 mạch sau tẩy xong 49 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 50 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 51 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  YÊU CẦU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CHƯƠNG : • Nội dung: 52 + Về kiến thức: Trình bày bước thực chế tạo tạo mạch in + Về kỹ năng: chế tạo mạch in đơn giản theo phương pháp thủ công + Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác, an tồn vệ sinh cơng nghiệp • Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá phương pháp viết, trắc nghiệm + Về kỹ năng: Được đánh giá phương pháp thực hành + Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác, an tồn vệ sinh công nghiệp ... THIỆU Để thực biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp trình độ Cao Đẳng Nghề Trung Cấp Nghề, giáo trình Chế tạo mạch in hàn linh kiện giáo trình mơn học đào tạo chuyên ngành biên... điện trở bẻ gập chân linh kiện kìm vừa theo khoảng cách lỗ hàn + Cắm linh kiện vào lỗ hàn 14 + Bẻ nghiêng chân linh kiện phía bên mặt hàn để linh kiện bám vào mạch in tránh trường hợp linh kiện. .. 2.2 Hàn mạch in 13 Hàn mạch in trình hàn linh kiện cắm linh kiện dán lên board mạch in 2.2.1 Kỹ thuật hàn xuyên lỗ Kỹ thuật hàn xuyên lỗ được thực hiện theo các bước sau: - Bước 1: Làm mạch