GIÁO TRÌNH CHẾ TẠO MẠCH IN VÀ HÀN LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG NAI KHOA ĐIỆN TỬ GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN CHẾ TẠO MẠCH IN VÀ HÀN LINH KIỆN Lưu hành nội - Năm 2012 BÀI KỸ THUẬT HÀN Giới thiệu dụng cụ cầm tay 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 cơng 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 cịn lại hàn, sau hốn đổi lại vai trị cho nhau) Trình tự thực 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 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 thông (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 thông 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 thơng, 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 thơng  Cơng 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 thơng nên để vào đế mỏ hàn để tránh vỡ vụn nhựa thơng 1.3 Kềm Trong q trình lắp ráp, sửa chữa thông thường ta phải dùng đến hai loại kềm thông dụng là: kềm cắt kềm mỏ nhọn (đầu nhọn) 1.3.1 Kềm cắt (xem hình 1.4) Hình 1.4 Kềm cắt  Công dụng: - Cắt chân linh kiện trình hàn mạch - Cắt đoạn dây chì - Cắt dây dẫn nối mạch  Lưu ý: - Mỗi loại kềm cắt cắt dây dẫn có đường kính tối đa thích hợp - Nếu dùng loại kềm cắt nhỏ để cắt vật dụng có đường kính q lớn làm hư hỏng kềm 1.3.2 Kềm mỏ nhọn(xem hình 1.5) Hình 1.5 Kềm mỏ nhọn  Công dụng: - Dùng để giữ đoạn dây đồng (khi xi chì) - Dùng để giữ chân linh kiện hàn - Dùng để giữ đoạn dây - Dùng để bóc vỏ dây dẫn  Lưu ý: - Không dùng kềm mỏ nhọn để bẻ vật cứng gây hỏng kềm (nên dùng kềm kẹp mỏ để bẻ hay uốn vật cứng) - Không dùng kềm búa Vì điều làm cho kềm mỏ nhọn bị cứng mở hay đóng lại, gây khó khăn sử dụng Các dụng cụ khác: Ngồi dụng cụ thơng thường giới thiệu lúc thực hành, sinh viên cần sử dụng thêm vài loại dụng cụ khác: - Dao: Sử dụng để cạo lớp oxit bao quanh dây, đoạn chân linh kiện hay mối hàn Dao sử dụng để gọt lớp nhựa bao quanh dây dẫn - Giấy nhám: Sử dụng thay dao cần phải làm lớp oxit - Nhíp gắp linh kiện: sử dụng để tháo lắp linh kiện mạch Phương pháp hàn tháo hàn 2.1 Kỹ thuật hàn nối, ghép  Phương pháp hàn dây đồng Để hàn hai dây đồng dính vào với nghệ thuật Cái gần giống với sắt - Dùng dao hay giấy nhám đánh lớp oxyt hay lớp men bọc quanh dây (nếu dùng dây đồng tráng men ê may) Dây xem ửng màu đồng (màu hồng nhạt), bóng quanh vị trí vừa làm Điều quan trọng cần ý, sau làm ta phải thực việc xi chì ngay, để lâu, lớp oxyt phát sinh lại Tuy nhiên, vị trí vừa làm lớp oxyt, ta dùng mỏ hàn có công suất lớn (phát sinh nhiều nhiệt lượng) để hàn phát sinh lại lớp oxyt điểm hàn nhiệt - Muốn xi chì, phải làm nóng dây dẫn cần xi, ta đặt đầu mỏ hàn bên dây cần xi để truyền nhiệt (dây dẫn đầu mỏ hàn đặt vng góc) Khi truyền nhiệt, quan sát màu hồng dây, màu hồng sẫm dần nhiệt độ gia tăng, quan sát ta đưa chì hàn (có bọc nhựa thơng) tiếp xúc lên dây dẫn, chì hàn đặt khác phía với đầu mỏ hàn - Khi điểm cần xi đủ nhiệt, chì hàn chảy bọc quanh dây điểm cần xi, chì loang từ mặt xuống phía (đi phía nguồn nhiệt, tức đầu mỏ hàn) Nhờ thao tác này, nhựa thơng có sẵn chì tan trước tẩy điểm xi, tránh oxyt hóa, đồng thời chì nóng chảy sau dễ bám lên dây Tuy nhiên, đưa nhiều chì vào điểm xi (quá mức yêu cầu), lớp xi dày bị bám màu nâu nhựa thông chảy cháy điểm xi - Dây đồng phải tiếp xúc với đầu mỏ hàn thực liên tục theo nguyên tắc tiến hai bước lùi bước xoay tròn dây đồng, bước khoảng 2mm Điều quan trọng cần nhớ (khi thực điểm xi nhau), khớp tiếp giáp hai khoảng xi phải thực cho khơng có tích tụ chì thành lớp dày Chú ý: trình xi chì, ta tránh động tác sau: - Dùng đầu mỏ hàn kéo rê chì dây cần xi, làm cho lớp chì khơng bám hồn tồn dây dẫn, đồng thời lớp chì bị đánh sọc theo đường kéo rê đầu mỏ hàn Một nhược điểm động tác chì xi khơng bóng mà ngả màu xám thiếu nhiệt nhựa thông - Đặt dây cần xi lên miếng nhựa thông, dùng đầu mỏ hàn đặt tiếp xúc lên dây (làm nóng chảy nhựa thơng nóng dây), sau đưa chì hàn lên đầu mỏ hàn làm chảy chì bám vào dây Với động tác này, ta tránh oxyt hóa bề mặt dây dẫn trình xi chì, dễ làm chì bám lên dây, nhiên, lượng nhựa thông chảy nhiều bám lên bề mặt dây sau xi làm dây khơng bóng nhựa thơng cháy dễ bám thành lớp đen bề mặt xi chì dây Hình 1.6 xi chì lên dây đồng trước hàn 2.1.1 Hàn nối hai đầu dây dẫn (xem hình 1.7) Phương pháp hàn gọi mối hàn ghép đỉnh Ta dùng phương pháp muốn tạo đoạn dây dẫn hình đa giác nối dài hai dây dẫn ngắn Tuy nhiên, mối hàn khó thực có độ bền kiểu khác Hình 1.7: Mối ghép nối 2.1.2 Mối hàn ghép song song (xem hình 1.8) 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 1.8: Mối ghép song song 2.1.3 Mối hàn ghép vuông góc Mối hàn đạt u cầu phải tạo chì bám xung quanh điểm đặt hai dây dẫn vng góc Hình 1.9: Mối ghép vng góc 2.2 Hàn mạch in 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 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 Để làm điểm hàn đồng dùng cục cao su bào mòn vật liệu tương tự - Bước 2: Vệ sinh đầu mỏ hàn trước hàn + Chùi đầu mỏ hàn Cleaning Wire (giống miếng chùi nồi) lần trước hàn xem hình 1.10 Hình 1.10 - 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, 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 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 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 1.11) Hình 1.11: Hút chì  Đánh giá - Sản phẩm xi: lớp chì mỏng, bóng, phủ khắp dây đồng hao chì - Chắc chắn: đảm bảo khơng hở mạch có chấn động sử dụng lâu dài - Sản phẩm hàn: chắn, bóng, hao chì  Thực hành Sử dụng dây đồng 1mm để hàn mắc lưới 10x10 cm (kích cỡ mắc lưới 1x1 cm) (hình 1.12) Hình 1.12 10 Hình 2.12 mạch sau vẽ Sau hồn 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 (hay dùng vệ sinh tai mũi ) tẩm cồn axeton để tẩy vẽ lại hình 2.13 Hình 2.13 cồn axeton 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 ( xem hình 2.14) 22 Hình 2.14 Rửa mạch Fe2Cl3 Mạch sau đả rửa hết lớp đồng hình 2.15 Hình 2.15 Mạch in sau rửa Phần mạch in lớp đồng khơng bị hịa tan nằm lớp mực mà ta vẽ Tiếp theo dùng axeton cồn Tẩm axeton vào bơng gịn lau mạch cho lớp mực Cuối dùng khoan để khoan lỗ mạch, hàn linh kiện test bord mạch xem hình 2.16 23 Hình 2.16 2.2.2 Làm mạch in phương pháp ủi - Phương pháp 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 (xem hình 2.17) 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 2.17 File layout dùng để in mạch 24 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 miết xem hình 2.18 - Để board chỗ thống cho nguội hồn tồn 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 25 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 26 Hình 2.21 Mạch sau gỡ giấy Do trình gỡ ủi có nhiều chỗ mạch bị xước khơng có mực nên ta dùng bút lông dầu tô lại chỗ khơng có mực để làm xong mạch không bị rỗ hay bị đứt mạch Bước 4: Rửa mạch in (xem hình 2.22) 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 không 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 27 Hình 2.23 Mạch sau rửa Fe2Cl3 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 thù ta dùng mũi 1.2mm hình 2.24 Hình 2.24 Mạch in khoan lỗ Bước 6: Hàn linh kiện test mạch Sau làm xong tất bước ta tiến hành hàn linh kiện test mạch 2.3 Hoàn thiện mạch in Sau vẽ hoàn chỉnh sơ đồ mạch in giấy, bước sang giai đoạn 28 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 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 29 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 BÀI TẬP: Làm mạch trái tim Hình 2.28 đèn led hình trái tim 30 Hình 2.29 Sơ đồ nguyên lý Hình 2.30 31 Hình 1.31 Mạch in Hình 1.32 Mạch sau rửa xong FeCl3 32 Hình 2.33 mạch sau tẩy xong Hình 2.34 Mạch sau hàn xong linh kiện lớp Hình 2.35 Mạch hàn xong lớp 33 Hình 2.36 Vị trí link kiện bên chip 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 34 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 35 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] www.google.com 36