Thiết kế bộ điều khiển cho máy hàn CHIPSET BGA (1)

1 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 công 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, công 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 nhiều điểm mẻ Sở dĩ hợp thời đại công 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 toán nhiệt, điều khiền phân tích kỹ lưỡng upload miễn phí cho người III Điểm đề tài Dùng hàm lượng để giải toán điều khiển theo mô 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 IV Cấu trúc luận văn Đề tài chia làm chương tóm lược sau: Chương 1,2 giới thiệu tổng quan mô hình điều khiển vi, tích phân tỉ lệ PID Chương nêu nhìn LOGIC mờ, mối tương quan LOGIC mờ chương trình điều khiển thiết bị hàn chipset BGA Chương 4,5 giới thiệu sở để thực thiết bị hàn chipset BGA gồm cảm biến nhiệt, mạch chuyển đổi, kiểu mẫu từ rẻ tiền đến cao cấp, chương trình phục vụ cho mẫu nhiều sơ đồ thực tế kèm Đề tài sâu Về thiết kế mẫu máy hàn chipset BGA, tiến hành thực cài đặt chương trình điều khiển vào thiết bị Chương nghiên cứu riêng cá nhân gồm phần kỹ thuật đồ họa máy đóng chipset ứng dụng từ nhiệt nhà máy đóng chipset với hi vọng ngày có nhà máy đóng chipset riêng CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA SÚNG BẮN NHIỆT 1.1 Giới thiệu Súng bắn nhiệt thiết bị biến đổi điện thành nhiệt theo dòng không khí quạt gió thổi đưa đến vật gia nhiệt Về nguyên tắc súng bắn nhiệt thiết bị dùng nhiệt khác, nhiên ứng dụng vào thiết bị hàn chipset có nhiều khác biệt khác biệt hướng nghiên cứu ứng dụng khác nhiều, thấy vấn đề sau Thứ 1: Các thiết bị dùng nhiệt khác thời gian hoạt động dài (vd: Điều khiển nhiệt độ phòng) kéo theo việc đơn giản Còn thiết bị hàn chipset, thời gian thao tác lên vật gia nhiệt ngắn (thường phút) thao tác điều khiển phải thật nhanh xác Cũng lẽ đó, ta dùng kiểu phân chia “nóng, lạnh, ấm” theo logic mờ toán nhiệt trước được, với thời gian không tới phút nên vật gia nhiệt nhận nhiệt lượng phải ổn định (đề cập logic mờ chương 3) Thứ 2: Thiết bị hàn chipset làm việc phạm vi hẹp hẹp, nhiệt độ tập trung phân bổ cưỡng bức, thông thường nguồn nhiệt làm việc làm chế độ khác nhau, thiết bị dùng nhiệt khác đơn giản nhiều Thứ 3: Trong chu kỳ điều khiển , máy hàn chipset chia làm nhiều tiến trình ( tiến trình: hâm, cưỡng bức, làm mát ) dó đòi hỏi kỹ thuật cao đáp ứng Thứ 4: Vật gia nhiệt nhiều dạng ( nhiều kích cỡ, độ dày, chất liệu ), nên nhớ cần thiết lập nhiều chế độ Hình 1.1: Mẫu súng bắn nhiệt chipset BGA Súng bắn nhiệt từ lâu xử dụng nhiều công nghiệp kỹ thuật Tuy nhiên, năm gần đây, với phát triển nhanh chóng kỹ thuật chipset hệ đời ( chipset BGA ) làm cho thiết bị hàn BGA thiếu hoạt động kỹ thuật Các thiết bị hàn chipset BGA đa số nhập nước Mỹ, Nhật, Đài loan, Trung quốc nên thường có giá thành cao đáp ứng cho yêu cầu xử dụng, mặt công nghệ ( lý thuyết, sơ đồ, nguyên lý, phần mềm, sở khoa học…) điều công ty dấu kỹ nói chung chung, tản mạn nên có nhiều khó khăn để tiếp cận chúng Một vấn đề thiết thực nhiều người quan tâm lại vấn đề tài liệu đề cập tới Mọi cố gắng đề tài nầy nhằm hệ thống hóa, đưa giải pháp hoàn thiện tiết kiệm nhất, đồng thời phát triển hướng nghiên cứu trước thiết bị dùng nhiệt lên tầm cao hơn, đưa vào đề tài để hoàn thành sản phẩm hiệu 1.2 Cở sở nhiệt học Định luật Jun-Lenxơ: Q=I RT - Q: Lượng nhiệt tính Jun(J) - I: Dòng điện tính Ampe(A) R-R:Điện trở tính Ôm - T:thời gian tính giây(S) (1.1) Súng bắn nhiệt làm việc dựa sở có dòng điện chạy qua dây dẫn vật dẫn toả theo lượng nhiệt Tuy nhiên ta không khảo sát trực tiếp mà thông qua hiệu suất nhiệt đến vật gia nhiệt, vật gia nhiệt tiếp nhận nhiệt độ nầy giữ không đổi thời gian xác lập 1.2.1 Các giải pháp điều chỉnh nhiệt độ Theo định luật Jun-Lenxơ, để thay đổi nhiệt lượng ta cần phải thay đổi điện điện trở Tuy nhiên, giải pháp nầy hiệu hạn chế không ổn định Như làm để làm chủ hiệu suất vật gia nhiệt? câu trả lời khóa nhiệt mà định điện tử công suất, ý tưởng sau : Hiệu suất 0٪ đến hiệu suất mong muốn Nếu tăng lên mở khóa cho nhiệt độ giảm xuống ngược lại cho giữ hiệu suất lên vật chịu nhiệt không đổi Tốc độ mở đóng khóa đáp ứng nhanh hoàn toàn phù hợp với góc mở công suất xử lý Hình 1.2 Mô hình súng bắn nhiệt 1.2.2 Giới thiệu đặc tính đóng mở loại công suất Điện tử công suất có nhiệm vụ đóng cắt dòng điện công suất lớn theo mô hình sau : Hình 1.3 Mô hình điện tử công suất Các biến đổi bán dẫn đối tượng nghiên cứu điện tử công suất Trong biến đổi phần tử bán dẫn công suất sử dụng khóa bán dẫn ( mở dẫn dòng nối tải vào nguồn, khóa không cho dòng điện chạy qua) Ưu điểm bán dẫn điện tử công suất tóm tắt sau: Thực đóng cắt đóng mà không gây tia lửa điện Không bị mòn theo thời gian Tín hiệu kích cho phần tử công suất nhỏ Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào sơ đồ biến đổi phụ thuộc vào cách thức điều khiển khóa biến đổi Như trình biến đổi lượng thực với hiệu suất cao tổn thất biến đổi tổn thất khóa điện tử nên không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi Không đạt hiệu suất cao mà biến đổi có khả cung cấp cho phụ tải nguồn lượng với đặc tính theo yêu cầu, đáp ứng trình điều chỉnh, điều khiển thời gian ngắn nhất, với chất lượng phù hợp hệ thống tự động tự động hóa Đây đặc tính mà biến đổi có tiếp điểm kiểu điện từ có Linh kiện điện tử công suất nói chung hoạt động dựa vào tốc độ đóng ngắt linh kiện, tốc độ nầy xung từ mạch kích phát mà cụ thể độ rộng xung tần số xung 1.2.3.Vai trò độ rộng xung súng bắn nhiệt Thông thường, để thay đổi nhiệt độ ta thường thay đổi điện áp điện trở ( theo định luật joule), nhiên quan điểm không dùng súng bắn nhiệt mà thay vào dựa vào đặc tính đóng cắt linh kiện công suất làm cho hiệu suất nhiệt lên vật gia nhiệt thay đổi Tốc độ thay đổi khóa điện tử định độ rộng xung Hình 1.4 Độ phụ thuộc công suất nhiệt vào độ rộng xung Độ rông xung lớn, thời gian đóng mở lớn nên công suất giảm Như vậy, ta dùng xung điện điều khiển bán dẫn công suất làm cho linh kiện chịu nhiệt tốt hoàn toàn phù hợp với số hóa 1.2.4 Bài toán tốc độ ngắt , mở bán dẫn công suất Hai yếu tố định góc mở bán dẫn công suất tần số xung kích độ rộng xung) Yếu tố đầu liên quan đến linh kiện công suất (chọn loại phù hợp ) yếu tố thứ hai liên quan chương trình điều khiển (softwave ) Tóm lại xu hướng khống chế nhiệt độ cách đóng ngắt nguồn điện tử công suất SCR, TRIAC, FET, UJT… ưa chuộng hoàn toàn đưa vào công cụ toán học, kỷ thuật, công nghệ, máy tính Hình 1.5 Độ phụ thuộc độ rộng xung góc mở linh kiện 1.3 Các loại linh kiện bán dẫn công suất 1.3.1 GTO ( Gate turn off Thyristor) : Hình 1.6 Đặc tính GTO 1.3.2 Thyristor : 10 Hình 1.7 Đặc tính Thyristor 85 5.4.6.4.Mẫu hoàn chỉnh Hình 5.28 Mẫu hoàn chỉnh Kết luận: Mẫu PLC ưa chuộng thiết bị hàn chipset BGA Tuy nhiên giá thành cao nên có sở chuyên nghiệp có Trong lãnh vực tự động việc sản xuất máy hàn chipset BGA hoàn toàn có khả thi , cần phải có sách bổ trợ cạnh tranh sản phâm nước từ TRUNG QUỐC 86 Chương NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐỒ HỌA TRONG MÁY HÀN CHIPSET BGA 6.1 Đặt vấn đề Trong chương trước, khảo sát nhiều kiểu máy hàn chipset BGA tùy theo “túi tiền” yêu cầu xử dụng Tuy nhiên, thiết bị thường dùng cho “ chuyên viên “ kỹ thuật có tay nghề cao, lẽ đơn giản đặt chipset BGA lên vật cần hàn ta không thấy trùng khớp bi chì điểm hàn board mạch Thông thường “chuyên gia” dựa vào vạch đánh dấu board mạch nhờ sức căng mặt mà hàn chipset vào ( gọi dán chipset ), điều nầy làm hạn chế việc sản suất độ xác thiết bị công nghệ cao Vấn đề đặt ra, giả sử dây chuyền cần đóng 1000 chipset ta cần phải có 1000 chuyên viên làm nhiệm vụ nầy – thật bất hợp lý Nếu ta tự động hóa khâu nầy giải phóng trói buộc công nghệ, có đại hóa công nghệ , chống tụt hậu phát huy tất trí tuệ cho kỹ thuật cao nước nhà Với nước tiên tiến, việc nầy tiến hành nhà máy trình độ khoa học kỹ thuật cao, có mức đầu tư lớn, tài liệu khó lòng lọt Không lẽ lại “ bó tay” Nên có thi lãnh vực nầy, để tập trung trí tuệ cho sản xuất nước nhà Để góp phần cho ý tưởng nầy, đưa giải pháp dùng kỹ thuật đồ họa tác dụng nhiệt đến từ, để làm việc nầy cần giải cho vấn đề lớn : Đặt chipset tự động lên board mạch Chỉnh cho bi chì điểm hàn trùng khớp Đây ý kiến cá nhân, trùng lắp, hy vọng ý tưởng nầy bổ sung nhiều ý kiến quý báu ngày có nhà máy kỹ thuật cao riêng – không ? 87 6.2 kỹ thuật đồ họa thiết bị hàn chipset 6.2.1: hệ trục tương đối chiều Ta có mặt phẳng ( xoy x’o’y’ ), mặp phẳng x’o’y’ chứa board mạch xoy chứa chipset BGA, chuyển động tương đối giửa mặt phẳng cho điều chỉnh mong muốn H6.1 thao tác hàn chipset BGA tự động Dựa vào h6.1 ta thấy đề thao tác hàn xác bi chì chipset phải đặt vị trí board mạch Để làm việc nầy tối ưu giữ cố định dịch chuyển cho trùng khớp • Nếu thực tay board mạch cố định ‘chuyên gia’ đặt chipset vào • Nếu tự động hóa chipset cố định (trục xoy ) , board mạch dịch chuyển ( trục x’o’y’ ) o x Mặt phẳng chứa board mạch O’ X’ Mặt phẳng chứa chipset H 6.2 Mô tả trục tọa độ Vấn đề lớn thứ nhứt chỉnh trùng khớp vòng trắng đen 88 6.2.2 Kỹ thuật đồ họa cho toán trùng khớp Để giải toán nầy thực có nhiều phương pháp từ sơ khai tới đại xuất phát từ quan điểm phương pháp ‘đánh dấu ‘ Theo phương pháp nầy “ không thấy vị trí thực vật ta dùng vị trí thấy suy “ xuất phát từ quan điểm nầy , mà công trình định vị phát triển không ngừng : từ công thức toán học , thuật toán dò tìm , chương trình mô mà đỉnh cao kỹ thuật đồ họa Để thẳng vào vấn đề, không cố công tìm nguồn gốc bản, không vào thuật toán mà thẳng vào kỹ thuật “lưa ảnh dịch chuyển ảnh” kỹ thuật đồ họa Vấn đề mô tả sau : Hình 6.3 Mô tả Như vậy, trước tiến hành đóng chipset ta xem vị trí chipset board mạch thông qua camera , sau tiến hành chỉnh gá đỡ board mạch ( mặt phẳng xoy) cho trùng khớp , cuối lấy đỡ tiến hành đóng chipset Windows củng hổ trợ với điều kiện Card hình có hai cổng (loại mới) gắn hai card hình lên motherboard  Thiết lập hệ thống Camera: Để hiển thị hình độc lập hình thực tế có nhiều cách nhiều phần mềm làm việc nầy ( desktops window, dexpot , Virtual PC… ) Ngoài có phần mềm 89 hổ trợ cho card phần cứng chuyên dùng đồ họa capture ,bryce … phần nầy chia làm chủ đề : thứ nhứt thiết lập ( trọng vào lắp ráp ,cài đặt ) thứ hai hoàn toàn tự động (Chú trọng tới thuật giải chương trình) Chúng ta cần hình chia làm hình độc lập làm đại diện cho hệ trục xoy x’o’y’ hình chứa chipset làm hệ chuẩn hệ tương đối ( cố định ) , hình hiển thị board mạch ( di chuyển gá ) Hình 6.4 hiển thị hình Sau kích hoạt, hình máy tính hai hình với hai kích thước khác nhau.- Màn hình gọi hình 1, hình lại hình Màn hình pin chipset camera có góc nhìn lên ghi nhận lưu tạm vào nhớ Màn hình phụ pin Mainboard camera có góc nhìn xuống Khi ta điều chỉnh gá Mainboard hình ảnh ghi nhận mainboard thay đổi , ta chỉnh gá cho hai mặt trùng khớp Như , toán thứ nhứt giải dễ dàng Hiện , ứng dụng đồ họa WINDOWS cho phép thực ý tưởng trên, ví dụ việc chia hai hình đơn giản nhứt có sẵn powerpoint, ta cài đặt phần mềm quản lý Camera ( webcam) dễ dàng thiết lập hệ thống nầy , cách thực sau: 90 Bước 1: bạn nhấn chuột phải hình desktop chọn Properties/ chọn thẻ settings Trong hộp thoại bạn thấy xuất hai hình Trường hợp bạn thấy hình phải cài đặt lại driver phần mềm tiện ích kèm cho phần điều khiển hình laptop bạn Extend my Windows desktop into this monitor.οBạn chọn hình số 2: đánh dấu check vào mục Bước 2: Vào chương trình PPT bạn chọn mục Slide Show / Setup Slide show Chọn mục Show presenter view / bạn chọn hình Monitor cho bàn hình trình chiếu chọn Primary hình desktop củ sử dụng Bấm OK Bước 3: Soạn chi tiết cho trang báo cáo bạn: vào mục View / Notes page Nhập nội dung cần hỗ trợ cho trang báo cáo Bước 4: Trình chiếu: bạn bấm nút F5 Slide Show hình chiếu trang thông tin khác không lên bạn nhìn vào máy tính có thích bên trang hỗ trợ Ngoài ,để chuyên nghiệp , ta dùng phần mềm card đồ họa chuyên dụng Hình 6.5 Màn hình hiển thị dùng phần mềm chuyên dụng DEXPOT 91 Hoặc phần mềm kỹ xảo capture ứng dưng tốt Traction softwave tải địa http://www.download.com.vn/timkiem/capture/index.aspx 6.3 Phương pháp định vị chipset BGA vật liệu từ Vấn đề thứ hai chương nầy cố gắng tìm chất đáp ứng hai điều kiện : Giữ cố định chipset vào đầu súng bắn nhiệt Nhả nhiệt độ tới giá trị 6.3.1 Sự liên hệ nhiệt độ vật liệu từ Như biết , vật chất theo hướng từ chi làm loại : chất thuận từ, chất nghịch từ chất sắt từ  Mô hình cấu trúc mômen từ chất thuận từ: hệ mômen từ chất thuận từ xem nam châm nhỏ, độc lập, không tương tác Thuận từ chất có từ tính yếu (trong ngành từ học xếp vào nhóm phi từ, có nghĩa chất từ tính) Tính chất thuận từ thể khả hưởng ứng thuận theo từ trường ngoài, có nghĩa chất có mômen từ nguyên tử (nhưng giá trị nhỏ), có tác dụng từ trường ngoài, mômen từ bị quay theo từ trường ngoài, làm cho cảm ứng từ tổng cộng chất tăng lên  Chất nghịch từ (Diamagnetic substances), chất môment từ nguyên tử Tổng môment từ điện tử chất từ trường Khi đặt vào từ trường, hiểu giống quy tắc cảm ứng điện từ sinh từ trường phụ bù trừ với từ trường (B'