Giáo trình Thiết kế, chế tạo mạch in và hàn linh kiện (Ngành Điện tử công nghiệp)

1 UBND THÀNH PHỐ HẢI PHỊNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG GIÁO TRÌNH Mơn học/ Mơ đun: Thiết kế, chế tạo mạch in hàn linh kiện NGHỀ:ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Hải Phịng, 2019 MÔ ĐUN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH IN VÀ HÀN LINH KIỆN Mã mơ đun: MĐ 18 Vi trí tính chất, ý nghĩa vai trị cua 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 mơ đun: Là mơ 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 trị 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 Muc tiêu cua 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 Lý thuyế t Tên mô đun Tổng số MĐ16­1 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 1 23 Mã MĐ16­2 Thực Hành Kiểm tra Chế mạch in Tổng cộng 12 30 10 24 BÀI KỸ THUẬT HÀN Mã bài: MĐ18-1 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 thuât 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 trươn g 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 không 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) Trin h tư thưc hiên sư dung mo han đê han linh kiên: - 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  Chuy: Chon 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 công 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 đâ 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 thông dùng làm chất tẩy 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 Ngồi 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 (dun g lam  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 vơ vụn nhựa thơng 1.3 Kềm Trong q trình lắp ráp, sửa chữa thông 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) 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 Mục tiêu: Hàn tiêu chuẩn kỹ thuật Tháo hàn an toàn cho mạch điện linh kiện Làm mối hàn tiêu chuẩn kỹ thuật - Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác, an tồn vệ sinh công nghiệp 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 cơng suất q 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 thông 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 10 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: q 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 thơng 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 cịn 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 39 Hình 2.19 Ngâm mạch xà phòng - Lấy board Lúc lớp giấy bị phân hủy tróc xem hình 2.20 Hình 2.20 Mạch sau ngâm xà phòng 40 - Dùng tay gơnhẹ lớp giấy giấy bề xem hình 2.21 mặt mạch in hết Hình 2.21 Mạch sau gỡ giấy nên Do quatrin h gơvaui conhiêu chômach bi xươc khơng comưc ta dun g but lông dâu tô lai nhưn g chônao không comưc đê lam xong mach không bi rôhay bị đứt mạch B ơc 4: R a mach in (xem hình 2.22) Dun g thc rưa pha vơi nươc Sau pha xong thita cho mach in vao  sau đolắc cho mạch in bị ăn hêt lơp đông không cân thiêt dung dich 41 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 Hình 2.23 Mạch sau rửa Fe2Cl3 B ơc 5: Khoan mạch in Dun g khoan tay đê khoan (cothê dun  g khoan may  ) vơi cac linh kiên thươn g trơ, tu, IC thita dun g mui 0.8mm con đôi vơi IC 78xx, triac thuta dun g mui 1.2mm hình 2.24 42  Hình 2.24 Mạch in đađ c khoan lơ  linh kiên vatest mach B ơc 6: Han Sau lam  xong tât ca cac bươc thita tiên hanh  han  linh kiên vatest mach 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 tròn dễ thực lại tính mỹ thuật điểm pad vng.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 khơng 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 nguyên 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 43 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 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 khô hồn tồn CÂU HOI ƠN TÂP: Câu 1: Nêu bươc thiêt kêmach in? cac Gơi y: co2 b ơc Bươc 1: Vesơ đồ bố trí linh kiện Bươc 2: Tao sơ đồ mạch in board mach in Câu 2: Nêu bươc chêtao mach in? cac 44  G i y: Quatrin  h chêtao mach in trai qua cac b ơc sau:  Vebăng tay: thực hiên qua bươc  Lam  mach in băng phương phap ui: Phương phap  ladun g mac h đađược  ui đê ui, luc nay tac in săn giây, sau đođăt lên phim đông vadung ban  non g chay mưc in giây vadin h vao phim  đông, bao gôm dung nhiêt lam bươc  Hồn thiện mạch in: bao gơm  bươc Bai tâp: Thiêt kêvahan linh kiên cac mach điên tử sau: Hình 2.25 Sơ đơngun ly 45     Hình 2.26 Mach Layout   mach traitim Bai 2: Lam Hinh 2.27 Mach in 46 G i y:  Hình 2.28 đèn led hình trái tim Hình 2.29 Sơ đơngun ly 47     Hình 2.30 Hình 1.31 Mach 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 : 52 Nội dung: + 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 53 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) ... khoảng cách lỗ hàn gập chân linh kiện kìm vừa theo + 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... 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 trị mơ đun: Giáo trình “ Chế tạo mạch in hàn linh kiện? ?? nhằm cung... 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 đ cac c th c hiên theo b ơc sau: - Bước 1: Làm mạch