2.1.1. Vật liệu hàn
* Thiếc hàn
- Thiếc hàn được sử dụng để tạo liên kết có tính bền vững giữa các linh kiện điện tử trong mạch. Yêu cầu thiếc phải sạch sẽ, ít tạp chất.
- Thiếc hàn được chế tạo dưới nhiều dạng khác nhau: + Thiếc nguyên chất được chế tạo theo dạng thanh.
+ Thiếc hợp chất được chế tạo theo kiểu dây cuốn tròn, lõi rỗng, chứa nhựa thong bên trong dây
* Nhựa thông
Nhựa thông được sử dụng trong quá trình hàn nối để tẩy rửa sạch, làm tinh khiết cho các chân linh kiện. Yêu cầu nhựa thong phải sạch sẽ ít tạp chất.
2.1.2. Dụng cụ hàn
Dụng cụ hàn thường có tên gọi là mỏ hàn. Trong thực tế có nhiều loại mỏ hàn khác nhau là mỏ hàn thường (mỏ hàn nung nóng bằng điện) và mỏ hàn xung.
a. Mỏ hàn thường - Cấu tạo Hình 2.1. Cấu tạo mỏ hàn Dây daãn cán Bao phần gia nhiệt Mỏ hàn
28
Phần chính của mỏ hàn thường là bộ phận gia nhiệt. Trên một ống sứ hình trụ rỗng mặt ngoài tạo rãnh theo đường xoắn ốc, trên rãnh người ta đặt dây điện trở nhiệt, giữa ruột của ống sứ là mỏ hàn bằng đồng đỏ. Đầu dây ra của điện trở nhiệt được bao phủ bởi các vòng (khoen) sứ nhỏ (chịu nhiệt và cách điện tốt) xuyên qua cầu hàn rồi đấu vào dây dẫn điện để dẫn điện vào mỏ hàn
Hình 2.2. Cấu tạo mỏ hàn theo số
Khi mỏ hàn được cấp nguồn sẽ xuất hiện dòng điện chạy qua cuộn dây điện trở nhiệt (1) cuốn trên ống sứ (3), làm cho cuộn dây (4) nóng dần lên sinh ra nhiệt. Nhiệt lượng này truyền qua ống sứ cách điện sang đầu mỏ hàn (5) (đầu mỏ hàn nằm trong ống sứ và cuộn dây). Đầu mỏ hàn được làm bằng đồng đỏ nên hấp thụ nhiệt. Nhiệt lượng do mỏ hàn tỏa ra nóng hơn nhiệt độ nóng chảy của thiếc nên khi ta đưa đầu mỏ hàn vào thiếc sẽ làm cho thiếc bị nóng chảy. Vậy mỏ hàn đã sinh nhiệt.
- Đặc điểm + Ưu điểm:
Cấu tạo đơn giản giá thành thấp
Công suất từ 25W đến 100W (tùy theo nhu cầu sử dụng) nên rất được dùng phổ biến.
+ Nhược điểm:
+ Thời gian gia nhiệt lâu từ 7 phút đến 15 phút. Phải cung cấp điện suốt thời gian sử dụng
b. Mỏ hàn xung
Mỏ hàn xung thường được sử dụng ở mạng điện lưới 110V hay 220V Mỏ hàn xung được chế tạo gồm nhiều loại công suất khác nhau 45W, 60W, 75W và 100W. Tùy theo đối tượng hàn mà ta chọn loại mỏ hàn xung nào cho phù hợp.
29
- Cấu tạo
Hình 2.2. Cấu tạo mỏ hàn xung
Bộ phận tạo nhiệt cho mỏ hàn xung chính là phần dây dẫn làm mỏ hàn, dòng điện làm nóng mỏ hàn được lấy từ cuộn thứ cấp (cuộn thứ cấp có hai cuộn dây, cuộn chính cấp dòng cho mỏ hàn, cuộn phụ cấp dòng cho đèn báo của biến áp hàn). Biến áp hàn có cuộn sơ cấp nối tiếp với nút ấn (công tắc nguồn) và dây dẫn điện cùng phích cắm để lấy điện xoay chiều vào.
Khi sử dụng mỏ hàn xung để hàn thì dùng ngón tay ấn vào công tắc để nối dòng điện vào cấp cho mỏ hàn, khi hàn xong thì trả lại trạng thái bình thường, dòng điện sẽ bị ngắt.
-Nguyên lý sinh nhiệt
Hình 2.3. Cấu tạo mỏ hàn xung theo số
Mỏ hàn Biến áp hàn
Công tắc
Dây dẫn Đèn báo
30
Khi cấp nguồn cho mỏ hàn, trong cuộn dây sơ cấp W1 của biến áp (2) có dòng điện chạy qua làm xuất hiện từ trường biến thiên. Từ trường biến đổi này sẽ móc vòng sang cuộn thứ cấp W2 của biến áp (2). Lúc này trên cuộn W2 xuất hiện sức điện động cảm ứng từ cuộn sơ cấp W1. Khi đầu mỏ hàn nối chập hai đầu cuộn W2 làm xuất hiện dòng điện chạy qua mỏ hàn. Hơn nữa khi chế tạo người ta tính toán và sử dụng cuộn dây W2 có đường kính to, ngược lại đầu mỏ hàn có đường kinh nhỏ hơn nhiều lần do đó dòng điện rất lớn chạy từ cuộn W2 qua đầu mỏ hàn sẽ làm nóng mỏ hàn.
-. Đặc điểm
Ưu điểm: - Thời gian gia nhiệt rất nhanh và ít tổn hao điện năng Nhược điểm: - Kết cấu phức tạp giá thành cao hơn mỏ hàn thường
c. Mỏ hàn hơi
- Bộ sinh nhiệt có nhiệm vụ tạo sức nóng phù hợp để làm chảy thiếc giúp tách và gắn linh kiện trên main máy an toàn. Nếu chỉ có bộ phận sinh nhiệt haotj động thì chính nó sẽ nhanh chóng bị hỏng.
- Bộ sinh gió có nhiệm vụ cung cấp áp lực thích hợp để đẩy nhiệt vào gầm linh kiện để thời gian lấy linh kiện ra sẽ ngắn và thuận lợi.
Nếu kết hợp tốt giữa nhiệt và gió sẽ đảm bảo cho việc gỡ và hàn linh kiện an toàn cho cả chính linh kiện và mạch in giảm thiểu tối đa sự cố và giá thành sửa chữa máy.
* Giữa nhiệt và gió là mối quan hệ nghịch nhưng hữu cơ: Nếu cùng chỉ số nhiệt, khi gió tăng thì nhiệt giảm, và ngược lại khi gió giảm thì nhiệt tăng. Để giảm thời gian IC ngậm nhiệt người thợ còn dùng nhựa thông lỏng như một chất xúc tác vừa làm sạch mối hàn vừa đẩy nhiệt nhanh vào thiếc. như vạy muốn khò nhanh một IC ta phải có đủ ba thứ đó là gió, nhiệt và nhựa thông lỏng.
* Việc chỉnh nhiệt và gió phụ thuộc vào thể tích IC (chú ý đến diện tích bề mặt). Thông thường linh kiện có diện tích bề mặt càng rộng thì lùa nhiệt vào sâu càng khó khăn, nhiệt nhiều thì dễ chết IC, gió nhiều lùa nhiệt sâu hơn nhưng phải bắt IC ngậm nhiệt lâu. Nếu gió quá nhiều sẽ làm dung linh kiện chân linh kiện sẽ bị lệch định vị thậm chí còn làm bay cả linh kiện.
* Đường kính đầu khò quyết định lượng nhiệt và gió. Tùy thuộc kích cỡ linh kiện lớn hay nhỏ ta chọn đường kính đầu khò cho thích hợp, tránh quá to hoặc quá nhỏ. Nếu cùng một lượng nhiệt và gió, đầu khò có đường kính nhỏ thì đẩy nhiệt sâu hơn, tập chung nhiệt gọn hơn nhưng lượng nhiệt ra ít hơn, thời gian khò lâu hơn. Còn đầu to cho ra lượng nhiệt lớn nhưng lại đẩy nhiệt nông hơn, và đặc biệt nhiệt bị loang làm ảnh hưởng sang các linh kiện lân cận nhiều hơn.
31 2.2. Phương pháp hàn mạch điện tử
2.2.1. Kỹ thuật hàn nối, ghép
a. Những điểm cần lưu ý khi hàn nối
- Đối với mỏ hàn thuộc loại gia nhiệt
+Nên kiểm tra thường xuyên tình trạng cách điện ở mỏ hàn. Nếu mỏ hàn bị điện chạm vỏ sẽ gây nguy hiểm, mất an toàn.
+Khi sử dụng mỏ hàn thường, tuyệt đối tránh va chạm mạnh có thể làm vỡ sứ, hỏng cách điện, hoặc đứt dây điện trở nhiệt… làm mỏ hàn bị hỏng
- Đối với mỏ hàn xung không được ấn công tắc quá lâu, biến áp sẽ bị quá nhiệt, cháy biến áp làm hỏng mỏ hàn.
+Sau mỗi lần hàn nên phủ kín đầu mỏ hàn bằng một lớp thiếc mỏng để hạn chế gỉ sét ở đầu mỏ hàn
b. Thao tác hàn
Một mối hàn đạt tiêu chuẩn kỹ thuật nếu nó tiếp xúc tốt về điện, bền chắc về cơ nhỏ gọn về lích thước và tròn láng về hình thức.
* Quy trình hàn nối
Bước 1: Xử lý sạch tại hai điểm cần hàn
Dùng dao hoặc giấy giáp cạo sạch lớp ooxits trên bề mặt tại hai điểm cần hàn. Ngoài ra còn có thể dùng axit hàn để nhanh chóng tẩy sạch lớp ỗ xít này.
Bước 2: Tráng thiếc
Dùng mỏ hàn gia nhiệt tại điểm vừa xử lý ở bước 1 rồi tráng phủ một lớp thiếc mỏng
Chú ý: Nếu bước 1 làm chưa tốt (chưa tẩy sạch được lớp ô xít trên bề mặt) thì tráng thiếc sẽ không dính.
Bước 3: Hàn nối
Đặt hai điểm cần hàn tiếp xúc với nhau, ấn đầu mỏ hàn sát vào cả hai vật cần hàn để gia nhiệt, rồi đưa thiếc hàn vào điểm cần hàn. Thiếc hàn nóng chảy và bao phủ kín điểm cần hàn sau đó nhấc mỏ hàn và dây thiếc ra hai hướng khác nhau.
* Một số điểm cần chú ý khi thao tác hàn
- Nếu điểm hàn chưa đủ nóng, thiếc chưa chảy lỏng hoàn toàn thì mối hàn sẽ không tròn láng (không nhẵn bóng), không đảm bảo tiếp xúc tốt về điện và độ bền chắc về cơ.
32
- Để rửa một mối hàn, ta có thể dùng nhựa thông bằng cách ấn đầu mỏ hàn vào nhựa thông rồi ấn sát vào mối hàn cần rửa cho đến khi thiếc dã hàn nóng chảy lỏng hoàn toàn ta nhấc mỏ hàn ra.
- Trong khi thao tác hàn tuyệt đối không được vảy mỏ hàn làm thiếc bắn ra gây nguy hiểm cho người và thiết bị.
2.2.2. Kỹ thuật hàn xuyên lỗ
a. Panel
Là bảng mạch in đã được chế tạo sẵn theo một cấu hình nào đó, thường được sử dụng để thí nghiệm hoặc hàn nối, lắp ráp các linh kiện điện tử
Hình 2.4. bảng mạch in
b. Mạch in
Là sơ đồ lắp ráp một mạch điện nào đó nhưng được thiết kế chìm trên bảng mạch.
33
c. Thao tác hàn
Một mối hàn đạt tiêu chuẩn kỹ thuật nếu nó tiếp xúc tốt về điện, bền chắc về cơ nhỏ gọn về kích thước và tròn láng về hình thức.
* Quy trình hàn xuyên lỗ
Bước 1: Cắm tất cả các linh kiện trên bề mặt cắm linh kiện của tấm mạch in và hàn ở mặt dưới.
Bước 2: Đưa thiếc hàn và mỏ hàn đồng thời vào điểm hàn không được đưa thiếc hàn vào đầu mỏ hàn để cho chảy sau đó mới đưa vào điểm hàn.
Hình 2.6. Hàn chân linh kiện
Bước 3: Khi thiếc hàn bắt đầu chảy vào điểm hàn cần di chuyển mỏ hàn
quanh điểm hàn (chân linh kiện), sau đó rút nhanh mỏ hàn ra khỏi điểm hàn Bước 4: Quá trình hàn thường chỉ xảy ra trong vài giây. Trong thời gian
thiếc hàn ở điểm hàn chưa nguội tuyệt đối không được dùng kìm hoặc dụng cụ khác cắt hoặc lay chân linh kiện ở phần mặt hàn
Chú ý: Với các mối hàn ở gần nhau (như IC) khi hàn rất rễ bị dính trì hàn tạo thành cầu nối ngoài không mong muốn giữa các linh kiện. Do đó chỉ nên sử dụng ít thiếc hàn và kiểm tra kỹ lưỡng từng mối hàn, nên hàn chéo chân tránh tập trung nhiệt độ.
* Một số điểm cần chú ý khi thao tác hàn
- Khi hàn các linh kiện bán dẫn như diode, transistor… nên dùng kẹp kim loại kẹp vào chân linh kiện để tản nhiệt, tránh làm hỏng linh kiện. Tùy từng điều kiện, từng vị trí điểm hàn nên cách than linh kiện ít nhất 1 cm và sử dụng mỏ hàn có công suất nhỏ.
- Trong quá trình hàn, việc định vị các chân linh kiện sao cho chắc chắn là rất quan trọng. Thông thường với những chân linh kiện có từ hai chân trở lên, ban
34
đầu ta không nhất thiết phải hàn ngay được bất cứ một chân nào trước mà nên gá sơ bộ một chân nào đó trước để định vị sau đó hàn các chân khác cho được, cuối cùng hàn lại chân đã gá ban đầu.
- Không được để mỏ hàn tiếp xúc quá lâu vào điểm cần hàn và chân linh kiện vì nếu để quá lâu dễ làm bong mạch in và hỏng linh kiện
- Trong khi thao tác hàn tuyệt đối không được vảy mỏ hàn làm thiếc bắn ra gây nguy hiểm cho người và thiết bị.
* Tháo hàn trên mạch in
Để tháo linh kiện trên mạch in ta dùng bộ hút thiếc hoặc dây đồng nhiều sợi nhỏ.
- Bộ hút thiếc gồm một piston và một đầu hút trì làm bằng nhựa tổng hợp chịu nhiệt. Đầu hút được trợ giúp bằng một lò xo. Sau khi điểm hàn được nung nóng bằng mỏ hàn ta đưa đầu hút vào thiếc đã nóng chảy và nhấn nút để hút hết chì hàn. Khi đó thiếc hàn trên chân linh kiện và mạch in đã được hút hết ra ngoài - Dây hút chì là một dây đồng nhiều lõi để nhúng chất xúc tác. Dây này được đặt giữa đầu mỏ hàn với mối hàn. Các phần thiếc ở mối hàn sẽ được hút hết lên các sợi đồng nhỏ
2.2.3. Nội dung thực tập hàn
a. Hàn mắt lưới 10x10cm (kích cỡ mỗi mắt là 1x1cm). Sử dụng dây đồng = 0,5mm
Hình 2.7. Kỹ thuật hàn mắt lưới
- Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị vật liệu + Dụng cụ thiết bị
35 Mỏ hàn thường Kìm cắt Kìm uốn Dao + Vật liệu - Thiếc hàn - Nhựa thông - Dây đồng 0,5mm - Trình tự thực hiện
Các bước công việc Nội dung Yêu cầu kỹ thuật Bước 1: Làm sạch dây
đồng hàn
Dùng dao hay giấy giáp làm sạch dây đồng
Dây đồng phải được làm sạch
Bước 2: Tráng thiếc dây đồng hàn
Tráng thiếc suốt chiều dài dây đồng
Dây đồng hàn được tráng thiếc đều và bóng
Bước 3: Hàn nối
Sắp xếp các dây đồng đã được tráng thiếc theo hình mắt lưới, mỗi ô có kích thước 1x1cm. Dùng mỏ hàn và thiết hàn, hàn tất cả các dao điểm của mắt lưới. Mắt lưới sắp xếp đúng kích cỡ và mối hàn phải nhỏ gọn, nhẵn bong, đảm bảo độ bền trắc về cơ và tiếp xúc tốt về điện 2.3. Cách sử dụng và bảo quản dụng cụ hàn. 2.3.1. Chọn mỏ hàn
Chọn máy hàn có 2 mỏ hàn, một mỏ hàn thiếc và một mỏ thút thiếc. Nếu có điều kiện thì nên chọn Máy hàn linh kiện Weller có tích hợp sẵn đầu hàn và hút thiếc (đầu hàn không bị gỉ sét, dễ dàng lau sạch thiếc hàn, không bị nóng thân mỏ hàn, thời gian gia nhiệt cực nhanh chỉ 20-35s, kiểm soát và giữ ổn định nhiệt).
2.3.2. Đầu mỏ hàn và tráng thiếc cho lần đầu tiên dùng
Đầu mỏ hàn không nên cứng nhắc cùng một cỡ cho tất cả các loại. Nên lựa chọn đầu mỏ hàn phù hợp với mỏ hàn của mình. Nếu thấy mỏ hàn đang dùng đầu 1 ly độ dài dây khoảng 6cm mà hàn thấy thiếu nhiệt quá thì nên hạ chiều dài xuống còn 4cm nếu vẫn không được thì thay bằng dây loại 0,8 ly. Sau khi cắt xong dây đầu mỏ hàn thì cạo sạch toàn bộ dây (bỏ hết emay cách điện và oxy hóa) không nên bắt ốc vào mỏ hàn luôn, dùng đồ dùng nào đó cạo sạch đầu tiếp xúc chỗ cọc
36
dây đồng bắt dây (2 cọc đồng từ mỏ hàn ra) sau đó mới bắt vào mỏ hàn. Tráng thiếc cho lần đầu tiên dùng: Sau khi bắt ốc xong các bạn bấm mỏ hàn và nhúng ngay vào cục nhựa thông. Sau khi nhựa thông đã chảy ra và bám vào phần đầu của dây mỏ hàn thì thôi bấm và lấy mỏ hàn ra. Các bạn tìm một tấm PCB cũ có những nốt hàn to có sẵn thiếc (ví dụ như nốt hàn chân nguồn mass hoặc nốt hàn tỏa nhiệt chẳng hạn) rùi bấm mỏ hàn vào những nốt hàn này để tráng thiếc sao cho thiếc bám đều phần đầu dây mỏ hàn. Đặc biệt không nên bấm 5-10 phút mà không tráng thứ gì như một số bạn nói vì như thế đầu mỏ hàn sẽ bị nhiệt độ cao làm oxy hóa sẽ không ăn thiếc được nữa.
2.3.3. Cách hàn các linh kiện (LK) thường
Vệ sinh PCB và chân LK (PCB và LK cũ) trước khi hàn, có thể vệ sinh bằng axeton, dao dọc giấy ....
+ Cắt chân LK sao cho cắm chặt LK vào PCB mà chân LK trồi ra 1mm là đẹp nhất.
+ Bấm mỏ hàn vào cục nhựa thông cho nhựa thông chảy ngập đầu mỏ hàn > nhả mỏ hàn >nhấc mỏ hàn đến chỗ chân LK > Bấm mỏ hàn cho nhựa thông ở đầu mỏ hàn chảy ra trùm kín chân LK và lỗ PCB > Đưa dây thiếc vào tam giác quỷ: lỗ PCB - Chân LK - Đầu mỏ hàn để thiếc chạm đầu mỏ hàn và chảy ra (cho ít thiếc thôi nhé nhiều nhìn rất mất thẩm mỹ) thường thì sau khi chạm tam giác quỷ sẽ chảy ra và tráng đều lỗ pcb và chân LK.
2.3.4. Cách hàn chân IC hoặc dãy nhiều chân
Hàn IC có 2 hàng chân x20 = 40 chân
+ Dùng một lượng thiếc khá to (bằng nửa đầu đũa) cho chân đầu tiên của dãy. Bấm mỏ hàn cho thiếc nóng chảy và cứ thế di đến chân tiếp theo cho đến chân cuối (chỉ di một chiều). Chân nào còn chạm nhau thì cứ di lại (hoặc thêm