BÀI 7: THI CÔNG MẠCH ĐƠN GIẢN
V. Các bước thực hiện
3. Vẽ sơ đồ mạch in mạch tạo xung clock
• Sau khi vẽ xong sơ đồ nguyên lý, chọn cửa sổ chứa file project (xem hình vẽ) .obj.
• Nhấp vào nút Create Netlist (biểu tượng ) trên thanh công cụ hoặc vào Tool → Create netlist.
• Cửa sổ Create Netlist sẽ xuất hiện, chọn tab Layout (xem hình)
• Chọn Run ECO to Layout, sau đó nhấn OK.
b. Bước 2: Tạo file .Max từ file Netlist (.MNL)
• Vào Start → All programs → OrCAD 10 → Layout Plus để mở Orcad Layout, cửa sổ Orcad Layout xuất hiện (xem hình).
• Tiếp theo, vào File → New hoặc nhấn vào biểu tượng trên thanh công cụ để tạo mới file .Max, cửa sổ tạo mới xuất hiện (xem hình).
• Trong mục Input Layout TCH or TPL or MAX file chọn Browse, cửa sổ input Layout MAX file xuất hiện (xem hình), chọn default.tch sau đó nhấn Open.
• Cuối cùng Nhấn nút Apply ECO để hoàn tất việc tạo file .MAX (file layout)
c. Bước 3: Chọn FootPrint cho linh kiện
• Sau khi tạo xong file .MAX, cửa sổ yêu cầu chọn FootPrint cho linh kiện xuất hiện (xem hình).
• Nhấp vào nút Link existing footprint to component để chọn chân linh kiện cho R3 (RESISTOR, theo như hình trên), cửa sổ chọn FootPrint sẽ xuất hiện (xem hình).
• Trong vùng Libraries chọn thư viện JUMPER, trong textbox Footprints nhập vào JUMPER300, sau đó nhấn OK.
• Tiếp tục chọn cho linh kiên khác, tiến hành tương tự với việc chọn footprint cho điện trở.
• Tên FootPrint của các linh kiện còn lại là:
Led (led đơn): thư viện JUMPER, tên FootPrint là JUMPER100
NE555 (IC 555): thư viện DIP100T, tên FootPrint là DIP.100/8/W.300/L.450
CAPACITOR (tụ điện): thư viện JUMPER, tên FootPrint là JUMPER200
HEADER_3: thư viện SIP, tên FootPrint là SIP/TM/L.300/3
RESISTOR_VAR (biến trở): thư viện SIP, tên FootPrint là SIP/TM/L.300/3
PNP_ECB (transistor): thư viện TO, tên FootPrint là TO92/100
• Sau khi chọn FootPrint cho các linh kiện thì mạch layout lúc này như hình vẽ:
d. Bước 4: Sắp xếp linh kiện và điều chỉnh độ lớn Pad cho mạch in
• Chọn vào biểu tượng để vào chế độ kiểm tra, và nhấp vào biểu tượng để di chuyển linh kiện
• Di chuyển linh kiện bằng cách dùng chuột trái để kéo linh kiện đến vị trí mới sau đó thả ra
• Sinh viên sắp xếp linh kiện sao cho mạch in sau này càng nhỏ càng tốt, dưới đây là một ví dụ về cách sắp xếp (chưa phải là nhỏ nhất, chỉ tham khảo, sinh viên phải sắp xếp linh kiện sao cho mạch tối ưu hơn).
• Kế tiếp là thiết lập độ lớn cho chân linh kiện, nhấp vào biểu tượng trên thanh công cụ để chọn chân cần chỉnh kích thước, sau đó click vào chân cần chỉnh
• Tiếp theo nhấp vào biểu tượng trên thanh công cụ, một menu xuất hiện (xem hình) chọn tiếp Padstacks.
• Cửa sổ Padstacks xuất hiện (xem hình), nhấp chuột phải vào vùng bị bôi đen, chọn Properties, cửa sổ Edit Padstack xuất hiện (xem hình), nhập giá trị mới vào sau đó nhấn OK.
• Tắt cửa sổ Padstacks, sau đó tiếp tục chọn kích thước cho các chân khác.
• Các kích thước tương ứng:
Chân IC NE555: 75 mils
Chân linh kiện LED, RESISTOR, PNP_ECB: 75 mils
Chân linh kiện RESISTOR_VAR, HEADER_3: 80 mils
• Sau khi điều chỉnh xong chân linh kiện ta thu được sơ đồ mạch in như hình vẽ.
• Chú ý:
Các kiểu chân cùng loại thì chỉ cần điều chỉnh 1 lần, chương trình sẽ tự động cập nhật các chân còn lại. Ví dụ khi điều chỉnh chân cho RESISTOR chỉ cần điều chỉnh 1 chân và các RESISTOR khác tự động cập nhật lại giá trị mới.
Chú ý với các linh kiện như NE555 thì do chân đầu tiên có kiểu chân là vuông nên khi điều chỉnh các chân tròn thì giá trị của chân vuông vẫn không được cập nhât, chính vì vậy đối với các linh kiện loại này phải điều chỉnh cả chân tròn lẫn chân vuông.
Sinh viên có thể dùng mắt thường để tự kiểm tra kích thước chân của các linh kiện còn chưa được điều chỉnh để điều chỉnh hợp lý tránh bỏ xót
e. Bước 5: Điều chỉnh kích thước đường dây cho mạch in
• Vào Tool → Net → Select From Spreadsheet (Xem hình)
• Thông báo chọn tên đường xuất hiện, chọn Cancel
• Cửa sổ Nets xuất hiện xem hình, click đúp vào width Min con Max
• Cửa sổ Edit Net
• Nhập kích thước đường vẽ vào các text box (40 mils), nhấn OK, và sau đó tắt cửa sổ Nets
f. Bước 6: Chọn lớp cần vẽ cho mạch in
• Vào Tool → Layer → Select From Spreadsheet (xem hình)
• Cửa sổ Layers xuất hiện, trong cột Layer Type, ở hàng đầu tiên (tức lớp TOP) click chuột phải chọn Properties.
• Tiến hành tương tự để tắt tất cả các lớp còn lại trừ lớp BOTTOM.
g. Bước 7: Vẽ mạch
• Chọn biểu tượng trên thanh công cụ, vẽ một đường viền bao quanh mạch in (xem hình).
• Vào Auto → Autoroute → Board (Xem hình)
• Sau khi vẽ xong mạch in như sau
• Nếu không muốn vẽ lại thì vào Auto → Unroute → Board
• Chú ý: Thay đổi đường bao xung quanh rồi route mạch lại sao cho nó nhỏ nhất có thể.
h. Bước 8: Phủ đồng cho mạch in
• Chọn biểu tượng vẽ đường viền trên thanh công cụ, sau đó click vào đường viền bao quanh mạch, tiếp tục nhấn chuột phải chọn Properties
• Cửa sổ Edit Obstacle xuất hiện (xem hình). Trong lựa chọn Obstacle Type chọn Copper pour.
• Trong text box Width chọn 20 mils, trong text box Clearance nhập vào 20 mils.
• Text box Net Attachment chọn GND, sau đó nhấn OK.
• Tiếp đó nhấp chuột phải và chọn End Command (xem hình)
• Kết quả ta thu được mạch in hoàn chỉnh như sau
a. Các bước tiến hành tương tự như vẽ mạch in tạo xung clock b. Hướng dẫn:
ắ Cỏc bước tạo tập tin Netlist, tập tin .MAX (layout), lựa chọn kớch thước đường dây, chọn lớp để vẽ mạch tiến hành hoàn toàn tương tự.
ắ Bước 3: Chọn FootPrint cho linh kiện, tờn FootPrint được sử dụng cho các linh kiện lần lượt là:
74HC163: tên thư viện DIP100, tên FootPrint DIP.100/16/W.300/L.875
74LS47: tên thư viện DIP100, tên FootPrint DIP.100/16/W.300/L.875
74LS00: tên thư viện DIP100, tên FootPrint DIP.100/14/W.300/L.750
RESISTOR: tên thư viện JUMPER, tên FootPrint JUMPER300
HEADER 3: tên thư viện SIP, tên FootPrint SIP/TM/L.300/3.
LED 7.4: phải tự tạo FootPrint cho linh kiện này (10 chân), các bước thực hiện để tạo một FootPrint mới:
o Click vào biểu tượng trên thanh công cụ, cửa sổ Library Manager xuất hiện (xem hình).
o Vào Options → System Settings để điều chỉnh kích thước của lưới để việc tạo FootPrint được thuận tiện, cửa sổ System Settings xuất hiện, thiết lập các thông số như hình vẽ, sau đó nhấn OK.
o Nhấn vào biểu tượng trên thanh công cụ để chọn chân linh kiện, sau đó nhấp chuột phải chọn new (để tạo mới 1 chân linh kiện), click chuột trái vào vị trí muốn đặt chân.
o Tương tự lần lượt tạo 10 chân cho linh kiện bố trí như hình vẽ. Chú ý khoảng cách giữa các chân, 2 chân kế nhau cách nhau 2 đơn vị (theo lưới – 1/2 inch), 2 dãy chân cách nhau 12 đơn vị ( = 6 inch)
o Chọn biểu tượng trên thanh công cụ để vẽ đường viên bao quanh linh kiện. Sau khi vẽ xong nhấp chuột phải chọn Properties, cửa sổ Edit Obstacle xuất hiện, chọn các thông số Obstacle Type và Obstacle Layer như hình vẽ, sau đó nhấn OK.
o Nhấn Save, cửa sổ Save Footprint As xuất hiện, lựa chọn tên thư viện lưu giữ footprint vừa mới vẽ sau đó nhấn OK
Mạch in sau khi chọn xong FootPrint (xem hình)
ắ Bước 4: Chọn kớch thước cho Pad, kớch thước Pad của cỏc FootPrint lần lượt là.
74HC163, 74LS47, 74LS00, LED 7.4, RESISTOR: 75 mils
HEADER 3: 80 mils
Mạch in sau khi chỉnh kích thước Pad (xem hình).
ắ Bước 5: Vẽ mạch, mạch in cuối cựng thu được
c. Yêu cầu:
ắ Sinh viờn phải vẽ đỳng sơ đồ mạch in.
ắ Lựa chọn FootPrint, chỉnh kớch thước Pad, đường vẽ mạch, … phải đúng.
ắ Lưu lại file.
5. In phim và chụp quang
Quá trình in phim và chụp quang của mạch tạo xung và mạch đếm BCD là hoàn toàn giống nhau, vì vậy ở đây chỉ trình bày quá trình tạo film âm bản và chụp quang cho mạch tạo xung.
a. In phim: Sau khi hoàn tất việc vẽ mạch in thì chuyển sang giai đoạn in phim.
Các bước tiến hành
ắ Bước 1:
Vào Options → Post Process Setting.
Cửa sổ Post Process xuất hiện, click chuột trái vào hàng *.BOT (xem hình) sau đó nhấn chuột phải và chọn Properties.
Cửa sổ Post Process Setting xuất hiện, thiết lập các thông số như hình vẽ, sau đó nhấn OK.
Tiếp tục nhấp chuột phải vào hàng *.BOT sau đó chọn Run Batch (xem hình).
Các thông báo tạo file .GDT xuất hiện, nhấn OK
ắ Bước 2:
Vào Start → All programs → OrCAD 10 → Layout Plus
Cửa sổ OrCAD Layout xuất hiện, chọn Tools → GerbTool → Open
Chọn đến file .GTD vừa mới tạo ra ở bước trên, nhấn Open để mở.
Cửa sổ làm việc của GerbTool xuất hiện.
Vào Edit → Move cửa sổ xuất hiện chọn Windows (xem hình)
Dùng chuột trái vẽ một hình chữ nhật bao quanh mạch in để chọn hết khối mạch in, sau đó kéo khối mạch in đã được chọn vào bên trong vùng chữ nhật màu vàng, click trái chuột để đặt mạch in vào vùng chữ nhật màu vàng.
Bỏ hết tất cả các lớp không phải là lớp BOTTOM (.BOT), xem hình
Mạch in mới
Click chuột trái vào biểu tượng chọn màu cho chân, và đường dây, chọn tất cả đều là màu trắng.
Mạch in sau khi đã được chuyển thành âm bản
Vào File → Export → PostScript để tạo file PostScript (dạng *.ps)
Cửa sổ Export PostScript xuất hiện, chọn chế độ Fill, và Gray Scale, sau đó nhấn OK
ắ Bước 3: Tạo file .pdf chứa ảnh õm bản của mạch bản in từ file postscript (.ps)
Vào Start → All Programs → Adobe Acrobat 7.0 Professional để mở Acrobat Proffeesional
Vào File → Create PDF → From File để tạo file .pdf
Nhấn Open để mở file, thu được file .pdf chứa film âm bản của mạch in.
ắ Bước 4: In phim
Sử dụng giấy kiến để in
Nhấn Ctrl + P, hoặc vào File → Print
Trong cửa sổ Print, Ở box Name chọn tên máy in phù hợp (tùy thuộc vào máy), trong box Page Scaling chọn lựa chọn None. Sau đó nhấn OK để in film âm bản
b. Chụp quang
Sau khi đã có được phim âm bản, thì công việc tiếp theo là chụp quang và tiến hành rửa mạch. Chi tiết quá trình chụp quang đã được giới thiệu trong Chương 2 Làm mạch in
6. Rửa mạch
ắ Chuẩn bị:
• Sử dụng board mạch đồng đã được chụp quang ở trên
• Dung dịch rửa mạch in
ắ Cỏc bước tiến hành:
• Sau khi hoàn tất giai đoạn chụp quang. Ánh sáng sẽ làm chết mực tại những vị trí có đường mạch và chân linh kiện (do dùng film âm bản). Ở những nơi còn lại thì lớp cảm quang không được chiếu ánh sáng sẽ dễ dàng bị hóa chất rửa sạch kết quả là nhưng nơi được chiếu sáng sẽ không bị hóa chất ăn mòn.
• Khi nhúng mạch in trong thuốc tẩy, muốn phản ứng hóa học xảy ra nhanh, cần thược hiện các thao tác sau để tăng tốc độ phản ứng:
Úp mặt đồng hướng xuống phía đáy chậu chứa thuốc tẩy.
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 được nung nóng khoảng 50oC thì thời gian tẩy sẽ nhanh hơn khi thuốc tẩy có nhiệt độ thấp (bằng nhiệt độ môi trường).
• Sau khi tẩy xong các phần đồng không cần thiết, nên ngâm mạch vào trong nước và dùng giấy nhám nhuyễn chà sạch các đường mực. Công việc sẽ chấm dứt khi các đường mạch được đánh bóng và sáng.
ắ Yờu cầu:
• Mạch rửa tốt, không bị đứt 7. Khoan chân linh kiện
a. Chuẩn bị
ắ Khoan
ắ Lưỡi khoan cỏc loại 1mm, 0,8 mm, 0,5mm
ắ Mạch in đó được rửa mạch b. Các bước tiến hành
ắ Đưa mạch in vào khoan. Chỳ ý đến kớch thước của lưỡi khoan. Đối với chân linh kiện IC thì lưỡi khoan là 1mm, với các lỗ khoan của chân điện trở thì nên dùng lưỡi khoan 0,8 mm, các jumper thì dùng lưỡi khoan 0,5 mm. Lưỡi khoan quá lớn sẽ làm hỏng Pad dẫn đến hư mạch, còn lưỡi khoan quá nhỏ sẽ gây khó khăn trong việc ráp linh kiện vào mạch in.
ắ Chỳ ý cỏch khoan:
Đặt mạch in đúng vị trí (không bị lệch tâm)
Lưỡi khoan phải thẳng góc (nếu không sẽ gây gãy lưỡi khoan, đồng thời lỗ khoan sử dụng lưỡi khoan không thẳng góc thì sau này ráp linh kiện rất khó khăn).
ắ Một vài trường hợp, ta cú thể dựng mỏy dập bấm lỗ thay vỡ khoan. Tuy nhiên, lỗ dập không tròn và khi dập dễ làm mẻ lớp bakelite, tuy nhiên với cách này thì tốc độ thi công nhanh hơn, và dễ thao tác hơn phương pháp khoan.
ắ Sau khi khoan mạch in xong dựng giấy nhỏm đỏnh sơ lại một lần nữa để làm sạch lớp oxy hóa lần cuối. Tiếp đó nhúng mạch in vào dung dịch nhựa thông pha với xăng và dầu lửa
ắ Sau khi nhỳng xong mạch, để rỏo và phơi khụ lớp sơn phủ rồi mới hàn linh kiện.
c. Yêu cầu
ắ Chỳ ý cẩn thận vị trớ và chiều của cỏc linh kiện. Yờu cầu cỏc linh kiện phải quay cùng một hướng. Việc hàn sai vị trí có thể làm hỏng cả mạch in
ắ Lắp linh kiờn vào mạch: chỳ ý thứ tự hàn cỏc linh kiện lần lượt là: cỏc jumper, điện trở, led, đế IC, biến trở,… (theo nguyên tắc linh kiện có kích thước nhỏ hàn trước, để việc hàn linh kiện được dễ dàng)
ắ Chỳ ý khụng lắp tất cả cỏc linh kiện vào rồi mới hàn, tốt hơn hết là nờn lắp và hàn từng linh kiện một.
c. Yêu cầu:
ắ Hàn đỳng linh kiện
ắ Mối hàn chắc chắn, đẹp 9. Kiểm thử
a. Chuẩn bị
ắ Mạch điện đó hàn xong linh kiện
ắ Mỏy đo VOM, … b. Các bước tiến hành
ắ Kiểm tra hiệu điện thế của nguồn và đất
ắ Đo xung clock của mạch tao xung
ắ Nối 2 mạch tạo xung để kiểm tra tớnh đỳng đắn.
c. Yêu cầu:
ắ Mạch chạy tốt VI. Cách đánh giá
ắ Đỏnh giỏ sơ đồ mạch in.
ắ Đỏnh giỏ mối hàn và vị trớ linh kiện và tớnh thẩm mỹ của mạch in
ắ Đỏnh giỏ mạch: Chạy tốt hay khụng
ắ Hệ số điểm của bài thực hành: 20%