Giáo trình Chế tạo mạch in và hàn linh kiện (Nghề: Điện tử dân dụng - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:47

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Chế tạo mạch in và hàn linh kiện (Nghề: Điện tử dân dụng - Trình độ: Trung cấp)" được biên soạn với mục tiêu giúp các em sinh viên hàn và tháo được các mối hàn trong mạch điện, điện tử an toàn; chế tạo được các mạch in đơn giản đúng thiết kế và đạt chất lượng tốt...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Chế tạo mạch in và hàn linh kiện (Nghề: Điện tử dân dụng - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1
LỜI GIỚI THIỆU Chế tạo mạch in và hàn linh kiện là một trong những mô đun cơ sở của nghề Điện tử dân dụng được biên soạn dựa theo chương trình khung đã xây dựng và ban hành năm 2017 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ dành cho nghề Điện tử dân dụng hệ Trung cấp. Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã được xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu, trong mỗi bài học đều có thí dụ và bài tập tương ứng để áp dụng và làm sáng tỏ phần lý thuyết. Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa trên kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo các giáo trình hiện có và cập nhật những kiến thức mới có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế. Nội dung giáo trình được biên soạn với lượng thời gian đào tạo 60 giờ gồm có: Bài MĐ15-01: Kỹ thuật hàn Bài MĐ15-02: Thiết kế và chế tạo mạch in Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sơ vật chất và trang thiết bị, các trường có thề sử dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn. Cần Thơ, ngày tháng 8 năm 2018 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Đỗ Hữu Hậu 2. Nguyễn Thanh Nhàn 2
MỤC LỤC TRANG TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ......................................................................................... 1 LỜI GIỚI THIỆU ........................................................................................................ 2 MỤC LỤC .................................................................................................................. 3 BÀI 1: KỸ THUẬT HÀN ........................................................................................... 5 1. Giới thiệu bộ dụng cụ cầm tay. ............................................................................. 5 1.1. Dụng cụ hàn ................................................................................................. 5 1.2. Chì hàn và nhựa thông ................................................................................. 6 1.3. Kềm .............................................................................................................. 8 1 . 4 . Các dụng cụ khác: ...................................................................................... 9 2. Phương pháp hàn và tháo hàn ............................................................................... 9 2.1. Kỹ thuật hàn nối, ghép ................................................................................ 9 2.3. Kỹ thuật hàn công nghệ cao ......................................................................... 15 3. Phương pháp xử lý mạch sau hàn ....................................................................... 22 3.1. Yêu cầu về mạch, linh kiện sau hàn ............................................................. 22 3.2. Phương pháp xử lý mạch sau hàn ................................................................ 23 1. Thiết kế mạch in ................................................................................................ 27 1.1 Sơ đồ bố trí linh kiện. ................................................................................... 32 1.2 Sơ đồ mạch in .............................................................................................. 33 2. Chế tạo mạch in ................................................................................................. 33 2.1. Chuẩn bị thiết bị vật tư. .............................................................................. 33 2.2. Các bước chế tạo ........................................................................................ 33 2.3. Hoàn thiện mạch in ..................................................................................... 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 47 3
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: CHẾ TẠO MẠCH IN VÀ HÀN LINH KIỆN Mã mô đun: MĐ 15 Thời gian thực hiện mô đun: 45 giờ; (Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 28 giờ; Kiểm tra: 02 giờ) I. Vị trí tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí của mô đun: Mô đun được bố trí dạy sau khi học xong các môn học cơ bản chuyên môn như linh kiện điện tử, đo lường điện - điện tử, mạch điện tử cơ bản và học trước khi học các mô đun chuyên sâu như máy thu hình, Camera... - Tính chất của mô đun: Là mô đun bắt buộc. - Ý nghĩa của mô đun: Sau khi học xong mô đun “Chế tạo mạch in và hàn linh kiện” người học phải biết sử dụng thành thạo các dụng cụ hàn. Có được kỹ năng thiết kế, chế tạo các mạch in đơn giản, từ đó có cơ sở để phân tích và thiết kế các mạch in phức tạp. - Vai trò của mô đun: Giáo trình “ Chế tạo mạch in và hàn linh kiện” nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản về phương pháp và kỹ thuật hàn và chế tạo các mạch in từ đơn giản đến phức tạp. II. Mục tiêu của mô đun: - Hàn và tháo được các mối hàn trong mạch điện, điện tử an toàn. - Chế tạo được các mạch in đơn giản đúng thiết kế và đạt chất lượng tốt.. - Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận, chính xác trong học tập và thực hiện công việc. III. Nội dung mô đun Thời gian (giờ) Tổng Lý Thực hành, STT Tên các bài trong mô đun số thuyết thí nghiệm, Kiểm thảo luận, tra bài tập 1 Bài 1: Kỹ thuật hàn 16 5 10 1 1. Giới thiệu bộ dụng cụ cầm tay 1 1 2. Phương pháp hàn và tháo hàn 8 2 6 3. Phương pháp xử lý mạch sau hàn 6 2 4 Kiểm tra 1 1 1 2 Bài 2: Chế tạo mạch in 29 10 18 1 1. Thiết kế mạch in 8 3 5 2. Chế tạo mạch in 20 7 13 Kiểm tra 1 1 Cộng 45 15 28 02 4
BÀI 1: KỸ THUẬT HÀN Mã bài: MĐ15-01 Giới thiệu: Trong cơ khí, kỹ thuật hàn đóng vai trò cực kỳ quan trọng, giúp đánh giá được chất lượng đào tạo nguồn nhân lực. Trong ngành điện tử việc thành thạo các kỹ thuật hàn linh kiện điện tử cũng như việc trang bị kiến thức tương đối hoàn thiện về linh kiện điện tử sẽ giúp cho sinh viên khỏi bỡ ngỡ khi ra trường đi làm. Mục tiêu: - Sử dụng được các dụng cụ cầm tay nghề điện tử đúng kỹ thuật. - Hàn đúng tiêu chuẩn kỹ thuật. - Tháo hàn an toàn cho mạch điện và linh kiện. - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp. 1. Giới thiệu bộ dụng cụ cầm tay. 1.1. Dụng cụ hàn Dụng cụ hàn bao gồm: Mỏ hàn và đế mỏ hàn (xem hình vẽ 1.1) - Mỏ hàn là dụng cụ được sử dụng để nung nóng chảy chì hàn, giúp hàn chặt chân linh kiện với bảng mạch, hay giữa các linh kiện với nhau. - Đồ gác mỏ hàn: là nơi giữ mỏ hàn khi không dùng (vẫn còn nóng). Vì khi đang sử dụng mỏ hàn rất nóng và có thể gây nguy hiểm cho người sử dụng cũng như các vật dụng xung quanh nếu chạm phải. Ngoài ra đồ gác mỏ hàn cũng là nơi giữ nhựa thông để thuận tiện hơn cho công việc hàn mạch. Hình 1.1. Mỏ hàn và đồ gác mỏ hàn.  Trình tự thực hiện sử dụng mỏ hàn để hàn linh kiện: - Chấm mỏ hàn vào nhựa thông để rửa sạch mỏ hàn, giúp việc hàn mạch dễ dàng hơn. - Cho mỏ hàn tiếp xúc với mối hàn để truyền nhiệt. 5
- Cho chì hàn vào mối hàn, chì hàn sẽ chảy đều khắp mối hàn. - Đồng thời rút chì hàn và mỏ hàn ra khỏi mối hàn. - Kiểm tra lại mối hàn:  Mối hàn phải chắc chắn.  Mối hàn ít hao chì. + Mối hàn bóng đẹp.  Chú ý: Chọn mỏ hàn điện sử dụng điện trở đốt nóng, không dùng dạng mỏ hàn đốt nóng theo nguyên lý ngắn mạch thứ cấp biến áp. Công suất của mỏ hàn thông thường là 40W. Sử dụng mỏ hàn với công xuất lớn hơn thì có thể phát sinh các vấn đề sau: - Nhiệt lượng quá lớn từ mỏ hàn khi tiếp xúc với linh kiện có thể làm hỏng linh kiện. - Nhiệt lượng quá lớn gây tình trạng oxy hóa bề mặt các dây dẫn bằng đồng ngay lúc hàn, và mối hàn lúc này sẽ khó hàn hơn. Ngoài ra nhiệt lượng lớn cũng có thể làm cháy nhựa thông (dùng kèm khi hàn) và bám thành lớp đen tại mối hàn, làm giảm độ bóng và tính thẩm mỹ của mối hàn. - Nhiệt lượng quá lớn đòi hỏi người sử dụng phải khéo léo để truyền nhiệt thật nhanh và đủ vào nơi hàn. - Nhiệt lượng quá lớn cũng có thể làm gãy mũi hàn.  Một vài điểm lưu ý khi sử dụng mỏ hàn: - Sau khi hàn xong phải tắt mỏ hàn ngay, để bảo vệ đ ầ u mỏ hàn. Tránh tình trạng gãy mũi mỏ hàn do vẫn cấp nguồn cho mỏ hàn quá lâu mà không dùng. - Mỏ hàn khi tạm thời không sử dụng phải đặt ngay vào đế mỏ hàn, tránh gây nguy hiểm cho các vật xung quanh cũng như người dùng. 1.2. Chì hàn và nhựa thông 1.1.1 Chì hàn:(xem hình 1.2) Chì hàn được sử dụng để kết nối mối hàn. - Chì hàn dùng trong quá trình lắp ráp các mạch điện tử là loại chì hàn dễ nóng chảy, nhiệt độ nóng chảy khoảng 60oC đến 80oC. Loại chì hàn thường gặp trong thị trường Việt Nam ở dạng sợi ruột đặc (cuộn trong lõi hình trụ), đường kính sợi chì hàn khoảng 1mm. Sợi chì hàn này đã được bọc một lớp nhựa thông ở mặt ngoài (đối với một số chì hàn của nước ngoài, thì lớp nhựa thông này thường nằm ở trong lõi của sợi chì hàn). Lớp nhựa thông này dùng làm chất tẩy ngay trong quá trình nóng chảy chì tại điểm cần hàn. 6
Hình 1.2. Chì hàn. - Đối với những loại chì hàn có bọc sẵn một lớp nhựa thông thì màu sắc của nó sẽ bóng hơn là những sợ chì không có lớp nhựa thông bên ngoài. 1.1.2. Nhựa thông:( xem hình 1.3) - Nhựa thông có tên gọi là chloro-phyll, nó là một loại diệp lục tố lấy từ cây thông, thường thì nhựa thông ở dạng rắn, có màu vàng nhạt (khi không chứa tạp chất). - Ngoài việc sử dụng nhựa thông trong lúc hàn thì nhựa thông còn được pha với hỗn hợp xăng và 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 này được dễ dàng hơn. Ngoài ra việc phủ một lớp nhựa thông trên mạch in còn tăng tính thẩm mỹ cho mạch in. Hình 1.3. Nhựa thông.  Công dụng của nhựa thông: - Rửa sạch (dùng làm chất tẩy) nơi cần hàn để chì dễ bám chặt. - Sau khi hàn thì nhựa thông sẽ phủ trên bề mặt của mối hàn làm cho mối hàn 7
bóng đẹp, đồng thời nó sẽ cách ly mối hàn với môi trường xung quanh (tránh bị oxy hóa, bảo vệ mối hàn khỏi nhiệt độ, độ ẩm, …). - Giảm nhiệt độ nóng chảy của chì hàn.  Các lưu ý khi sử dụng chì hàn và nhựa thông - Chì hàn khi hàn nên đưa vào mối hàn, tránh đưa chì hàn vào mỏ hàn (mỏ hàn có thể hút chì hàn gây hao chì). - Khi sử dụng nhựa thông nên để vào đế mỏ hàn để tránh vỡ vụn nhựa thông. 1.3. Kềm Trong quá trình lắp ráp, sửa chữa thông thường ta phải dùng đến hai loại kềm thông dụng đó là: kềm cắt và 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 trong quá trình hàn mạch. - Cắt các đoạn dây chì. - Cắt dây dẫn nối mạch.  Lưu ý: - Mỗi loại kềm cắt chỉ cắt được dây dẫn có đường kính tối đa thích hợp. - Nếu dùng các loại kềm cắt nhỏ để cắt các vật dụng có đường kính quá lớn có thể làm hư hỏng kềm. 1.3.2. Kềm mỏ nhọn(xem hình 1.5) Hình 1.5. Kềm mỏ nhọn 8
 Công dụng: - Dùng để giữ các đoạn dây đồng (khi xi chì). - Dùng để giữ các chân linh kiện khi hàn. - Dùng để giữ các đoạn dây. - Dùng để bóc vỏ dây dẫn.  Lưu ý: - Không dùng kềm mỏ nhọn để bẻ các vật cứng vì nó có thể gây hỏng kềm (nên dùng kềm kẹp mỏ bằng để bẻ hay uốn các vật cứng). - Không dùng kềm này như búa. Vì điều này sẽ làm cho kềm mỏ nhọn bị cứng khi mở ra hay đóng lại, gây khó khăn khi sử dụng. 1 . 4 . Các dụng cụ khác: Ngoài các dụng cụ thông thường đã được giới thiệu ở trên thì trong lúc thực hành, sinh viên cũng cần sử dụng thêm một vài loại dụng cụ khác: - Dao: Sử dụng để cạo sạch lớp oxit bao quanh dây, đoạn chân linh kiện hay mối hàn. Dao còn sử dụng để gọt lớp nhựa bao quanh dây dẫn. - Giấy nhám: Sử dụng thay thế dao khi cần phải làm sạch lớp oxit. - Nhíp gắp linh kiện: sử dụng để tháo hoặc lắp linh kiện trên mạch. 2. Phương pháp hàn và tháo hàn 2.1. Kỹ thuật hàn nối, ghép  Phương pháp hàn trên dây đồng Để hàn được hai dây đồng dính được vào với nhau thì cũng là một nghệ thuật. Cái này nó cũng gần giống như với sắt. - Dùng dao hay giấy nhám đánh sạch lớp oxyt hay lớp men bọc quanh dây (nếu dùng dây đồng tráng men ê may). Dây được xem là sạch khi ửng màu đồng (màu hồng nhạt), bóng đều quanh vị trí vừa được làm sạch. Điều quan trọng cần chú ý, sau khi làm sạch ta phải thực hiện việc xi chì ngay, vì nếu để lâu, lớp oxyt sẽ phát sinh lại. Tuy nhiên, trên các vị trí vừa làm sạch lớp oxyt, nếu ta dùng mỏ hàn có công suất quá lớn (phát sinh nhiều nhiệt lượng) để hàn cũng phát sinh lại lớp oxyt tại điểm hàn do sự quá nhiệt. - Muốn xi chì, đầu tiên phải làm nóng dây dẫn cần xi, ta đặt đầu mỏ hàn bên dưới dây cần xi để truyền nhiệt (dây dẫn và đầu mỏ hàn đặt vuông góc). Khi truyền nhiệt, quan sát màu hồng của dây, màu hồng sẽ sẫm dần khi nhiệt độ gia tăng, trong khi quan sát ta đưa chì hàn (có bọc nhựa thông) tiếp xúc lên dây dẫn, chì hàn đặt khác phía với đầu mỏ hàn. - Khi điểm cần xi đủ nhiệt, chì hàn sẽ chảy ra và bọc quanh dây tại điểm cần xi, chì loang từ mặt trên xuống phía dưới (đi về phía nguồn nhiệt, tức đầu mỏ hàn). Nhờ thao tác này, nhựa thông có sẵn trong chì tan trước tẩy sạch điểm xi, tránh oxyt hóa, đồng thời chì nóng chảy sau dễ bám lên dây. Tuy nhiên, nếu đưa quá nhiều chì vào điểm xi (quá mức yêu cầu), lớp xi quá dày hoặc bị bám màu nâu do nhựa thông chảy ra và cháy trên điểm xi. - Dây đồng luôn phải tiếp xúc với đầu mỏ hàn và thực hiện liên tục theo nguyên tắc tiến hai bước lùi một bước và xoay tròn dây đồng, mỗi bước khoảng 2mm. Điều quan trọng cần nhớ (khi thực hiện lần lượt các điểm xi kế tiếp nhau), tại khớp tiếp giáp giữa hai khoảng xi phải thực hiện sao cho không có sự tích tụ chì thành lớp dày trên đó. Chú ý: trong quá trình xi chì, ta tránh các động tác sau: - Dùng đầu mỏ hàn kéo rê chì trên dây cần xi, vì sẽ làm cho lớp chì không bám hoàn toàn trên dây dẫn, đồng thời lớp chì bị đánh sọc theo đường kéo rê đầu mỏ hàn. Một nhược điểm nữa của động tác này là chì xi không bóng mà ngả màu xám do thiếu nhiệt và nhựa thông. - Đặt dây cần xi lên miếng nhựa thông, rồi dùng đầu mỏ hàn đặt tiếp xúc lên dây (làm nóng chảy nhựa thông và nóng dây), sau đó đưa chì hàn lên đầu mỏ hàn làm chảy chì và 9
bám vào dây. Với động tác này, ta tránh được sự oxyt hóa bề mặt dây dẫn trong quá trình xi chì, dễ làm chì bám lên dây, tuy nhiên, do lượng nhựa thông chảy quá nhiều sẽ bám lên bề mặt dây sau khi xi làm dây không bóng và nhựa thông cháy dễ bám thành một lớp đen trên bề mặt xi chì của dây. Hình 1.6 xi chì lên dây đồng trước khi hàn 2.1.1. Hàn nối hai đầu dây dẫn (xem hình 1.7) Phương pháp hàn này còn gọi là mối hàn ghép đỉnh. Ta dùng phương pháp này khi muốn tạo các đoạn dây dẫn hình đa giác hoặc có thể nối dài hai dây dẫn ngắn. Tuy nhiên, mối hàn này khó thực hiện và có độ bền cơ kém hơn các 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 nhau. Khoảng cách giao nhau thường được chọn tuỳ theo yêu cầu. Trong quá trình thực tập nên chọn khoảng cách giao nhau ngắn nhất là 5mm rồi tăng dần theo trình độ. 10
Hình 1.8: Mối ghép song song 2.1.3. Mối hàn ghép vuông góc Mối hàn đạt yêu cầu phải tạo chì bám xung quanh điểm đặt hai dây dẫn vuông góc. Hình 1.9: Mối ghép vuông góc 2.2. Kỹ thuật hàn xuyên lỗ Kỹ thuật hàn xuyên lỗ được thực hiện theo các bước sau: - Bước 1: Làm sạch bản mạch trước khi hàn linh kiện. + Trước khi hàn linh kiện chúng ta phải làm sạch bản mạch in bằng giấy nhám nhuyễn để loại bỏ lớp đồng oxit trên board (đặc biệt tại điểm hàn) để đảm bảo mối hàn dính thiếc với tỷ lệ diện tích bề mặt cao. Công việc này rất quan trọng đối với 11
những bản mạch chưa được phủ thiếc. Để làm sạch các điểm hàn bằng đồng chúng ta có thể dùng một cục cao su bào mòn hoặc một vật liệu tương tự. - Bước 2: Vệ sinh đầu mỏ hàn trước khi hàn. + Chùi sạch đầu mỏ hàn bằng Cleaning Wire (giống như miếng chùi nồi) mỗi lần trước khi hàn xem hình 1.10. Hình 1.10 - Bước 3: Tráng chì hàn vào đầu mỏ hàn. + Dùng nhựa thông và chì hàn nóng chảy đặc để tráng đầu mỏ hàn trước mỗi lần hàn. Chú ý không để chì hàn bám dính quá nhiều ở đầu mỏ hàn. - Bước 4: Cắm linh kiện vào lỗ hàn: + Linh kiện là điện trở bẻ gập chân linh kiện bằng kìm vừa theo khoảng cách của 2 lỗ hàn. + Cắm linh kiện vào lỗ hàn. + Bẻ nghiêng chân linh kiện phía bên mặt hàn để linh kiện bám vào bản mạch in tránh trường hợp linh kiện bị rơi ra khi hàn, ngoài ra việc bẻ nghiêng chân linh kiện cũng có tác dụng tăng độ bền vật lý cho linh kiện trong quá trình sử dụng. - Bước 5: Bấm chân linh kiện. + Chúng ta thường hay thực hiện khâu bấm chân linh kiện sau khi hàn vì làm theo cách này dễ hơn, tránh việc linh kiện rơi ra khỏi mach in khi bấm chân. Thực ra cách này không có lợi cho bản mạch in. Tốt nhất nên bấm chân linh kiện trước khi hàn. - Bước 6: Làm nóng chân linh kiện và điểm hàn. + Đặt đầu mỏ hàn tiếp xúc đồng thời với chân linh kiện và điểm hàn để nung nóng cả hai cùng một lúc. Nhiều người chỉ chú tâm nung nóng điểm hàn trên bản mạch in và kết quả là lá đồng trên bản mạch in dễ bị bung ra hoặc chì hàn bao phủ xung quanh chân linh kiện nhưng không có sự tiếp xúc về mặt điện hay đôi khi nếu có thì độ bền vật lý của mối hàn cũng không cao.  Loại bỏ mối hàn Hàn nhầm, hỏng là chuyện bình thường trong lúc làm mạch. Việc loại bỏ mối hàn cũng khá đơn giản. Sau đây là 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 này không được ưa chuộng vì hút không sạch mối hàn. Cách 2: Dùng ống hút chì (hình 1.11) 12
Hình 1.11: Hút chì  Đánh giá - Sản phẩm xi: một lớp chì mỏng, bóng, phủ đều khắp dây đồng và ít hao chì. - Chắc chắn: đảm bảo không hở mạch khi có chấn động hoặc sử dụng lâu dài. - Sản phẩm hàn: chắc chắn, bóng, ít hao chì.  Thực hành Bài 1: Sử dụng dây đồng 1mm để hàn mắc lưới 10x10 cm (kích cỡ mỗi mắc lưới là 1x1 cm) (hình 1.12). Yêu cầu: - Sản phẩm thi công đúng yêu cầu. - Mối hàn: + Chắc chắn. + Bóng, láng, ít hao chì. - Hình 1.12 mắc lưới Bài 2: Hàn mạch dao động đa hài phi ổn dùng transistor như hình sau: 13
Hình 1.13 mạch dao động đa hài phi ổn dùng transistor Yêu cầu: - Sản phẩm thi công đúng sơ đồ và mạch chạy tốt. - Mối hàn: + Chắc chắn. + Bóng, láng, ít hao chì. + Hàn theo phương pháp để tháo gỡ linh kiện, thử mạch nhanh. - Dây nối và linh kiện bẻ thẳng vuông góc cạnh. Linh kiện và dụng cụ thực hành Các linh kiện sử dụng và tấm board nổi có hình dạng như hình dưới đây. Dụng cụ dùng lắp đặt, sắp xếp và cố định các linh kiện trong quá trình thực tập được gọi là “board nổi”. Board nổi là tấm bakelite không tráng đồng cả hai mặt, trên toàn diện tích bề mặt được khoan lỗ phân đều, đường kính lỗ khoan là 0,8mm, khoảng cách giữa hai lỗ khoan kế cận nhau liên tiếp khoảng 4mm (0.15 inch). Hình 1.14 linh kiện dùng để hàn mạch dao động Trong quá trình thực tập, sinh viên tự xếp linh kiện ở một phía của board nổi, chân linh kiện được cắm xuyên qua các lỗ của board. Với các linh kiện mới, độ dài của chân cắm ló qua lỗ khoảng 5mm. Sau đó sinh viên dùng dây đồng rời hàn nối các chân theo mạch nguyên lý, dây đồng hàn nối đặt khác phía với linh kiện. Khi hàn liên kết các linh kiện, sinh viên không được dùng bất cứ dụng cụ gì để cắt ngắn chân linh kiện (phần chân ló ra khỏi lỗ ở phía có dây đồng hàn nối). Các linh kiện sử dụng trong mạch gồm: - 02 Led (light emittion diode). - 02 BJT 2SC828 (npn, ECB transistor). 14
- 02 tụ phân cực 10 µF/16WV. - 02 điện trở than 150KΩ/0,5W. - 02 điện trở than 470Ω/0,5W. - Nguồn điện DC cung cấp có mức giá trị từ 9 - 12V (dùng nguồn có ổn áp DC hoặc nguồn DC thông thường có bộ lọc với độ nhấp nhô không lớn hơn 4%. Trình tự thực hiện các bước trong quá trình thực tập được tiến hành như sau: - Làm sạch dây nối: cạo sạch dây đồng bằng dao hay giấy nhám. - Tráng chì đều trên bề mặt ngoài của dây đồng vừa được cạo sạch. - Bố trí linh kiện trên board nổi. - Cắt dây đồng vừa tráng chì nối các chân linh kiện theo sơ đồ mạch nguyên lý. - Kiểm tra độ bền và bám dính đúng quy cách của các mối hàn, kiểm tra xem các mối hàn có nối các linh kiện với nhau đúng mạch nguyên lý hay không. - Nếu không có gì sai sót, sinh viên tiến hành sang bước kế tiếp. - Cấp nguồn vào mạch, vận hành thử. - Khi mạch vận hành đúng nguyên lý, hai đèn LED trong mạch sẽ luân phiên chớp tắt. 2.3. Kỹ thuật hàn công nghệ cao Khái niệm về công nghệ hàn linh kiện bề mặt (SMT) Ngành công nghiệp chế tạo điện tử đã trải qua các bước phát triển của công nghệ đóng gói các linh kiện (components). Khởi đầu từ công nghệ xuyên lỗ (through hole): các linh kiện được cắm tổ hợp lên bo mạch thông qua các lỗ xuyên trên mạch in hay PCB. Tất cả các linh kiện ở tất cả các chủng loại đều phải có chân đủ dài để có thể cắm xuyên qua bo mạch và mối hàn sẽ được thực hiện ở mặt bên kia thông qua lò hàn sóng (wave soldering) hoặc hàn tay. SMT là công nghệ mới hơn, trong đó các linh kiện được gắp lên (pick up) khỏi các vị trí đặt linh kiện và đặt (place) vào vị trí đúng của nó trên bản mạch in. Các máy SMT ngày nay bảo đảm cho việc pick up và place được thực hiện với sai số cực nhỏ, do bởi các máy SMT là các máy cơ khí chính xác điều khiển bằng máy tính được trang bị những công nghệ hiện đại nhất như công nghệ xử lý ảnh... Ngày nay, một bo mạch - tùy vào yêu cầu sử dụng được thiết kế - mà có thể chế tạo theo công nghệ xuyên lỗ, hoặc theo công nghệ SMT, hoặc kết hợp cả hai. Việc áp dụng công nghệ SMT mang lại một trình độ sản xuất tự động hóa cao độ và mang lại năng suất cũng như sự linh động cực cao trong việc thay đổi model sản xuất. Hình 1.15 Lắp ráp linh kiện trên PCB theo Hình 1.16 Theo công nghệ SMT công nghệ xuyên lỗ Công nghệ SMT được phát triển vào những năm 1960 và được áp dụng một cách rộng rãi vào cuối những năm 1980. Tập đoàn IBM của Hoa kỳ có thể được coi là người đi tiên phong trong việc ứng dụng công nghệ này. Lúc đó linh kiện điện tử phải được gia 15
công cơ khí để đính thêm một mẩu kim loại vào hai đầu sao cho có thể hàn trực tiếp chúng lên trên bề mặt mạch in. Kích thước linh kiện được giảm xuống khá nhiều và việc gắn linh kiện lên trên cả hai mặt của PCB làm cho công nghệ SMT trở lên thông dụng hơn là công nghệ gắn linh kiện bằng phương pháp xuyên lỗ, cho phép làm tăng mật độ linh kiện. Thông thường, mỗi linh kiện được cố định trên bề mặt mạch in bằng một diện tích phủ chì rất nhỏ, và ở mặt kia của tấm PCB linh kiện cũng chỉ được cố định bằng một chấm kem hàn tương tự. Vì lý do này, kích thước vật lý của linh kiện ngày càng giảm. Công nghệ SMT có mức độ tự động hóa cao, không đòi hỏi nhiều nhân công, và đặc biệt làm tăng công suất sản xuất. Kỹ thuật gắn chíp Các hãng khác nhau sở hữu những bí quyết và độc quyền công nghệ khác nhau khi chế tạo các loại máy gắn chíp trên dây truyền SMT. Tuy vậy, những công đoạn từ lúc nạp liệu cho tới lúc thành phẩm (bo được gắn chíp) thì tương đối giống nhau. Các công đoạn đó bao gồm: 1) quét hợp kim hàn (kem hàn) lên trên bo mạch trần vào các vị trí trên đó có mạ sẵn chân hàn bằng vàng, thiếc-chì, bạc…2) gắn chíp, gắn IC 3) gia nhiệt – làm mát 4 ) kiểm tra và sửa lỗi. Quét hợp kim hàn Trên bề mặt mạch in không đục lỗ, ở những nơi linh kiện được gắn vào, người ta đã mạ sẵn các lớp vật liệu dẫn điện như thiếc-chì, bạc hoặc vàng – những chi tiết này được gọi là chân hàn (hay lớp đệm hàn). Sau đó, kem hàn, thường thấy dưới dạng bột nhão là hỗn hợp của hợp kim hàn (có thành phần khác nhau, tùy vào công nghệ và đối tượng hàn) và các hạt vật liệu hàn, được quét lên trên bề mặt của mạch in. Để tránh kem hàn dính lên trên những nơi không mong muốn người ta phải sử dụng một dụng cụ đặc biệt gọi mà mặt nạ kim loại (metal mask – hoặc stencil) làm bằng màng mỏng thép không gỉ trên đó người ta gia công, đục thủng ở những vị trí tương ứng với nơi đặt chíp trên bo mạch-bằng cách này, kem hàn sẽ được quét vào các vị trí mong muốn. Nếu cần phải gắn linh kiện lên mặt còn lại của bo mạch, người ta phải sử dụng một thiết bị điều khiển số để đặt các chấm vật liệu có tính bám dính cao vào các vị trí đặt linh kiện. Sau khi kem hàn được phủ lên trên bề mặt, bo mạch sẽ được chuyển sang máy đặt chíp (pick-and-place machine). Hình 1.17 Mẫu mặt nạ kim loại Gắn chíp, gắn IC Các linh kiện SMDs, kích thước nhỏ, thường được chuyển tải tới dây truyền trên băng chứa (bằng giấy hoặc nhựa) xoay quanh một trục nào đó. Trong khi đó IC lại thường 16
được chứa trong các khay đựng riêng. Máy gắp chip được điều khiển số sẽ gỡ các chip trên khay chứa và đặt chúng lên trên bề mặt PCB ở nơi được quét kem hàn. Các linh kiện ở mặt dưới của bo mạch được gắn lên trước, và các chấm keo được sấy khô nhanh bằng nhiệt hoặc bằng bức xạ UV. Sau đó bo mạch được lật lại và máy gắn linh kiện thực hiện nốt các phần còn lại trên bề mặt bo. Hình 1.18 Máy gắp, gắn linh kiện Gia nhiệt – làm mát Sau khi quá trình gắp, gắn linh kiện hoàn tất, bo mạch được chuyển tới lò sấy. Đầu tiên các bo tiến vào vùng sấy sơ bộ nơi mà ở đó nhiệt độ của bo và mọi linh kiện tương đối đồng đều và được nâng lên một cách từ từ. Việc này làm giảm thiểu ứng suất nhiệt khi khi quá trình lắp ráp kết thúc sau khi hàn. Bo mạch sau đó tiến vào vùng với nhiệt độ đủ lớn để có thể làm nóng chảy các hạt vật liệu hàn trong kem hàn, hàn các đầu linh kiện lên trên bo mạch. Sức căng bề mặt của kem hàn nóng chảy giúp cho linh kiện không lệch vị trí, và nếu như bề mặt địa lý của chân hàn được chế tạo như thiết kế, sức căng bề mặt sẽ tự động điều chỉnh linh kiện về đúng vị trí của nó. . Hình 1.19 Thiết bị gắn chíp SM421 của Samsung Có nhiều kỹ thuật dùng cho việc gia nhiệt, ủ bo mạch sau quá trình gắp, gắn. Những kỹ thuật mà ta thường gặp sử dụng đèn hồng ngoại, khí nóng. Trường hợp đặc biệt người ta có thể sử dụng chất lỏng CF4 với nhiệt độ sối lớn. kỹ thuật này được gọi là gia. Phương pháp này đã không còn là ưu tiên số một khi xây dựng các nhà máy. Hiện nay người ta sử dụng nhiều khí nitơ cho hoặc khí nén giầu ni-tơ trong các lò ủ đối lưu. Dĩ nhiên, mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Với phương pháp ủ dùng IR, kỹ sư thiết kế phải bố trí linh kiện trên bo sao cho những linh kiện thấp hơn không rơi vào vùng của các linh kiện cao hơn. Nếu người thiết kế biết trước được các chu trình nhiệt hoặc quá trình hàn đối lưu thì anh ta sẽ dễ dàng hơn trong việc bố trí các linh kiện gắn trên bo. Với 17
một số thiết kế, người ta phải hàn thủ công hoặc lắp thêm các linh kiện đặc biệt, hoặc là tự động hóa bằng cách sử dụng các thiết bị hồng ngoại tập trung. Sau quá trình hàn các bo mạch phải được “rửa” để gỡ bỏ những phần vật liệu hàn còn dính trên đó vì bất kỳ một viên vật liệu hàn nào trên bề mặt bo cũng có thể làm ngắn mạch của hệ thống. Các vật liệu hàn khác nhau được rửa bằng các hóa chất khác nhau được tẩy rửa bằng các dung môi khác nhau. Phần còn lại là dung môi hòa tan được rửa bằng nước sạch và làm khô nhanh bằng không khí nén. Nếu không chú trọng tới hình thức và vật liệu hàn không gây hiện tượng ngắn mạch hoặc ăn mòn, bước làm sạch này có thể là không cần thiết, tiết kiệm chi phí và giảm thiểu ô nhiễm chất thải. Kiểm tra và sửa lỗi Cuối cùng bo mạch được đưa sang bộ phận kiểm tra quang học để phát hiện lỗi bỏ sót linh kiện hoặc sửa các lỗivị trí của linh kện. Trong trường hợp cần thiết, chúng ta có thể lắp đặt thêm một số trạm kiểm tra quang học cho dây truyền công nghệ sao cho có thể phát hiện lỗi sau từng mỗi công đoạn.. Hình 1.20 Hình ảnh kiểm tra sản phẩm sau quá trình hàn nhiệt bằng X-ray Ở công đoạn này chúng ta có thể sử dụng các máy AOI (automated Optical Inspection) quang học hoặc sử dụng X-ray. Các thiết bị này cho phép phát hiện các lỗi vị trí, lỗi tiếp xúc của các linh kiện và kem hàn trên bề mặt của mạch in. Lợi điểm khi sử dụng công nghệ SMT Linh kiện nhỏ hơn Cần phải tạo ra rất ít lỗ trong quá trình chế tạo PCB Quá trình lắp ráp đơn giản hơn Những lỗi nhỏ gặp phải trong quá trình đóng gói được hiệu chỉnh tự động (sức căng bề mặt của kem hàn nóng chảy làm lệch vị trí của linh kiện ra khỏi vị trí của chân hàn trên bo mạch) Có thể gắn linh kiện lên trên hai mặt của bo mạch Làm giảm trở và kháng của lớp chì tiếp xúc (làm tăng hiệu năng của các linh kiện cao tần) Tinh năng chịu bền bỉ hơn trong điều kiện bị va đập và rung lắc Giá linh kiện cho công nghệ SMT thường rẻ hơn giá linh kiện cho công nghệ xuyên lỗ Các hiệu ứng cao tần (RF) không mong muốn ít xảy ra hơn khi sử dụng công nghệ SMT so với các linh kiện cho dùng công nghệ hàn chì, tạo điều kiện thuận lợi cho việc dự đoán các đặc tuyến của linh kiện. Công nghệ SMT ra đời, thay thế dần dần công nghệ đóng gói xuyên lỗ, điều này không có nghĩa là SMT hoàn toàn lý tưởng. Những điểm cần phải khắc phục ở công nghệ 18
này là quá trình công nghệ chế tạo SMT công phu hơn nhiều so với việc sử dụng công nghệ đóng gói xuyên lỗ, đầu tư ban đầu tương đối lớn và tốn thời gian trong việc lắp đặt hệ thống. Do kích thước linh kiện rất nhỏ, độ phân giải của các linh kiện trên bo là rất cao nên việc nghiên cứu, triển khai công nghệ này một cách thủ công sẽ làm cho tỷ lệ sai hỏng tương đối lớn và tốn kém. Hiện nay các sản phẩm SMT tương đối đa dạng đáp ứng đủ các nhu cầu từ thủ công tới tự động hóa hoàn toàn. Hầu như các hãng sản xuất thiết bị SMT hàng đầu thế giới đều tham gia triển lãm lần này như Samsung-SMT, Speedline (Mỹ) hay Juki (Nhật bản). Với sự xuất hiện của sản phẩm SMT, với xu hướng dịch chuyển đầu tư, Việt Nam chắc chắn sẽ trở thành những quốc gia có nền công nghiệp điện tử phát triển trong khu vực và trên thế giới trong tương lai không xa. Sau khi giới thiệu một số khái niệm chung nhất về SMT ( công nghệ hàn dán bề mặt) hẳn chúng ta sẽ nghĩ rằng nếu mạch được hàn bằng các máy gắn linh kiện thì đẹp nhưng với những bài thử nghiệm, mang tính nghiên cứu, học tập thì số lượng ít nên chúng ta không thể nào hàn máy được vì lúc đó giá thành quá đắt. Công việc của chúng ta là phải hàn thủ công bằng tay. Tuy nhiên hàn thủ công nếu hàn đúng cách thì mạch in của chúng ta vẫn đẹp và không thua kém gì với hàn máy. 2.3.1. Những dụng cụ cần thiết  Dụng cụ yêu cầu - Mỏ hàn. Hàn linh kiện SMD chúng ta không thể dùng những mỏ hàn chất lượng kém, nói tóm lại là phải sử dụng những mỏ hàn ngang tầm với đẳng cấp SMD, chúng ta không thể mua những máy BGA thì cũng phải trang bị mỏ hàn có mũi hàn tương đối tốt. Hình 1.21 Máy hàn chip BGA Hình 1.22 Máy hàn điều chỉnh nhiệt 19
Về mũi hàn nên trang bị đầy đủ bộ mũi hàn để có thể cơ động hàn trong các trường hợp, một bộ mũi hàn tương đối đầy đủ như sau: Hình 1.23 Bộ mũi hàn -Máy khò: Mỏ hàn bình thường chỉ hàn được những linh kiện có chân lộ ra ngoài còn với những linh kiện, IC có chân gầm chúng ta phải dùng tới máy khò, máy khó có hai loại đó là khò nhiệt và khò từ. Thông thường chúng ta dùng khò nhiệt, còn với những IC nằm trên các PCB có mát nhiều hoặc các IC công suất người ta phải dùng đến khò từ. Hình 1.24 Máy khò - Chì hàn. - Nhựa thông. - Panh gắp linh kiện. - Board mạch SMD Hình 1.25 board mạch SMD - Các linh kiện SMD 20