(NB) Giáo trình Chế tạo mạch in và hàn linh kiện giúp người học 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. Mời các bạn cùng tham khảo!
Kỹ thuật hàn
Kỹ thuật hàn
1.2.1 Kỹ thuật hàn nối, ghép
Phương pháp hàn dây đồng là một nghệ thuật, tương tự như hàn sắt, đòi hỏi kỹ thuật và sự khéo léo để kết nối hai dây đồng một cách chắc chắn.
Để làm sạch lớp oxyt hoặc lớp men bọc quanh dây, bạn nên sử dụng dao hoặc giấy nhám Dây sẽ được coi là sạch khi có màu đồng hồng nhạt và bóng đều Sau khi làm sạch, cần thực hiện việc xi chì ngay lập tức để tránh lớp oxyt tái phát Lưu ý rằng nếu sử dụng mỏ hàn có công suất quá lớn, nhiệt độ cao có thể làm phát sinh lớp oxyt tại điểm hàn.
Để xi chì, trước tiên cần làm nóng dây dẫn bằng cách đặt đầu mỏ hàn dưới dây dẫn, đảm bảo chúng vuông góc với nhau Khi nhiệt được truyền, quan sát màu hồng của dây sẽ dần sẫm lại khi nhiệt độ tăng Trong quá trình này, đưa chì hàn có bọc nhựa thông tiếp xúc với dây dẫn, chú ý đặt chì hàn ở phía đối diện với đầu mỏ hàn.
Khi đạt đủ nhiệt độ, chì hàn sẽ chảy và bao bọc quanh dây tại điểm cần hàn, lan tỏa từ trên xuống dưới về phía nguồn nhiệt Quá trình này giúp nhựa thông trong chì tan chảy, làm sạch điểm hàn và ngăn ngừa oxi hóa, đồng thời cho phép chì nóng chảy bám dính tốt hơn Tuy nhiên, nếu sử dụng quá nhiều chì, lớp hàn có thể dày hoặc bị đổi màu nâu do nhựa thông cháy, ảnh hưởng đến chất lượng hàn.
Khi hàn dây đồng, cần đảm bảo rằng dây luôn tiếp xúc với đầu mỏ hàn và thực hiện theo nguyên tắc tiến hai bước lùi một bước, đồng thời xoay tròn dây với mỗi bước khoảng 2mm Quan trọng là khi thực hiện các điểm hàn liên tiếp, phải chú ý không để chì tích tụ thành lớp dày tại khớp tiếp giáp giữa hai khoảng hàn.
Chú ý: trong quá trình xi chì, ta tránh các động tác sau:
Sử dụng đầu mỏ hàn để kéo rê chì trên dây cần xi có thể dẫn đến việc lớp chì không bám chắc chắn, tạo ra các vết sọc trên bề mặt Hơn nữa, quá trình này cũng khiến lớp chì xi không đạt độ bóng cần thiết và chuyển sang màu xám, do thiếu nhiệt và nhựa thông.
Để hàn dây cần xi, bạn hãy đặt dây lên miếng nhựa thông và sử dụng đầu mỏ hàn để tiếp xúc với dây, giúp làm nóng chảy nhựa thông và làm nóng dây Tiếp theo, bạn đưa chì hàn lên đầu mỏ hàn để hoàn thành quá trình hàn.
Khi thực hiện quá trình làm chảy chì và bám vào dây, việc này giúp ngăn chặn sự oxyt hóa bề mặt dây dẫn, từ đó giảm thiểu tình trạng chì bám lên dây Tuy nhiên, nếu lượng nhựa thông chảy quá nhiều, nó có thể bám lên bề mặt dây sau khi xi chì, khiến dây không còn bóng và tạo ra lớp đen do nhựa thông cháy bám vào bề mặt xi chì.
Hình 1.6 xi chì lên dây đồng trước khi hàn
1.2.1.1 Hàn nối hai đầu dây dẫn (xem hình 1.7)
Phương pháp hàn ghép đỉnh, hay còn gọi là hàn mối ghép, được sử dụng để tạo ra các đoạn dây dẫn hình đa giác hoặc nối dài hai dây dẫn ngắn Mặc dù phương pháp này mang lại tính linh hoạt trong thiết kế, nhưng việc thực hiện mối hàn này khá khó khăn và độ bền cơ học của nó thường kém hơn so với các phương pháp hàn khác.
1.2.1.2 Mối hàn ghép song song (xem hình 1.8)
Khi nối hai dây dẫn, khoảng cách giao nhau thường được điều chỉnh theo yêu cầu cụ thể Trong quá trình thực tập, nên bắt đầu với khoảng cách giao nhau tối thiểu là 5mm và sau đó tăng dần khi kỹ năng được cải thiện.
Hình 1.8: Mối ghép song song
1.2.1.3 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
Hàn mạch in là quá trình hàn các linh kiện cắm hoặc linh kiện dán lên board mạch in
Mạch in linh kiện cắm
Mạch in linh kiện dán
1.2.2.1 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 tiến hành hàn linh kiện, việc làm sạch bản mạch in bằng giấy nhám nhuyễn là rất cần thiết để loại bỏ lớp đồng oxit, đặc biệt tại các điểm hàn Điều này giúp đảm bảo mối hàn dính thiếc với tỷ lệ diện tích bề mặt cao, đặc biệt quan trọng đối với những bản mạch chưa được phủ thiếc Để làm sạch các điểm hàn bằng đồng, chúng ta có thể sử dụng một cục cao su bào mòn hoặc 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
-Bước 3: Tráng chì hàn vào đầu mỏ hàn
Trước mỗi lần hàn, hãy sử dụng nhựa thông và chì hàn nóng chảy đặc để tráng đầu mỏ hàn, đồng thời lưu 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 ở mặt hàn giúp linh kiện bám chắc vào bản mạch, ngăn ngừa rơi ra khi hàn Hơn nữa, việc này còn tăng cường độ bền vật lý cho linh kiện trong suốt quá trình sử dụng.
- Bước 5: Bấm chân linh kiện
Việc bấm chân linh kiện sau khi hàn thường được thực hiện vì dễ dàng và giúp tránh tình trạng linh kiện rơi ra khỏi mạch in Tuy nhiên, phương pháp này không mang lại lợi ích cho bản mạch in Do đó, cách tốt nhất là bấm chân linh kiện trước khi tiến hành hàn.
- Bước 6: Làm nóng chân linh kiện và điểm hàn
Để đảm bảo mối hàn chắc chắn, hãy đặt đầu mỏ hàn tiếp xúc đồng thời với chân linh kiện và điểm hàn, giúp nung nóng cả hai cùng lúc Nhiều người thường chỉ tập trung vào việc nung nóng điểm hàn trên bản mạch in, dẫn đến tình trạng lá đồng dễ bị bong tróc hoặc chì hàn không tiếp xúc tốt với chân linh kiện, làm giảm độ bền vật lý của mối hàn.
Phương pháp xử lý mạch sau hàn
1.3.1 Yêu cầu về mạch, linh kiện sau hàn
Mạch in sau khi hoàn thiện phải đạt được một số yêu cầu sau:
Mach in nhìn bằng mắt thường phải đẹp, linh kiện bố trí hợp lý, đơn giản
Linh kiện trong mạch phải được thay thế dễ dàng khi bị hỏng
Mạch hoạt động phải ổn định
Mối hàn phải bền, đẹp, không bị dính sang mối hàn khác
Một số lỗi mối hàn
Trên thực tế có nhiều lỗi xảy ra cần hàn tay để sửa lỗi, xin giới thiệu 8 lỗi cơ bản nhất
Thiếu thiếc hàn trong lỗ
Chập chân, bắt cầu, ngắn mạch
1.3.2 Phương pháp xử lý kiểm tra hoàn thiện mạch
Sau khi hoàn tất tất cả các bước, tiến hành kiểm tra mạch bằng đồng hồ VOM hoặc đồng hồ điện tử để xác định thông mạch và các thông số khác của mạch in.
Kiểm tra đường in nguồn điện trên mạch
Kiểm tra linh kiện của mạch in đã được hàn
Kiểm tra và test hoạt động của mạch
Hoàn thiện mạch và đưa vào hoạt động
Câu 1: Hãy nêu phương pháp hàn và tháo hàn?
Các phương pháp hàn (Phương pháp hàn trên dây đồng):
Kỹ thuật hàn nối, ghép
Hàn nối hai đầu dây dẫn
Mối hàn ghép song song
Mối hàn ghép vuông góc
Kỹ thuật hàn xuyên lỗ:
Kỹ thuật hàn IC dán:
Hàn điện trở dán, tụ dán
Trong quá trình làm mạch, việc hàn nhầm hoặc hỏng là điều thường gặp Tuy nhiên, việc tháo bỏ mối hàn cũng không quá phức tạp Dưới đây là những phương pháp phổ biến để loại bỏ mối hàn một cách hiệu quả.
Cách 1: Dùng dây đồng hút chì 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
Câu 2: Hãy nêu phương pháp xử lý mạch sau hàn?
Gợi ý: Phương pháp xử lý mạch sau hàn
Sau khi hoàn tất tất cả các bước, tiến hành kiểm tra mạch bằng đồng hồ VOM hoặc đồng hồ điện tử để xác định thông mạch và các thông số khác của mạch in.
Kiểm tra đường in nguồn điện trên mạch
Kiểm tra linh kiện của mạch in đã được hàn
Kiểm tra và test hoạt động của mạch
Hoàn thiện mạch và đưa vào hoạt động
Bài tập: Tiến hành hàn các mạch điện tham khảo sau:
Bài 1: Hàn mạch tăng âm với ic lai họ STK4392 của hãng Sanyo có sơ đồ nguyên lý (hình 1.22)
Hình 1.22 sơ đồ nguyên lý mạch tăng âm
Hình 1.23 Các linh kiện trên bản mạch in
Hình 1.24 các linh kiện trên board mạch sau khi hàn
Bài 2: Hàn mạch dao động IC 555 (hình 1.25)
Hình 1.25 mạch dao dộng dùng IC 555
Hình 1.26 cách hàn linh kiện
Hình 1.26 board mạch hoàn thiện
Hình mạch sau khi gắn và hàn các linh kiện trên bản mạch in Hàn các mạch có sẵn sau:
Mạch sử dụng các linh kiện cắm:
Kỹ thuật hàn xuyên lỗ
Kỹ thuật hàn các linh kiện dán:
Thực hàn hàn các bo mạch in sau
Kỹ thuật hàn cả linh kiện xuyên lỗ và linh kiện dán
Khi hàn mạch Bạn làm theo trình tự sau:
Cắm linh kiện và board mạch in
Khi thực hiện hàn, trước tiên hãy sử dụng mõ hàn để làm nóng khu vực hàn, sau đó cho chì vào và chờ cho chì chảy đều, phủ kín khu vực hàn Sau khi chì đã chảy, hãy lấy chì ra trước rồi mới rút đầu mõ hàn ra, và chờ cho khu vực hàn nguội lại Cuối cùng, tiến hành cắt chân linh kiện.
Nếu vết hàn nhìn thấy láng bóng là tốt Nếu vết hàn nhám sần là do thiếu nóng và nếu vết hàn chảy bẹp ra là do quá nóng
YÊU CẦU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CHƯƠNG 1:
+ Về kiến thức: Trình bày được các phương pháp hàn và tháo hàn
+ Về kỹ năng: - Hàn đúng tiêu chuẩn kỹ thuật
- Tháo hàn an toàn cho mạch điện và linh kiện
+ Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp
+ Về kiến thức: Được đánh giá bằng phương pháp viết, trắc nghiệm + Về kỹ năng: Được đánh giá bằng phương pháp thực hành
+ Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công
Thiết kế và chế tạo mạch in
Sơ đồ bố trí linh kiện
Trong bài này, chúng ta hãy thiết kế mạch điện dao động dùng IC LM555 (Hình 2.1) sau đây bằng phần mềm trên máy tính
Hình 2.1 mạch dao động dùng IC 555
Sau khi thiết kế mạch in trên máy tính xong, ta được kết quả như sau (Hình 2.2)
Hình 2.2 bố trí linh kiện
Sơ đồ mạch in
Dưới đây là sơ đồ mạch in (Hình 2.3)
Hình 2.3 sơ đồ đường mạch in
Hiện nay trong giới sinh viên và làm nghề có rất nhiều cách vẽ để tạo mạch in đẹp như:
- Vẽ tay bằng bút lông
- Vẽ tay bằng cọ sơn
- Chụp tia cực tím bằng chất cảm quang
- In vi tính mực laser trên giấy láng, rồi ủi nóng lên mạch in cho mực từ giấy dính qua bản đồng, rửa bằng nước cho giấy tróc ra
Chế tạo mạch in
2.3.1 Chuẩn bị thiết bị vật tư
Board đồng hay còn gọi là mạch in, phím đồng
Thuốc rửa sắt 2 clorua (Fe2Cl3)
Mạch in đã được in sẵn trên giấy
Dùng khoan tay cho dễ khoan
Khay nhựa dùng để rửa Board đồng
2.3.2 Các bước chế tạo a.Vẽ bằng tay
Sau khi thiết kế mạch in trên phần mềm, bước tiếp theo là vẽ mạch lên phôi PCB Đối với các bo mạch có nhiều linh kiện, quy trình này cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo độ chính xác và hiệu suất hoạt động.
Khi thiết kế mạch với 2 chân, cần phải thực hiện việc Mirror mạch điện bằng cách sử dụng phần mềm in ảo để xuất ra file pdf Để in, có thể sử dụng phần mềm Orcad Layout với các tùy chọn phù hợp (xem hình 2.4).
Hình 2.4 cửa sổ in file.pdf
Sau đó, dùng phần mềm in ảo Microsoft Office để tạo file.pdf (xem hình 2.5)
Hình 2.5 cửa sổ in file.pdf
Để bắt đầu, chúng ta cần sử dụng một bản Testboard để xác định các điểm khoan mạch, nhờ vào các lỗ cố định có sẵn giúp đánh dấu khoảng cách chuẩn, đảm bảo linh kiện, đặc biệt là IC, được gắn vừa vặn (xem hình 2.7).
67 Đặt cố định PCB lưới lên phôi PCB cần vẽ mạch (xem hình 2.8)
Dùng bút lông để chấm lỗ xác định tại những vị trí của linh kiện cần thiết ứng với vị trí lỗ của testbord (xem hình 2.9)
Để đảm bảo đánh dấu chính xác các chân linh kiện, cần dựa vào sơ đồ mạch in đã được phản chiếu (Mirror) và tránh việc đặt các linh kiện quá gần nhau để tránh lỗi chồng chéo Kết quả sau khi đánh dấu được thể hiện trong hình 2.10.
Sau khi đã định vị các chân linh kiện, ta dùng bút lông dầu vẽ các chân linh kiện theo hình 2.11 dưới đây
Tiếp theo, ta dùng thước kẽ để vẽ các đường dây dẫn để nối các chân linh kiện cần nối theo sơ đồ mạch điện xem hình 2.12
Hình 2.12 mạch sau khi vẽ
Sau khi hoàn tất các bước chấm, vẽ và kẻ, cần kiểm tra lại theo sơ đồ từ phần mềm đã đề cập Nếu phát hiện sai sót, hãy sử dụng bông gòn hoặc dụng cụ vệ sinh tai mũi, tẩm cồn hoặc axeton để tẩy và vẽ lại hình 2.13.
Chúng ta tiến hành ngâm PCB vào dung dịch Fe2Cl3, được pha chế từ bột sắt và nước Trong quá trình ngâm, cần lắc nhẹ để tăng tốc độ hòa tan lớp mạ đồng.
Hình 2.14 Rửa mạch bằng Fe2Cl3
Mạch sau khi đả rửa hết lớp đồng hình 2.15
Hình 2.15 Mạch in sau khi rửa
Phần mạch in là lớp đồng không bị hòa tan nằm dưới lớp mực đã vẽ Để làm sạch lớp mực, sử dụng axeton hoặc cồn, tẩm axeton vào bông gòn và lau sạch mạch Cuối cùng, khoan lỗ mạch, hàn linh kiện và kiểm tra bảng mạch theo hình 2.16.
Làm mạch in bằng phương pháp ủi
Phương pháp này sử dụng mạch in sẵn trên giấy, sau đó đặt lên phím đồng và dùng bàn ủi để ủi Nhờ tác dụng nhiệt, mực in trên giấy sẽ nóng chảy và bám dính vào phím đồng.
Bước 1: Tạo filemạch in và in trên giấy (xem hình 2.17)
Sử dụng phần mềm vẽ mạch như Orcad và Proteus để thiết kế mạch in, sau đó xuất ra file ảnh của mạch in đã hoàn thành Cuối cùng, in file ảnh này ra giấy để sử dụng.
Hình 2.17 File layout dùng để in mạch
Bước 2: Tạo mạch in trên board đồng
- Cắt phần mạch in trên giấy cho sát kích thước cần làm
- Cắt một tấm board đồng bằng với kích thước trên
Đặt phần giấy lên mực và căn chỉnh cho vừa vặn với mặt đồng, tránh việc chà xát nhiều lần Sau đó, hãy đặt cả hai lên một tấm gỗ phẳng hoặc vật liệu khác để tạo thành đế hỗ trợ.
- Bàn ủi cắm điện và để mức nóng cao nhất
Đặt bàn ủi lên lớp giấy và tấm đồng, ấn mạnh và giữ cố định trong 30 giây để lớp keo trong mực in chảy ra và bám dính vào bề mặt đồng.
Để đảm bảo mực in chảy đều, hãy miết bàn ủi trên toàn bộ bề mặt board Thời gian miết sẽ phụ thuộc vào kích thước board, mức độ nóng của bàn ủi và lực miết Xem hình 2.18 để có thêm thông tin.
- Để board chỗ thoáng cho nguội đi hoàn toàn
Hình 2.18 Dùng bàn là để ủi mạch
Bước 3: Gỡ lớp giấy in (hình 2.19)
- Pha một thau nước xà phòng đủ để ngâm phủ toàn bộ board
- Bỏ board vào ngâm khoảng 20 phút
Hình 2.19 Ngâm mạch trong xà phòng
- Lấy board ra Lúc này lớp giấy sẽ bị phân hủy và tróc ra xem hình 2.20
Hình 2.20 Mạch sau khi ngâm xà phòng
- Dùng tay gỡ nhẹ lớp giấy cho đến khi giấy trên bề mặt mạch in hết sạch xem hình 2.21
Hình 2.21 Mạch sau khi gỡ giấy
Trong quá trình gỡ và ủi, nhiều vị trí trên mạch có thể bị xước và không còn mực Để khắc phục tình trạng này, bạn nên sử dụng bút lông dầu để tô lại những chỗ không có mực Việc này giúp đảm bảo rằng khi hoàn thành, mạch sẽ không bị rỗ hay đứt, duy trì tính toàn vẹn của sản phẩm.
Bước 4: Rửa mạch in (xem hình 2.22)
Pha thuốc rửa với nước và cho mạch in vào dung dịch này Lắc đều để loại bỏ lớp đồng không cần thiết trên mạch in.
Khi lớp đồng trên board bị ăn mòn, hãy rửa sạch bằng nước và để khô hoặc sấy khô Sau đó, sử dụng giấy nhám nhuyễn để chà sạch lớp mực in trên bề mặt board.
Hình 2.23 Mạch sau khi rửa Fe 2 Cl 3
