Giáo trình Chế tạo mạch in và hàn linh kiện

không sạch mối hàn.
Cách 2: Dùng ống hút chì
Hình 1.21 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 làm xong tất cả các bước thì ta tiến hành test mạch bằng cách dùng đồng hồ VOM hoặc đồng hồ điện tử để kiểm tra 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
Gợi ý:
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)
Gợi ý:
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 
Chú ý:
Khi hàn mạch Bạn làm theo trình tự sau:
Cắm linh kiện và board mạch in.
Khi hàn, trước hết dùng mõ hàn làm nóng chổ hàn, đưa chì vào, chờ chì chảy ra phủ đều chổ hàn, lấy chì ra trước, rồi mới lấy đầu mõ hàn ra, chờ chổ hàn nguội. Sau cùng 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: 
Nội dung:
+ 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
Phương pháp: 	
+ 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. 
BÀI 2
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH IN
Mã bài: MĐ16-2
Giới thiệu:
	Sinh viên cần được trang bị kiến thức về thiết kế mạch để tự thực hành thiết kế và hoàn chỉnh một số mạch điện thông dụng bằng phương pháp bằng tay. Việc thiết kế và chế tạo mạch in cần sinh viên nắm bắt được kỹ thuật hàn linh kiện và khối lượng kiến thức tương đối lớn về các linh kiện điện tử: điện trở, tụ điện...và một số IC: 555, CD4017, MSC51,...Vì vậy,thiết kế và chế tạo mạch in là sự tổng hợp kiến thức của sinh viên về điện tử,diều này giúp người dạy có cơ sở để đánh giá năng lực của sinh viên trong qua trình học.
Mục tiêu:
	 - Chế tạo được các mạch in của các mạch điện tử đơn giản đạt yêu cầu kỹ thuật..
	 - Thiết kế được các sơ đồ mạch in bằng thủ công hoặc máy tính
 - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp
1. Thiết kế mạch in
Mục tiêu:
	 - Thiết kế được các sơ đồ mạch in bằng thủ công hoặc máy tính
 - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp.
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
1.1 Sơ đồ bố trí linh kiện.
	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
1.2 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:
- In lụa.
- 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
2. Chế tạo mạch in
Mục tiêu:
	 - Chế tạo được các mạch in của các mạch điện tử đơn giản đạt yêu cầu kỹ thuật..
	 - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp
2.1. Chuẩn bị thiết bị vật tư.
Board đồng hay còn gọi là mạch in, phím đồng...
Testboard.
Thuốc rửa sắt 2 clorua (Fe2Cl3).
Mạch in đã được in sẵn trên giấy.
Bút lông dầu.
Bàn ủi.
Cưa.
Dùng khoan tay cho dễ khoan.
Axeton hoặc cồn.
Thước kẻ.	
Khay nhựa dùng để rửa Board đồng.
2.2. Các bước chế tạo
2.2.1. Vẽ bằng tay
Bắt đầu.
Sau khi đã có mạch in thiết kế trên các phần mềm vẽ mạch thì ta sẽ dựa vào đó để vẽ mạch lên phôi PCB. Đối với các board mạch có những linh kiện nhiều hơn 2 chân, thì khi làm mạch ta phải Mirror mạch điện, bằng cách dùng phần mềm in ảo để in ra file .pdf. Các tùy chọn khi in dùng phấn mềm Orcad Layout (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
	Kết quả hình 2.6
Hình 2.6 Sơ đồ mạch in sau khi mirror
Đầu tiên chúng ta cần sử dụng một bản Testboard để đánh dấu các điểm sẽ khoan mạch vì nó có sẵn lỗ cố định để chúng ta đánh dấu chuẩn khoảng cách, đảm bảo gắn vừa linh kiện (nhất là IC) ( xem hình 2.7).
Hình 2.7 Testboard
Đặt cố định PCB lưới lên phôi PCB cần vẽ mạch (xem hình 2.8).
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).
Hình 2.9 Bút lông dầu
Để đánh dấu các chân linh kiện một cách chính xác, ta dựa vào sơ đồ mạch in đã Mirror, tránh trường hợp đặt các linh kiện gần nhau vì có thể gây ra lỗi linh kiện chồng lên nhau. Hình 2.10 là kết quả sau khi được đánh dấu.
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.
Hình 2.11
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 thành công đoạn chấm, vẽ, kẻ thì kiểm tra lại theo sơ đồ tạo ra từ phần mềm (đã nhắc ở trên), nếu chỗ nào sai cần dùng bông gòn (hay dùng vệ sinh tai mũi ) tẩm cồn hoặc axeton để tẩy và vẽ lại hình 2.13.
Hình 2.13 cồn hoặc axeton
Bây giờ chúng ta ngâm PCB vào dung dịch Fe2Cl3 (dùng bột sắt pha với nước) . Chú ý vừa ngâm vừa lắc cho tốc độ tan lớp mạ đồng diễn ra nhanh hơn ( xem hình 2.14). 
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 mà ta đã vẽ. Tiếp theo dùng axeton hoặc cồn. Tẩm axeton vào bông gòn và lau mạch cho sạch lớp mực. Cuối cùng chúng ta dùng khoan để khoan lỗ mạch, hàn linh kiện và test bord mạch xem hình 2.16.
Hình 2.16
Làm mạch in bằng phương pháp ủi
- Phương pháp này là dùng mạch đã được in sẵn trên giấy, sau đó đặt lên phím đồng và dùng bàn ủi để ủi, lúc này do tác dụng nhiệt làm nóng chảy mực in trên giấy và dính vào phím đồng.
Bước 1: Tạo filemạch in và in trên giấy (xem hình 2.17).
Dùng các phần mềm vẽ mạch để thiết kế mạch in như Orcad, Proteus...và xuất ra file ảnh file mạch in đã hoàn thành. Sau khi xuất ra file ảnh, ta đem đi in ra giấy.
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.
- Úp phần giấy phía mực đè lên mặt đồng. Làm sao cho vừa vặn, đừng chà qua chà lại. Để cả hai lên một tấm gỗ phẳng hay vật gì khác để làm đế.
- Bàn ủi cắm điện và để mức nóng cao nhất.
- Đặt bàn ủi đè lên lớp giấy và tấm đồng ban nãy. Đè mạnh và cố định tại chỗ trong khoảng 30 giây cho lớp keo trong mực in chảy ra và bám dính vào mặt đồng.
- Miết bàn ủi đều trên diện tích board để đảm bảo tất cả mực in đều bị nóng chảy. Thời gian còn tùy vào kích thước board, độ nóng và lực miết xem hình 2.18. 
- 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
Do trong quá trình gỡ và ủi có nhiều chỗ mạch bị xước khơng có mực nên ta dùng bút lông dầu tô lại những chỗ nào không có mực để khi làm xong mạch không bị rỗ hay bị đứt mạch.
Bước 4: Rửa mạch in (xem hình 2.22)
Dùng thuốc rửa pha với nước. Sau khi pha xong thì ta cho mạch in vào dung dịch này sau đó lắc đều cho mạch in bị ăn hết lớp đồng không cần thiết ra.
Hình 2.22 Rửa mạch in
Khi lớp đồng bị ăn hết, ta lấy ra rửa sạch bằng nước và để cho khô hoặc sấy khô, dùng giấy nhám nhuyễn chà lớp mực in trên board cho sạch xem hình 2.23.
Hình 2.23. Mạch sau khi rửa Fe2Cl3
Bước 5: Khoan mạch in 
Dùng khoan tay để khoan (có thể dùng khoan máy) với các linh kiện thường như trở, tụ, IC thì ta dùng mũi 0.8mm còn đối với IC 78xx, triac... thù ta dùng mũi 1.2mm...hình 2.24
Hình 2.24 Mạch in đã được khoan lỗ
Bước 6: Hàn linh kiện và test mạch.
Sau khi làm xong tất cả các bước thì ta tiến hành hàn linh kiện và test mạch.
2.3. Hoàn thiện mạch in
Sau khi vẽ hoàn chỉnh sơ đồ mạch in trên giấy, chúng ta bước sang giai đoạn thực hiện mạch in. Trình tự thực hiện tiến hành theo các bước sau:
Bước 1: Dùng giấy nhám nhuyễn đánh sạch lớp oxit hóa đang bám trên tấm mạch in (phía có tráng lớp đồng), trước khi vẽ các đường mạch.
Bước 2: Tạo đường mạch in trên mặt đồng có các phương pháp sau:
- In mạch in đã vẽ ra giấy để in lụa hoặc ép nhiệt để tạo mạch in trên đồng.
- Dùng viết lông có dung môi acetone để vẽ nối các đường mạch trên mặt đồng (dựa theo các điểm pointou vừa định vị và sơ đồ mạch đã vẽ trước trên giấy). Trong khi vẽ ta chú ý, có hai phương pháp để vẽ điểm pad hàn trên mạch in. Điểm pad hàn có thể vẽ theo hình tròn hoặc hình vuông. Thông thường điểm pad tròn dễ thực hiện nhưng lại kém tính mỹ thuật hơn điểm pad vuông.Muốn thực hiện điểm pad vuông, ta có thể dùng viết tô rộng (quanh vị trí cần tạo điểm pad vuông), sau đó dùng đầu mũi dao nhọn và thước kẻ tỉa bớt mực để duy trì một vùng mực bám hình vuông cho điểm pad cần thực hiện. Công việc này đòi hỏi nhiều thời gian và sự tỉ mỉ khi thực hiện.
- Sau khi đã tạo các đường mạch trên mặt đồng của mạch in, ta quan sát xem có vị trí nào bị vẽ không liền nét, độ đậm của các đường phải đều nhau, đồng thời không bỏ sót đường mạch nào cả. Trong trường hợp cần thiết, sinh viên phải chờ cho mực khô hẳn rồi đồ lại một lần nữa.
Bước 3: Sau khi vẽ hoàn chỉnh, sinh viên chờ khô mới mang mạch in nhúng vào thuốc tẩy. Hóa chất tẩy sẽ ăn mòn lớp đồng tại các vị trí không bám mực và sẽ để nguyên lớp đồng tại các vị trí được bao phủ bằng các đường vẽ mực. Khi nhúng mạch in trong thuốc tẩy, muốn phản ứng hóa học xảy ra nhanh, cần thực hiện các thao tác sau để tăng tốc độ phản ứng:
- Lắc tấm mạch trong 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 được nung nóng khoảng 50oC thì thời gian tẩy sẽ nhanh hơn khi thuốc tẩy có nhiệt độ thấp (bằng nhiệt độ môi trường).
Bước 4: Sau khi tẩy xong các phần đồng không cần thiết, nên ngâm mạch vào
trong nước lã và dùng giấy nhám nhuyễn chà sạch các đường mực đã vẽ. Công việc sẽ chấm dứt khi các đường mạch được đánh bóng và sáng.
Trước khi dùng nhựa thông lỏng phủ bảo vệ lớp đồng, ta dùng khoan (đường
kính lưỡi khoan khoảng 0,8 -1mm) để khoan các lỗ ghim linh kiện. Trong một vài trường hợp, ta có thể dùng máy dập bấm lỗ thay vì khoan. Tuy nhiên, lỗ dập không tròn và khi dập dễ làm mẻ lớp bakelite nhưng tốc độ thi công nhanh hơn, và dễ thao tác hơn phương pháp khoan.
Bước 5: 
Sau khi khoan (hay dập) lỗ xong, cần đánh sơ lại một lần mạch in (phía có các đường đồng) bằng giấy nhám nhuyễn, làm sạch lớp oxit hóa lần cuối rồi mới nhúng tấm mạch vào dung dịch nhựa thông pha với xăng và dầu lửa. Khi nhúng xong mạch, để ráo và phơi khô lớp sơn phủ rồi mới hàn linh kiện lên mạch.
Chọn mũi khoan phù hợp với lỗ chân cắm không được chọn to quá sẽ làm mất hết phần bao của lỗ và khoan cẩn thận tránh rách mạch. Khi cúng ta đã khoan hết các lỗ khoan rồi đi rửa lại toàn bộ mạch cho sạch. Đầu tiên dùng axeton để rửa sạch lớp mực bám lên phíp đồng. Khi đó để lại đường mạch đẹp và sáng.
Khi đã loại bỏ hết lớp mực thì phải bảo vệ lớp đồng để tránh bị oxy hóa. Bằng cách quét một lớp mỏng nhụa thông pha sẵn.
Khoan các lỗ chân linh kiện.
Pha dung dịch bảo vệ: nhựa thông hòa tan trong xăng.
 Dùng chổi quét dung dịch nhựa thông lên mặt đồng.
 Đem phơi cho đến khi bế mặt khô hoàn toàn.
CÂU HỎI ÔN TẬP:
Câu 1: Nêu các bước thiết kế mạch in?
Gợi ý: có 2 bước
Bước 1: Vẽ sơ đồ bố trí linh kiện.
Bước 2: Tạo sơ đồ mạch in trên board mạch in.
Câu 2: Nêu các bước chế tạo mach in?
Gợi ý:
Quá trình chế tạo mạch in trải qua các bước sau:
Vẽ bằng tay: thực hiện qua 5 bước
Làm mạch in bằng phương pháp ủi: Phương pháp này là dùng mạch đã được in sẵn trên giấy, sau đó đặt lên phím đồng và dùng bàn ủi để ủi, lúc này do tác dụng nhiệt làm nóng chảy mực in trên giấy và dính vào phím đồng, bao gồm 5 bước.
Hoàn thiện mạch in: bao gồm 5 bước 
Bài tập:
Thiết kế và hàn linh kiện các mạch điện tử sau:
Hình 2.25 Sơ đồ nguyên lý 
Hình 2.26 Mạch Layout
Hinh 2.27 Mạch in
Bài 2: Làm mạch trái tim
Gợi ý:
 Hình 2.28 đèn led hình trái tim
Hình 2.29 Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.30
Hình 1.31 Mạch in
Hình 1.32 Mạch sau khi rửa xong FeCl3
Hình 2.33 mạch sau khi tẩy xong
Hình 2.34 Mạch sau khi hàn xong linh kiện lớp trên
Hình 2.35 Mạch hàn xong lớp dưới
Hình 2.36 Vị trí link kiện bên trong chip
Hình 2.37 Mạch hoàn chỉnh sau khi gắn chíp
Hình 2.38 nối chân led
Bẻ các chân dương(anode) lại với nhau chân cathode bẻ riêng ra. Hình 2.39
Hình 2.39 nối chân led
Sau đó nối trở vào các chân âm loại 220Ω hoặc 330 Ω hình 2.40
Hình 2.40 nối trở vào led
YÊU CẦU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CHƯƠNG : 
Nội dung:
+ Về kiến thức: Trình bày được các bước thực hiện chế tạo tạo mạch in.
+ Về kỹ năng: chế tạo được mạch in đơn giản theo phương pháp thủ công.
+ Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp
Phương pháp: 	
+ 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 nghiệp. 
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 bản Thống kê)
[2] Giáo trình linh kiện điện tử và ứng dụng (TS Nguyễn Viết Nguyên - Nhà xuất bản Giáo dục)
[3] Kỹ thuật mạch điện tử (Phạm Xuân Khánh, Bồ Quốc Bảo, Nguyễn Viết Tuyến, Nguyễn Thị Phước Vân - Nhà xuất bản 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 các tranzito Nhật Bản (Nguyễn Kim Giao, Lê Xuân Thế)