BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH
MÁY RỬA BOARD MẠCH IN TỰ ĐỘNG

Sinh viên thực hiện : PHAN VĂN SINH
THÁI QUANG BẢO
Ngành : CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa : 2013 – 2017


Tháng 06/2017


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY RỬA
BOARD MẠCH IN TỰ ĐỘNG

Tác giả

PHAN VĂN SINH
THÁI QUANG BẢO

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn:
ThS. NGUYỄN LÊ TƯỜNG
Ks. VÕ QUANG THU



TÓM TẮT
Đề tài: “Thiết kế và chế tạo mô hình máy rửa board mạch in tự động”được thực
hiện từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2017 tại trường Đại Học Nông Lâm TP. HCM.
Việc chế tạo thành công mô hình có khả năng hoạt động dài hạn cũng như đảm bảo
tính ổn định trong điều kiện môi trường và hóa chất. Chúng em thu hoạch được sản phẩm
với những chất lượng và yêu cầu chúng em đặt ra.
Chúng em hy vọng đề tài này sẽ không dừng lại ở mô hình như hiện tại mà ngày
càng được cải tiến đảm bảo các yêu cầu nghiêm ngặt trong ngành thiết kế mạch. Cũng
như là bước khởi đầu tạo tiền đề cho các em sinh viên khóa sau tìm hiểu và cải tiến.
Kết quả thu được:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Giới thiệu tổng quan các linh kiện chính trong mô hình.
Thiết kế chế tạo phần khung mô hình máy rửa board mạch in tự động.
Thiết kế chế tạo phần tay gắp board.
Thiết kế trục x và trục z để di chuyển cánh tay gắp board.
Thiết kế mạch hiển thị led 7 đoạn và nút nhấn.
Thiết kế mạch điều khiển động cơ và đổi chiều động cơ DC.
Thiết kế mạch điều khiển thiết bị sử dụng điện áp xoay chiều 220V AC.


Hình 2.1: Phương pháp tạo board mạch in bằng hóa chất........................................4
Hình 2.2: Phương pháp tạo board mạch in bằng máy CNC.....................................5
Hình 2.3: Một số máy rửa mạch in hãng MEGA ....................................................7
Hình 2.4:Máy rửa mạch in (PCB) Trans-Potent PTA-1008.....................................8
Hình 2.5: Cấu tạo của Arduino Mega2560..............................................................9
Hình 2.6: Hình ảnh thực tế led 7 đoạn...................................................................10
Hình 2.7: Cấu tạo led 7 đoạn.................................................................................11
Hình 2.8: Sơ đồ chân IC ghi dịch 74HC595..........................................................12
Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý sửa dụng IC ghi dịch 74HC595...................................14
Hình 2.10: Mạch mô phỏng 3D trên phần mềm Altium.........................................15
Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý giao tiếp nút nhấn với vi điều khiển..........................15
Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý nút nhấn....................................................................16
Hình 2.13: Mạch được mô phỏng 3D trên phần mềm Altium................................16
Hình 2.14: Hình ảnh thực tế Text LCD 1602.........................................................17
Hình 2.15: Hình ảnh chân thực tế Text LCD 1602................................................18
Hình 2.16: Kết nối LCD 1602 với Arduino AtMega trên Test Board....................19
Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý LCD kết nối ra các Domino giao tiếp VĐK..............20

9


Hình 2.18: Mạch được mô phỏng 3D LCD và Domino trên phần mềm Altium....20
Hình 2.19: Hình ảnh mạch thực tế LCD và Domino.............................................21
Hình 2.20: IC ổn áp LM7805................................................................................21
Hình 2.21: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ổn áp sử dụng IC LM7805....................22
Hình 2.22: Mô phỏng 3D mạch nguồn ổn áp sử dụng IC LM7805 trên Altium.. . .23
Hình 2.23: Mạch thực tế mạch nguồn ổn áp sử dụng IC LM7805.........................23
Hình 2.24: Ký hiệu các chân của Mosfet...............................................................24
Hình 2.25: Cấu tạo của Mosfet..............................................................................25

Hình 4.13: Kích thước cụm cơ cấu trục Y..............................................................60
Hình 4.14: Hình ảnh thực tế cụm trục Y................................................................60
Hình 4.15: Bộ truyền đai.......................................................................................61
Hình 4.16: Hình ảnh 3D con trượt thiết kế trên máy tính......................................63
Hình 4.17: Hình ảnh thực tế con trượt...................................................................63
Hình 4.18: Hình ảnh 3D trục X và Y của máy rửa Board......................................64

11


Hình 4.19: Kích thước của trục Z..........................................................................65
Hình 4.20: Kích thước của trục X..........................................................................66
Hình 4.21: Hình ảnh thực tế trục X và Y của máy rửa board.................................67
Hình 4.22: Bộ phận kẹp Board..............................................................................68
Hình 4.23: Thông số hình học và biên dạng của thanh kẹp Board.........................69
Hình 4.24: Thông số hình học và biên dạng của thanh đỡ.....................................70
Hình 4.25: Thông số hình học và biên dạng của giá đỡ board...............................71
Hình 4.26: Thông số hình học và biên dạng của giá đỡ board...............................71
Hình 4.27: Cấu tạo hộp điều khiển........................................................................72
Hình 4.28: Hình ảnh thực tế bên trong và ngoài hộp điều khiển............................72
Hình 4.29: Bố trí và lựa chọn khối nguồn..............................................................73
Hình 4.30: Bố trí và lựa chọn quạt hút hơi hóa chất..............................................75
Hình 4.31: Bố trí cảm biến SN04-N trên trục Y.....................................................76
Hình 4.32: Bố trí cảm biến SN04-N trên trục Z.....................................................77
Hình 4.33: Hình ảnh thực vị trí đặt bơm nước ......................................................78
Hình 4.34: Hình ảnh thực vị trí đặt máy sục khí ...................................................78
Hình 4.35: Sơ đồ đấu dây mạch FET-RELAY 12V với động cơ DC.....................79
Hình 4.36: Sơ đồ đấu dây mạch ổn áp...................................................................79
Hình 4.37: Sơ đồ đấu dây mạch quét LED 7 đoạn.................................................80
Hình 4.38: Sơ đồ nối dây mạch điều khiển bằng nút nhấn.....................................81

V

I

Dòng điện

A

P

Công suất

W

Xi

Giá trị mã hóa của yếu tố thứ i

–

Yi

Các thông số đầu ra, các chỉ tiêu nghiên cứu

–

[C]

Tải trọng động cho phép


Đường kính puly đaibị động

mm

α

Góc ôm đai

Độ

u

Tỉ số truyền

–

v

Vận tốc

Triệu vòng
N

m/s

14


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT


Tiêu chuẩn Việt Nam

Là bộ tiêu chuẩn quốc gia của Việt Nam, do
Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam và các
bộ, ngành tổ chức xây dựng, Bộ Khoa học và
Công nghệ công bố

VCC

Voltage Common
Collector

Điện áp cung cấp tích cực (Xuất phát từ cách
đặt tên công nghệ tạo vi mạch tích hợp CMOS)

GND

Ground

Nối đất

LCD

Liquid Crystal Display

Màn hình tinh thể lỏng

FET

Field Effect Transistor

Được phát minh bởi Thomas Edison. Là dòng
điện một chiều là dòng chuyển dời đơn hướng
của các điện tích

AC

Alternating Current

Được phát minh bởi Nikola Tesla. Là dòng điện

15


xoay chiều có chiều và cường độ biến thiên theo
thời gian
VĐK

Vi điều khiển

Là một hệ thống nhúng khép kín với các thiết bị
ngoại vi, bộ xử lý và bộ nhớ

VT

Voltage Transformer

Máy biến áp (thế)

3D


30 phút cho việc lắc mạch đều. Do vậy chất lượng mạch thường kém.
Do đó việc cho ra đời loại máy có thể nâng cao năng suất, giảm chi phí và thời
gian, tránh những rủi ro về sức khỏe giải phóng khỏi việc lao động chân tay nhưng giá
thành nằm trong khả năng của các cơ sở quy mô nhỏ như các tiệm sửa điện tử, bộ môn
các trường đại học là điều hết sức cần thiết.

17


1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học:
Kết quả của đề tài sẽ góp phần làm cơ sở cho việc nghiên cứu và phát triển công
nghiệp mạch in ở nước ta, qua đó làm phong phú thêm tài nguyên cho các nghiên cứu và
cải tiến về sau.
Ý nghĩa thực tiễn:
Cho các sản phẩm mạch in đáp ứng các yêu cầu cao, tạo ra được bảng thông số
khảo nghiệm dùng cho việc tham khảo khi rửa mạch.
1.3 Mục tiêuvà giới hạn của đề tài
Mục tiêu đề tài: Để đạt được nhưng yêu cầu như đã đề cập thì mục tiêu khi hoàn
thành phải đáp ứng các yêu cầu sau:
Máy hoạt động ổn định.
• Có khả năng chịu lực và điều kiện ăn mòn của hóa chất cũng như môi
•

trường.
• Có khả năng tự động hóa, thay thế các việc lặp đi lặp lại bằng tay.
• Rửa các board mạch được đồng bộ, đẹp, thẩm mỹ cao và rửa với số lượng
nhiều.
Giới hạn đề tài:
Sử dụng vi điều khiển Arduino ATMega 2560.

cao.Để làm được vấn đề đó thì phải qua rất nhiều bước, từ bước thiết kế và sắp lên linh
kiện hợp chuẩn đến bước tạo board mạch in điện tử. Hiện nay có nhiều phương pháp để
tạo một board mạch in điện tử trong đó có hai cách phổ biến là: Tạo mạch in bằng phương
pháp dùng hóa chất và mới nhất là phương pháp CNC.
2.1.1 Phương pháp thủ công

20


Hình 2.1: Phương pháp rửa board bằng tay
Phương pháp này được sử rộng rải từ rất lâu do dễ thực hiện và chi phí thấp.
Bản chất của phương pháp này là ta sẽ ủi sẵn các đường mạch lên board đồng. Khi
cho board tiếp xúc với hóa chất (dung dịch bột sắt hoặc hỗn hợp dung dịch HCl và
H2O2) lớp đồng bị ăn mòn bởi hóa chất. Như vậy khả năng ăn mòn nhanh hay
chậm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Nồng độ hóa chất, diện tích board đồng,
phương pháp thực hiện: ngâm, lắc, phun hóa chất... Thực tế hiện nay ở nước ta
thường dùng phương pháp lắc thủ công để rửa mạch in khá phổ biến, phương pháp
này gây mất rất nhiều thời gian và có khả năng gây ảnh hướng đến sức khỏe nếu
tiếp xúc nhiều.
2.1.2 Phương pháp tạo board mạch in bằng máy CNC

21
Hình 2.2: Phương pháp tạo board mạch in bằng máy CNC


- Bản chất của phương pháp này là sẽ dùng mũi khoan máy CNC lấy đi
những đường cần loại bỏ trong board mạch. Máy sẽ được lập trình sẵn ta sẽ dùng
phần mềm để chuyển file thiết kế ra file G-Code để máy thực hiện.
- Phương pháp này có ưu điểm là bỏ qua giai đoạn in mạch trực tiếp lên
board đồng , không sử dụng hóa chất, khả năng chính xác cao. Tuy nhiên với các

và thế giới đó là hãng MEGA và hãng Trans-Potent. Hãng Trans-Potent giá thành rất cao,
hãngMEGA sản xuất các máy hạng nhỏ đến lớn giá thành phù hợp nhiều hướng đối tượng
tuy nhiên nhiều khâu còn thủ công.
2.2.1 Các loại máy rửa board mạch in hãng MEGA Electronics

23


Hình 2.3: Một số loại máy rửa mạch in hãng MEGA (Rota-Spray PCB)
- Ở trên là một số loại máy rửa mạch in do hãng MEGA sản xuất, đa phần sẽ
gồm hai thùng chứa, một thùng chứa hóa chất sẽ dùng một bơm chìm để giúp tăng
quá trình tiếp xúc giữa hóa chất và board mạch và một thùng sẽ rửa rạch sau khi
quá trình rửa hóa chất hoàn tất. Về cơ bản máy này giúp con người tránh tiếp xúc
hóa chất nhưng giai đoạn rửa mạch bằng nước sau cùng vẫn phải thực hiện bằng
tay và có thể dín hóa chất.

2.2.2 Các loại máy rửa board mạch in hãng Trans-Potent
- Hãng Trans- Potent là hãng liên doanh Singapore – HồngKông, là hãng
chuyên sản xuất các loại máy rửa bằng siêu âm như máy rửa chi tiết kim loại, linh
kiện điện tử và máy rửa mạch in (PCB).

24


- Máy rửa mạch in của hãng Trans - Potent là máy rửa siêu âm (Ultrasonic
Cleaner) phục vụ cho công nghiệp hiệu quả làm việc cao tuy nhiên giá thành lại rất
cao dao động từ 20-35 triệu đồng.

Hình 2.4: Máy rửa mạch in (PCB) Trans-Potent PTA-1008
2.3 Một số linh kiện kiện được sử dụng trong đề tài.