Thiết kế bộ điều khiển cho máy hàn chipset bga

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

VÕ HOA SƠN

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY HÀN
CHIPSET BGA

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 605202202

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

VÕ HOA SƠN

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
CHO MÁY HÀN CHIPSET BGA

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 605202202
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS: HỒ ĐẮC LỘC
TS: NGUYỄN THANH PHƯƠNG

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2013


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Hồ Đắc Lộc, TS Nguyễn Thanh Phương
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ
TP. HCM ngày 22 tháng 01 năm 2013
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
1.PGS TS. Bùi Xuân Lâm - Chủ tịch hội đồng
2.PGS TS. Ngô Văn Dưỡng - Ủy viên
3.TS. Đồng Văn Hướng - Phản biện 1
4.TS. Trương Việt Anh - Phản biện 2
5.TS. Nguyễn Hùng -Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ
TP. HCM
PHỊNG QLKH - ĐTSĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
TP. HCM, ngày..… tháng….. năm 20..…

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: VÕ HOA SƠN

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh:08/01/1959

Nơi sinh: Bình Định

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

MSHV:1181031049

I- TÊN ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY HÀN CHIPSET BGA
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Mục đích chính của đề tài là đáp ứng nhu cầu quá cấp thiết trong thời đại
công nghệ mới nên đề tài đưa ra nhiều mẫu máy hàn chipset BGA. Cơ sở của máy
hàn chipset BGA là bài tốn nhiệt, do đó bộ điều khiền sẽ được phân tích kỹ lưỡng
và sẽ upload miễn phí cho mọi người.
Điểm mới của đề tài
Dùng hàm năng lượng để giải bài tốn điều khiển theo mơ hình PID thay thế
cho các phương pháp khác Với mong muốn ở nước ta sớm có nhà máy sản xuất các
board mạch , đề tài đưa ra mơ hình máy đóng chipset tự động dưa trên 2 cơ sở là
ứng dụng kỹ thuật đồ họa và tác dụng nhiệt độ curie lên vật liệu từ dùng để định vị

chipset .
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:21- 06 - 2012
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM :29 – 12 - 2012
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS HỒ ĐẮC LỘC, TS NGUYỄN THANH
PHƯƠNG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP. HCM
TP. Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 201..

BẢN CAM ĐOAN
Họ và tên học viên:Võ Hoa Sơn
Ngày sinh: 08/01/1959 Nơi sinh: Bình Định
Trúng tuyển đầu vào năm:2011
Là tác giả luận văn:Thiết kế bộ điều khiển cho máy hành chip set BGA
Chuyên ngành:Kỹ thuật điện Mã ngành:605202202
Bảo vệ ngày: 22 Tháng 01 năm 2013
Điểm bảo vệ luận văn:8,2
Tôi cam đoan chỉnh sửa nội dung luận văn thạc sĩ với đề tài trên theo góp ý của Hội
đồng
đánh giá luận văn Thạc sĩ. Các nội dung đã chỉnh sửa:

Định dạng lại chương mục rỏ ràng cụ thể
Đánh giá kết quả của 03 sản phảm thiết kế
Người cam đoan

Cán bộ Hướng dẫn

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)


i

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được
cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Học viên thực hiện Luận văn

VÕ HOA SƠN


ii

LỜI CÁM ƠN
Tôi xin bày tỏ lời cám ơn sâu sắc đến PGS.TSKH. Hồ Đắc Lộc, TS. Nguyễn Thanh

Phương đã tạo nhiều điều kiện, hướng dẫn cho tơi hồn thành luận văn này.
Tôi cũng cám ơn quý Thầy, Cô khoa Điện - Điện tử, Phòng Quản lý
Khoa học - Đào tạo sau đại học, Trường Đại học kỹ thuật công nghệ TP. HCM
đã nhiệt tình giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến q giá giúp tơi hồn thiện luận văn này.
Tôi cũng xin cám ơn bạn bè, đồng nghiệp, gia đình đã động viên trong suốt quá
trình học tập.
Tp. HCM, ngày 20 tháng 12 năm 2012

Võ Hoa Sơn


iii

TÓM TẮT
Đề tài thiết kế bộ điều khiển cho máy hành chip set BGA
dựa trên yêu cầu bức thiết trong lãnh vực kỹ thuật trong thời đại công nghệ.
Như chúng ta đã biết, các board mạch trước đây được thiết kế bằng các linh kiện
điện tử có “chân hàn” bên ngoài. Ngày nay, để làm gọn nhẹ và tăng tốc cho các
thiết bị, người ta thiết kế ra các chipset có “chân bi chì ” gọi là chipset BGA.
Các chipset BGA ra đời dần dần thay thế các chipset cũ, vì vậy máy hàn chipset
BGA là rất cần thiết trong các hoạt động kỹ thuật.
Hàng năm chúng ta phải tốn rất nhiều ngoại tệ nhập máy hàn chipset
BGA phục vụ cho kỹ thuật. Các cơ sở đào tạo cũng rất khó khăn để có phịng
thực hành đóng chipset BGA vì quá đắt.
Từ thực tế nêu trên, đề tài giới thiệu nhiều mơ hình điều khiển máy hàn
chipset BGA và đưa ra nhiều mẫu máy hàn từ rẻ tiền đến cao cấp từ vài triệu
đồng đến vài trăm triệu đồng rất có ý nghĩa trong ứng dụng thực tế.
Ngồi ra để tăng hàm lượng nghiên cứu sáng tạo đề tài còn đưa ra một cái
nhìn mới về mơ hình PID – đó là dùng hàm năng lượng với mong muốn bổ sung
vào các mơ hình PID theo cơng thức thực nghiệm ZIEGLER-NICHOLS và mơ

hình PID-MỜ đã từng được xem là kinh điển khi tối ưu bộ điều khiển.
Cuối cùng với mong muốn có nhà máy sản xuất board mạch như các nước
tiên tiến đề tài cũng đưa ra giải pháp “Dây chuyền đóng chip set trong nhà máy”
với hai ý tưởng kỹ thuật đồ họa trong thiết bị hàn chipset và phương pháp định vị
chipset bằng vật liệu từ với mong muốn được đóng góp để hồn chỉnh .


iv

ABSTRACT
Threads "CONTROLLER DESIGN FOR SOLDERING BGA CHIPSET
MACHINE" based on urgent requirements in the field of technology in. As we know, the
previous circuit boards are designed by the electronic components to have "solder pins "
outside.
Today, to make to compact and acceleration devices, one designed chipset with
"lead ball pins" called BGA chipset. The BGA chipsets gradually replace the old chipsets.
Therefore, soldering BGA chipset machine is indispensable in technique activities .
Every year we have a lot of foreign currency to import soldering BGA chipset
machines . Training facilities is also very difficult to have close BGA chipset practice
room because it is too expensive.
From the above fact, the subjest introduced many chipset soldering machine
controller and offers many models from cheaper to expensive from several million to
several hundred million and it is significant in practical applications.
In addition to increased levels of creativity research, subject was given a new
look model PID that use energy desired function to add the PID model , which

it is

according to Ziegler-Nichols empirical formula and the PID-model has been considered a
classic optimization controller.

Finally, with the expectation that factory circuit board as the advanced countries
subject also provides chipset solutions "line close chipset solvering in factory” with two
ideas are technical graphic applications for soldrering chipset machine and positioning
method chipset from magnetic materials.


v

MỤC LỤC
Lời cam đoan .................................................................................................................. i
Lời cảm ơn ...................................................................................................................... ii
Tóm tắt ........................................................................................................................... iii
Abtrast ........................................................................................................................... iv
Mục lục ........................................................................................................................... v
Danh mục các từ viết tắt ................................................................................................ x
Danh mục các bảng ....................................................................................................... xi
Danh mục các biểu đồ, hình ảnh .................................................................................. xii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1
2. Mục đích của đề tài ............................................................................................ 1
3. Điểm mới của đề tài .......................................................................................... 2
4. Cấu trúc luận văn .............................................................................................. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA
SÚNG BẮN NHIỆT ..................................................................................................... 3
1.1. Giới thiệu ..................................................................................................... 3
1.2. Cơ sở nhiệt học ............................................................................................ 5
1.2.1. Các giải pháp điều chỉnh nhiệt độ ....................................................... 5
1.2.2. Giới thiệu đặt tính đóng mở của các loại cơng suất ............................ 6
1.2.3. Vai trị độ rộng xung trong súng bắn nhiệt ........................................ 7
1.2.4. Bài toán ngắt mở bán dẫn công suất ................................................... 8

1.3. Các loại linh kiện bán dẫn công suất ........................................................... 9
1.3.1. GTO ...................................................................................................... 9
1.3.2 THYRISTOR ......................................................................................... 9
1.3.3.TRIAC ................................................................................................. 11
1.3.4 .SSR ...................................................................................................... 11


vi

1.4. Mạch động lực............................................................................................. 12
CHƯƠNG 2: BỘ ĐIỀU KHIỂN VI, TÍCH PHÂN TỈ LỆ .................................... 14
2.1. Giới thiệu ................................................................................................... 14
2.1.1. Bộ điều khiển ON-OFF ................................................................... 14
2.1.2. Bộ điều khiển PID ........................................................................... 14
2.2. Bộ điều khiển PID dùng trong súng bắn nhiệt ........................................... 17
2.3. Bộ điều khiển PID dùng trong thiết bị hàn chipset ..................................... 18
2.4. Mơ hình phức hợp thiết bị hàn chipset........................................................ 19
CHƯƠNG 3: LOGIC MỜ CHO SÚNG BẮN NHIỆT .......................................... 21
3.1.Giới thiệu ..................................................................................................... 21
3.2.Hệ thống xử lý mờ ....................................................................................... 22
3.2.1.Hệ mờ tĩnh ....................................................................................... 22
3.2.2.Logic mờ cho bài toán nhiệt đơn giản ............................................ 23
3.3.Hệ mờ động .................................................................................................. 24
3.4.Quan điểm về Logic mờ trong bài tốn nhiệt .............................................. 25
3.4.1.Mờ hóa ............................................................................................ 25
3.4.1.1.Hệ mờ tập vào .............................................................................. 25
3.4.1.2.Tập mờ đầu ra .............................................................................. 27
3.5.Quan điểm mới về Logic mở trong bài toán nhiệt ..................................... 30
3.5.1.Đặt vấn đề ....................................................................................... 30
3.5.2.Mơ hình điều khiển theo PID-MỜ ................................................... 33

3.6.Phương pháp dùng hàm năng lượng ............................................................. 35
3.6.1.Cơ sở lý thuyết ................................................................................. 35
3.6.2.Cơ sở tính tốn ................................................................................ 36
3.6.2.1.Thành phần tích phân ................................................................... 37
3.6.2.2.Thành phần vi phân ...................................................................... 37
3.6.2.3.Thành phần tỉ lệ ............................................................................ 38


vii

3.6.3. Thuật giải ................................................................................................ 38
3.6.4. Kết luận ................................................................................................ 339
CHƯƠNG 4: CẢM BIẾN VÀ MẠCH CHUYỂN ĐỔI .......................................... 40
4.1.Cảm biến ..................................................................................................... 40
4.1.1. Thermocouple .................................................................................. 41
4.1.2. Điện trở nhiệt ................................................................................... 42
4.1.3. Thermistor ....................................................................................... 42
4.1.4. IC bán dẫn......................................................................................... 44
4.2.Mạch chuyển đổi ........................................................................................ 46
4.2.1.Tổng quát ........................................................................................ 46
4.2.2.Môi trường đo lý tưởng ................................................................... 47
4.2.3.Hiển thị nhiệt độ .............................................................................. 48
CHƯƠNG 5 : CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY HÀN
CHIPSET BGA .......................................................................................................... 50
5.1.Giới thiệu ................................................................................................. 50
5.2..Giải pháp mạch tổ hợp ............................................................................. 50
5.2.1.Cơ sở lý thuyết ................................................................................ 50
5.2.2.Sơ đồ mạch điều khiển nhiệt độ dùng DIOD muỗi ......................... 53
5.2.3.Board mạch điều khiển nhiệt độ ..................................................... 53
5.2.4.Mạch Timer ..................................................................................... 54

5.2.4.1.Giới thiệu VXL AT89C2051 ................................................. 54
5.2.4.2.Mạch hiển thị LED 7 đoạn dùng VXL AT89C2051 ............. 56
5.2.4.3.Chương trình phục vụ ........................................................... 58
5.2.5. Nạp chương trình ............................................................................ 58
5.2.6. Thiết kế ........................................................................................... 59
5.2.7. Kết nối thiết bị................................................................................. 62
5.2.8. Mẫu hoàn chỉnh ............................................................................... 63


viii

5.3.Giải pháp dùng vi điều khiển dùng PIC 16 xx ............................................ 63
5.3.1.Giới thiệu ....................................................................................... 63
5.3.2.Sơ đồ chân,sơ đồ khối..................................................................... 64
5.3.3 Thiết kế phần cứng ......................................................................... 65
5.3.4.Các chương trình phục vụ .............................................................. 65
5.3.4.1.Chương trình chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số . ......... 65
5.3.4.2.Chương trình điều khiển bàn phím...................................... 67
5.3.4.3.Chương trình hiển thị nhiệt độ lên LCD 1602. ................... 69
5.3.4.Thuật giải ....................................................................................... 69
5.4.Giải pháp dùng PLC ................................................................................ 69
5.4.1.Giới thiệu . ..................................................................................... 69
5.4.2.Cấu trúc PLC. ................................................................................ 70
5.4.3.Nguyên lý hoạt độngcủa PLC ....................................................... 71
5.4.4.Sơ đồ chức năng . .......................................................................... 74
5.4.5.Thiết kế máy hàn chipset BGA dùng PLC .................................... 75
5.4.5.1.Giới thiệu mẫu PLC. ........................................................... 75
5.4.5.2.Giới thiệu màn hình đa điểm chạm (HMI). ......................... 75
5.4.5.3.Bộ nguồn ............................................................................ 77
5.4.5.3.Giới thiệu cable giao tiếp PLC va HMI .............................. 77

5.4.5.4.Giới thiệu cable chuyên dụng giao tiếp PC và bộ xử lý. ..... 78
5.4.6.Thiết lập dự án cho máy hàn chipset BGA. .................................. 78
5.4.6.1.Cài đặt WINCC và STEP7 ................................................ 78
5.4.6.2.Sơ đồ công nghệ ................................................................. 79
5.4.6.3.Thực hiện kết nối ,truyền thơng ......................................... 80
5.4.6.4.Mẫu hồn chỉnh ................................................................... 84


ix

CHƯƠNG 6 : NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐỒ HỌA TRONG MÁY HÀN
CHIPSET BGA . ......................................................................................................... 85
6.1.Đặt vấn đề ............................................................................................... 85
6.2.Kỹ thuật đồ họa trong thiết bị hàn chipset BGA ..................................... 86
6.2.1.Hệ trục tương đối 2 chiều . .......................................................... 86
6.2.2.Ứng dụng kỹ thuật đồ họa . ........................................................ 87
6.3 .Phương pháp định vị chipset bằng vật liệu từ ...................................... 90
6.3.1.Mối liên hệ giữa nhiệt độ và từ trường . ..................................... 90
6.3.2.Lý thuyết Langevin và lý thuyết lượng tử ................................. 91
6.3.3.Các tính chất đặc trưng của chất sắt từ ...................................... 92
6.3.4.Ứng dụng sắt từ để định vị chipset BGA .................................. 94
6.3.4.1.Chế tạo keo sắt từ ............................................................ 94
6.3.4.2.Cách đặt chipset lên trục định vị ..................................... 94
6.4.Thao tác tự động hóa dây chuyền đóng chipset BGA trong nhà máy 94
CHƯƠNG 7 : KẾT LUẬN , KIẾN NGHỊ ............................................................... 96
Tài liệu tham khảo ...................................................................................................... 97


x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BGA

BALL GRID ARRAY

ALU

ARITHMETIC

CPU

CENTER PROFESSOR UNIT

ROM

READ ONLY MEMORY

RAM

READ ACESSERY MEMORY

VXL

VI XỬ LÝ


xi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Hàm thành viên tật Et ........................................................................ 26

Bảng 3.2 Hàm thành viên tập DET ..................................................................... 27
Bảng 5.1 Chức năng các chân của PICf877……………………………….…. 67


xii

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ,HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mẫu súng bắn nhiệt và chipset BGA ........................................................ 4
Hình 1.2 Mơ hình súng bắn nhiệt ........................................................................... 5
Hình 1.3 Mơ hình điện tử cơng suất ....................................................................... 6
Hình 1.4 Độ phụ thuộc điện tử công suất vào độ rộng xung ................................... 7
Hình 1.5 Độ phụ thuộc độ rộng xung và góc mở linh kiện .................................... 8
Hình 1.6 Đặc tính GTO ........................................................................................... 8
Hình 1.7 Đặctính Thyristor .................................................................................... 10
Hình 1.8 Đặc tính Triac ........................................................................................ 11
Hình 1.9 Các dạng SSR ......................................................................................... 12
Hình 1.10 Sơ đồ chức năng mạch động lực ........................................................... 13
Hình 2.1 Mơ hình tổng quát bộ điều khiển PID .................................................... 14
Hình 2.2 Thành phần tích phân ............................................................................. 15
Hình 2.3 Thành phần vi phân ............................................................................... 16
Hình 2.4 Thao tác cơ bản trong quá trình điều khiển súng bắn nhiệt ................... 19
Hình 2.5 Sơ đồ chức năng mạch điều khiển phức hợp ......................................... 20
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống xử lý mờ ................................................................ 22
Hình 3.2 Khối mờ hóa nhiệt độ ............................................................................ 23
Hình 3.3 Giản đồ mô tả sự liên hệ giữa nhiệt độ và hệ số hồi tiếp ....................... 23
Hình 3.4 Tập mờ Et ............................................................................................... 25
Hình 3.5 Tập mờ DET ........................................................................................... 23
Hình 3.6 Giản đồ hàm DET ................................................................................... 28
Hình 3.7 Giản đồ hàm Et ....................................................................................... 28
Hình 3.8 Sơ đồ khối hệ thống PID ………………...…………...…………..…. ..32

Hình 3. 9 Mẫu PID-MỜ ........................................................................................ 34
Hình 3.10 Giản đồ hàm năng lượng……………………………………………..36


xiii

Hình 3.11 Thuật giải HÀM NĂNG LƯỢNG ....................................................... 38
Hình 4.1 Thermocouple ......................................................................................... 41
Hình 4.2 Điện trở nhiệt ......................................................................................... 42
Hình 4.3 Thermistor............................................................................................... 43
Hình 4.4 Cảm biến dùng IC ................................................................................... 44
Hình 4.5 Các loại cảm biến bán dẫn ……………………………………… …..45
Hình 4.6 Hệ thống điều khiển nhiệt độ .................................................................. 46
Hình 4.7 Sơ đồ mạch chuyển đổi .......................................................................... 47
Hình 4.8 Sơ đồ cấu tạo của OP-AMP ................................................................... 47
Hình 4.9 Mạch đo nhiệt độ dùng IC LM335 ......................................................... 49
Hình 5.1. Mã hóa BCD .......................................................................................... 51
Hình 5.2 Hình dạng sơ đồ chân của 74LS1190………………….……… …….51
Hình 5.3 Sơ đồ mạch điều khiển dùng DIOD muỗi ............................................. 53
Hình 5.4 Board mạch chỉnh nhiệt độ dùng DIOD muỗi ....................................... 54
Hình 5.5. Sơ đồ mạch Timer ................................................................................. 56
Hình 5.6. Board mạch Timer ................................................................................. 57
Hình 5.7. Board mạch nạp chương trình chuyên dụng .......................................... 58
Hình 5.8. Các bước thiết kế đầu khị ..................................................................... 60
Hình 5.9. Bộ phận hâm ......................................................................................... 61
Hình 5.10. Bộ phận gá ........................................................................................... 61
Hình 5.11.Panel .................................................................................................... 62
Hình 5.12.Kết nối thiết bị ..................................................................................... 62
Hình 5.13. Mẫu hồn chỉnh .................................................................................. 63
Hình 5.14.Sơ đồ chân và sơ đồ khối pic16f877… ……………………… ……64 

Hình 5.15.Sơ đồ khối thiết bị hàn chipset dùng PIC 16 ........................................ 65
Hình 5.16. Sơ đồ mạch vxl PIC16 và LCD 16x2 ................................................. 66
Hình 5.17. Sơ đồ bàn phím .................................................................................. 67


xiv

Hinh 5.18 Thuật giải bộ điều khiển dùng PIC……………………………… …..69 
Hình 5.19. Mẫu PLC hộp đơn ............................................................................... 73
Hình 5.20 Sơ đồ khối máy hàn chipset BGA dùng PLC . ..................................... 74
Hình 5.21.Bộ PLC trong máy hàn chipset BGA hảng Shutter star ....................... 75
Hình 5.22. Màn hình HMI ..................................................................................... 76
Hình 5.23. Màn hình HMI giá rẻ ........................................................................... 76
Hình 5.24 .Bộ nguồn ............................................................................................. 77
Hình 5.25 Cable giao tiếp PLC và HMI .............................................................. 77
Hình 5.26. Cable giao tiếp PC và HMI.................................................................. 78
Hình 5.27.Sơ đồ cơng nghệ .................................................................................. 79
Hình 5.28. Mẫu hồn chỉnh ................................................................................... 84
Hình 6.1.Thao tác hàn chipset BGA tự động ........................................................ 86
Hình 6.2.Mơ tả trên trục tọa độ ............................................................................. 86
Hình 6.3.Mơ tả thành phần ................................................................................... 87
Hình 6.4. Hiển thị trên màn hình ........................................................................... 88
Hình 6.5.Màn hình hiển thị dùng phần mềm chuyên dụng DEXPOT .................. 89
Hình 6.6 Ảnh từ trễ. ............................................................................................... 93
Hình 6.7.Qui trình tổng quát .................................................................................. 94


1

MỞ ĐẦU

I. Lý do chọn đề tài
Chúng ta đang sống trong thời đại mà nền khoa học kỹ thuật phát triển như
vũ bão và chi phối hoàn toàn mọi lãnh vực. Có thể nói rằng phát triển cơng nghệ
mang yếu tố quyết định cho sự phát triển nền kinh tế quốc gia.
Từ lâu, các quốc gia như Mỹ, Nhật. nhờ công nghệ mà trở thành cường
quốc. Gần đây, cũng nhờ cơng nghệ mà Trung Quốc, Ấn Độ có bước phát triển
vượt bậc. Để làm được điều kỳ diệu đó, những công nghệ cũ kỹ, lỗi thời sẽ dần bị
thay thế bằng những công nghệ tiên tiến, hiện đại và cũng vì lẽ đó mà “cơng nghệ
hàn chipset” là khơng thể thiếu được.
Như chúng ta đã biết, các board mạch trước đây được thiết kế bằng các linh
kiện điện tử có “chân hàn” bên ngoài. Ngày nay, để làm gọn nhẹ và tăng tốc cho các
thiết bị, người ta thiết kế ra các chipset “chân bi chì ” gọi là chipset BGA, các
chipset BGA ra đời dần dần thay thế các chipset cũ và tỏ rất có nhiều ưu điểm.
Do vậy với các kỹ thuật viên, các kỹ sư và các nhà sản suất thì thiết bị hàn chipset
BGA là khơng thể thiếu được. Thiết bị hàn chipset BGA mang yếu tố quyết định
cho sự thành công cho các cơ sở kỹ thuật và là một yêu cầu thực sự cấp bách .
Thiết bị hàn chipset BGA dựa trên cơ sở của bài toán là bài toán nhiệt. Như
chúng ta đã biết, bài tốn nhiệt thường rất khơ khan và cũ kỹ, tuy nhiên khi nghiên
cứu về bài toán nhiệt cho thiết bị hàn chipset BGA thì lại có q nhiều điểm mới mẻ
Sở dĩ như vậy vì nó q hợp trong thời đại cơng nghệ cao, do đó phần cứng, phần
mềm, giải pháp điều được khai thác tối đa.
II. Mục đích của đề tài
Mục đích chính của đề tài là đáp ứng nhu cầu quá cấp thiết trong thời đại
công nghệ mới nên đề tài đưa ra nhiều mẫu máy hàn chipset BGA. Cơ sở của máy
hàn chipset BGA là bài tốn nhiệt, do đó bộ điều khiền sẽ được phân tích kỹ lưỡng
và sẽ upload miễn phí cho mọi người.


2

III Điểm mới của đề tài
Dùng hàm năng lượng để giải bài tốn điều khiển theo mơ hình PID
thay thế cho các phương pháp khác Với mong muốn ở nước ta sớm có nhà
máy sản xuất các board mạch , đề tài đưa ra mơ hình máy đóng chipset tự động
dưa trên 2 cơ sở là ứng dụng kỹ thuật đồ họa và tác dụng nhiệt độ curie lên vật
liệu từ dùng để định vị chipset .
IV. Cấu trúc luận văn
Đề tài chia làm 6 chương tóm lược như sau:
Chương 1,2 giới thiệu tổng quan và mơ hình điều khiển vi, tích phân tỉ lệ
PID.
Chương 3 nêu cái nhìn mới về LOGIC mờ, mối tương quan giữa LOGIC
mờ và các chương trình điều khiển thiết bị hàn chipset BGA.
Chương 4,5 giới thiệu cơ sở để thực hiện một thiết bị hàn chipset BGA gồm
cảm biến nhiệt, mạch chuyển đổi, các kiểu mẫu từ rẻ tiền đến cao cấp, các
chương trình con phục vụ cho từng mẫu cùng nhiều sơ đồ thực tế đi kèm.
Đề tài còn đi sâu. Về thiết kế các mẫu máy hàn chipset BGA, tiến hành thực
hiện cài đặt chương trình điều khiển vào thiết bị.
Chương 6 là nghiên cứu riêng của cá nhân gồm 2 phần là kỹ thuật đồ họa
trong máy đóng chipset và ứng dụng từ và nhiệt trong nhà máy đóng chipset
với hi vọng một ngày nào đó chúng ta cũng có nhà máy đóng chipset của
riêng chúng ta .


3

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ
LÀM VIỆC CỦA SÚNG BẮN NHIỆT
1.1 Giới thiệu

Súng bắn nhiệt là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng và theo dịng
khơng khí do quạt gió thổi ra đưa đến vật gia nhiệt. Về nguyên tắc súng bắn nhiệt
cũng như các thiết bị dùng nhiệt khác, tuy nhiên khi ứng dụng vào thiết bị hàn
chipset thì có rất nhiều khác biệt do vậy khác biệt do vậy hướng nghiên cứu và ứng
dụng cũng khác nhiều, chúng ta có thể thấy được ở các vấn đề sau.
Thứ 1: Các thiết bị dùng nhiệt khác thời gian hoạt động là dài (vd: Điều
khiển nhiệt độ phịng) kéo theo mọi việc có vẻ đơn giản. Còn ở thiết bị hàn
chipset, thời gian thao tác lên vật gia nhiệt là rất ngắn (thường dưới 5 phút)
do đó thao tác điều khiển phải thật nhanh và chính xác. Cũng vì lẽ đó, ta
khơng thể dùng kiểu phân chia “nóng, lạnh, ấm” theo logic mờ như các bài
tốn nhiệt trước đây được, vì với thời gian chỉ không tới 5 phút nên vật gia
nhiệt nhận nhiệt lượng phải ổn định (đề cập logic mờ chương 3).
Thứ 2: Thiết bị hàn chipset làm việc trong phạm vi hẹp và rất hẹp, ở đó
nhiệt độ tập trung phân bổ cưỡng bức, thông thường 3 nguồn nhiệt cùng
làm việc và làm ở những chế độ khác nhau, còn các thiết bị dùng nhiệt
khác thì đơn giản hơn nhiều.


4

Thứ 3: Trong 1 chu kỳ điều khiển , máy hàn chipset cịn chia ra làm nhiều
tiến trình ( ít nhất 3 tiến trình: hâm, cưỡng bức, làm mát ) do dó địi hỏi
kỹ thuật cao mới đáp ứng được.
Thứ 4: Vật gia nhiệt rất nhiều dạng ( nhiều kích cỡ, độ dày, chất liệu ), nên
bộ nhớ cần thiết lập nhiều chế độ .

Hình 1.1: Mẫu súng bắn nhiệt và chipset BGA
Súng bắn nhiệt từ lâu đã được xử dụng nhiều trong công nghiệp và kỹ thuật .
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng trong kỹ
thuật các chipset thế hệ mới ra đời ( chipset BGA ) đã làm cho thiết bị hàn BGA là

không thể thiếu được trong các hoạt động kỹ thuật .
Các thiết bị hàn chipset BGA hiện nay đa số nhập ở nước ngoài như Mỹ, Nhật,
Đài loan, Trung quốc nên thường có giá thành cao và chỉ đáp ứng cho u cầu xử
dụng, cịn về mặt cơng nghệ ( lý thuyết, sơ đồ, nguyên lý, phần mềm, cơ sở khoa
học…) điều được các công ty dấu kỹ hoặc nói chung chung, tản mạn nên sẽ có
nhiều khó khăn để tiếp cận chúng .
Một vấn đề rất thiết thực và được rất nhiều người quan tâm nhưng lại là vấn đề
ít được các tài liệu đề cập tới. Mọi cố gắng trong đề tài nầy nhằm hệ thống hóa, đưa
ra giải pháp hồn thiện và tiết kiệm nhất, đồng thời phát triển những hướng nghiên
cứu trước đây về thiết bị dùng nhiệt lên tầm cao hơn, đưa những cái mới vào trong
đề tài để hoàn thành một sản phẩm hiệu quả .


5

1.2 Cở sở nhiệt học
Định luật Jun-Lenxơ:
Q=I2RT

(1.1)

- Q: Lượng nhiệt tính bằng Jun(J)
- I: Dịng điện tính bằng Ampe(A) R-R:Điện trở tính bằng Ơm.
- T:thời gian tính bằng giây(S).
Súng bắn nhiệt làm việc dựa trên cơ sở khi có một dịng điện chạy qua một
dây dẫn hoặc vật dẫn thì ở đó sẽ toả ra theo một lượng nhiệt. Tuy nhiên ta không
khảo sát trực tiếp mà thông qua hiệu suất nhiệt đến vật gia nhiệt, vật gia nhiệt sẽ
tiếp nhận nhiệt độ nầy và giữ không đổi trong 1 thời gian xác lập.
1.2.1 Các giải pháp điều chỉnh nhiệt độ
Theo định luật Jun-Lenxơ, để thay đổi nhiệt lượng ta cần phải thay đổi điện

thế hoặc điện trở. Tuy nhiên, các giải pháp nầy hiệu quả rất hạn chế và không ổn
định. Như vậy làm thế nào để làm chủ được hiệu suất trên vật gia nhiệt? câu trả lời
chính là các khóa nhiệt mà quyết định là điện tử công suất, ý tưởng như sau :
Hiệu suất bắt đầu từ 0٪ đến hiệu suất mong muốn .
Nếu tăng lên thì mở khóa cho nhiệt độ giảm xuống và ngược lại
làm sao cho giữ được hiệu suất lên vật chịu nhiệt khơng đổi .
Tốc độ mở đóng khóa đáp ứng nhanh hồn tồn phù hợp với góc
mở cơng suất và các bộ xử lý .

Hình 1.2 Mơ hình súng bắn nhiệt


6

1.2.2 Giới thiệu đặc tính đóng mở của các loại cơng suất
Điện tử cơng suất có nhiệm vụ đóng cắt dịng điện cơng suất lớn theo mơ hình sau :

Hình 1.3 Mơ hình điện tử cơng suất
Các bộ biến đổi bán dẫn là đối tượng nghiên cứu cơ bản của điện tử công
suất. Trong các bộ biến đổi các phần tử bán dẫn cơng suất được sử dụng như những
khóa bán dẫn ( khi mở dẫn dịng thì nối tải vào nguồn, khi khóa thì khơng cho dịng
điện chạy qua). Ưu điểm của các bán dẫn điện tử công suất có thể tóm tắt như sau:
Thực hiện đóng cắt đóng mà khơng gây ra tia lửa điện .
Khơng bị mịn theo thời gian .
Tín hiệu kích cho phần tử cơng suất nhỏ.
Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào các sơ đồ của bộ biến đổi và phụ thuộc
vào cách thức điều khiển các khóa trong bộ biến đổi. Như vậy quá trình biến đổi
năng lượng được thực hiện với hiệu suất cao vì tổn thất trong bộ biến đổi chỉ là tổn
thất trên các khóa điện tử nên không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi.
Không những đạt được hiệu suất cao mà các bộ biến đổi cịn có khả năng

cung cấp cho phụ tải nguồn năng lượng với các đặc tính theo yêu cầu, đáp ứng các
quá trình điều chỉnh, điều khiển trong một thời gian ngắn nhất, với chất lượng phù
hợp trong các hệ thống tự động hoặc tự động hóa. Đây là đặc tính mà các bộ biến
đổi có tiếp điểm hoặc kiểu điện từ khơng thể có được.