基于“印刷電路板制作”的電子工藝訓(xùn)練課程新增訓(xùn)練項目的教學(xué)與實踐

李欣，許峰

（哈爾濱工程大學(xué)工程訓(xùn)練中心，哈爾濱150001）

基于“印刷電路板制作”的電子工藝訓(xùn)練課程新增訓(xùn)練項目的教學(xué)與實踐

李欣，許峰

（哈爾濱工程大學(xué)工程訓(xùn)練中心，哈爾濱150001）

本文根據(jù)新的教學(xué)載體設(shè)計了包含“印刷電路板計算機輔助設(shè)計”和“印刷電路板制作技術(shù)”等內(nèi)容的教學(xué)方案，并將其應(yīng)用到實踐教學(xué)中，是對現(xiàn)有課程有益的補充和提升，對于本科生工程素質(zhì)和工程能力的培養(yǎng)起到了有力的推動作用。

電子技術(shù)與工藝訓(xùn)練；印刷電路板制作；課程建設(shè)；人才培養(yǎng)

1　新增訓(xùn)練項目的研發(fā)

訓(xùn)練項目不但有利于加深學(xué)生對理論知識的理解，也是他們及時了解現(xiàn)代電子產(chǎn)品新技術(shù)和新工藝的一個窗口。所以訓(xùn)練項目的設(shè)計與研發(fā)一直是教學(xué)改革的重要內(nèi)容［1］。近年來，國內(nèi)很多高校在教學(xué)項目的設(shè)計與創(chuàng)新上不斷加大力度，以適應(yīng)新產(chǎn)品和新工藝的變革，具有代表性的包括清華大學(xué)研發(fā)的機器貓開發(fā)板［2］和電子科大研制的模塊化液晶電視實習(xí)平臺。我校在訓(xùn)練項目的創(chuàng)新上開展了大量工作，相繼研發(fā)了51單片機學(xué)習(xí)開發(fā)板，61語音多功能學(xué)習(xí)板，同時以印刷電路板制作為核心，綜合考慮實訓(xùn)的時間和難度要求，設(shè)計并開發(fā)了“循環(huán)彩燈”、“模擬爆閃燈”系列小型電子產(chǎn)品作為新增訓(xùn)練項目供學(xué)生學(xué)習(xí)和實踐。新增訓(xùn)練項目包含了更為豐富的電子元器件，電路設(shè)計較傳統(tǒng)產(chǎn)品更為復(fù)雜，整個學(xué)習(xí)過程要求學(xué)生以工程師的身份體驗“電子元器件測試與篩選——印刷電路板計算機輔助設(shè)計——手工制作印刷電路板——電裝——焊接——產(chǎn)品調(diào)試”的完整流程。

2　教學(xué)內(nèi)容的拓展

根據(jù)新增訓(xùn)練項目擴充教學(xué)內(nèi)容，增加“印刷電路板計算機輔助設(shè)計”和“印刷電路板制作技術(shù)”［3］的教學(xué)內(nèi)容。“印刷電路板計算機輔助設(shè)計”以電子線路設(shè)計自動化軟件Altium Designer［4］為平臺，系統(tǒng)介紹電路原理圖設(shè)計，PCB電路板設(shè)計，PCB板拼版設(shè)計等一系列步驟。原理圖設(shè)計包括利用Altium Designer的菜單欄、系統(tǒng)菜單及設(shè)計管理器創(chuàng)建設(shè)計數(shù)據(jù)庫，設(shè)置圖紙尺寸，網(wǎng)格及光標，利用繪圖工具制作導(dǎo)線、節(jié)點、電源、網(wǎng)絡(luò)標號，加載新的元件庫以及在已有元件庫中查找元件，編輯元器件的參數(shù)。PCB設(shè)計包括創(chuàng)建PCB文件，SCH轉(zhuǎn)換PCB，布局，布線，線寬及焊盤大小設(shè)定，利用繪圖工具制作導(dǎo)線、焊盤、過孔、封裝、創(chuàng)建元件庫。PCB拼版設(shè)計介紹如何設(shè)置板面尺寸、網(wǎng)格、光標及各個圖層，介紹定位、公制與英制互換、測量版面大小方法，以及PCB板圖的復(fù)制與粘貼方法。

“印刷電路板制作技術(shù)”介紹采用熱轉(zhuǎn)印方法［5］制作印刷電路板。具體內(nèi)容包括介紹如何裁板、磨板、轉(zhuǎn)印、修版、腐蝕、水洗、烘干、鉆孔、磨板、防氧化處理技術(shù)，以及曝光、顯影、脫膜、阻焊、字符層制作等一系列操作步驟，內(nèi)容涵蓋了過孔電鍍機，沉錫機、噴淋顯影機，脫膜機、蝕刻機等儀器的操作流程和工作規(guī)范。

3　教學(xué)流程的設(shè)計

整個教學(xué)過程采用理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合的模式，理論講授與實踐操作穿插進行。教學(xué)流程按如下順序進行：電子工藝訓(xùn)練目的——常用工具和安全生產(chǎn)——常用電子元器件的辨識及篩選——印刷電路板的設(shè)計及制作——電子整機的裝配、焊接、調(diào)試——訓(xùn)練產(chǎn)品的驗收與訓(xùn)練報告撰寫。

電子工藝訓(xùn)練的目的：以面授方式進行講述，要求學(xué)生掌握常用電子元器件的應(yīng)用、學(xué)習(xí)電子整機裝配工藝、焊接工藝、調(diào)試工藝、印刷電路板設(shè)計與制作以及安全生產(chǎn)。

常用工具和安全生產(chǎn)：要求學(xué)生掌握螺絲刀、鑷子、尖嘴鉗、斜口鉗、電烙鐵的使用。重點掌握手工焊接的方法以及焊接材料、輔助材料的使用。

常用電子元器件的辨識及篩選：以面授及多媒體教學(xué)為主，采用多媒體介紹常用電子元器件的基本知識、電子元器件的選用及測試。實踐操作要求學(xué)生動手完成常用電子元器件的參數(shù)測試、質(zhì)量檢查等任務(wù)。

印刷電路板的設(shè)計與制作：采用多媒體介紹AltiumDesigner Summer 09軟件使用，sch、pcb、拼版、打印；轉(zhuǎn)印、蝕刻、曝光、顯影、阻焊與字符層制作。實踐操作要求學(xué)生通過計算機完成循環(huán)彩燈的sch、pcb、拼版、打印設(shè)計任務(wù)。通過轉(zhuǎn)印機、噴淋蝕刻機、曝光機、噴淋顯影機、鉆孔機、裁板機完成循環(huán)彩燈電路板制作任務(wù)。

電子整機的裝配、焊接、調(diào)試：首先以面授及多媒體教學(xué)為主，由教師講解電子整機裝配及焊接工藝技術(shù)，介紹常用電子儀器的使用、電子測量技術(shù)學(xué)習(xí)，并播放多媒體教學(xué)片。實踐操作由學(xué)生獨立完成電子作品的裝配、焊接、調(diào)試。

訓(xùn)練產(chǎn)品的驗收：由教師對學(xué)生的作品進行驗收，同時結(jié)合學(xué)生電子訓(xùn)練作品的完成情況、工作態(tài)度，進行電子訓(xùn)練作品成績評定。

4　教學(xué)課件的完善

包括針對新的訓(xùn)練項目開展相關(guān)教學(xué)課件的建設(shè)和教學(xué)視頻的制作。前者內(nèi)容涵蓋印刷電路板計算機輔助設(shè)計和印刷電路板制作工藝流程的介紹，教學(xué)儀器的操作方法和注意事項等內(nèi)容。通過文字、圖片、動畫、視頻等多種方式展示相關(guān)知識點，使學(xué)生更深入地理解每個電路元件的功能、管腳分布與封裝形式，掌握印刷電路板設(shè)計的各種規(guī)范，熟悉電子產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)過程等內(nèi)容。后者采用Microsoft Office、Dreamweaver、Flash、Photoshop、Fireworks、優(yōu)酷IDO等多媒體制作工具，通過文字、圖片、錄像、錄音、配音等形式，制作“印刷電路板計算機輔助設(shè)計”和“印刷電路板制作”的教學(xué)視頻。

首先，采用Microsoft Office制作“印刷電路板計算機輔助設(shè)計”和“印刷電路板制作”的流程框圖，前者包括采用電子繪圖EDA軟件繪制印刷電路板所必需的原理圖設(shè)計、元件設(shè)計、原理圖打印、PCB設(shè)計，PCB元件封裝設(shè)計等步驟和操作，后者包括曝光、顯影、刻蝕、脫膜、打孔等一系列制作步驟。其次，采用屏幕記錄軟件記錄計算機繪制PCB板的各項操作步驟。采用錄像設(shè)備詳細記錄印刷電路板制作的工藝過程，包括過程中所使用的如過孔電鍍機，沉錫機、噴淋顯影機，脫模機、蝕刻機等儀器的操作流程和工作規(guī)范。最后，采用優(yōu)酷IDO等多媒體制作軟件將圖片、視頻剪輯成完整的教學(xué)視頻，并在整個過程中穿插配音進行講解和闡述，包括解釋必要工藝環(huán)節(jié)的用途、介紹儀器設(shè)備的名稱和操作以及簡述制作步驟等。

5　教學(xué)手段的豐富

針對新增的基于印刷電路板制作的訓(xùn)練項目，通過文字、圖片、動畫、視頻等多種方式展示相關(guān)知識點，使學(xué)生更深入地理解每個電路元件的功能、管腳分布與封裝形式，掌握印刷電路板設(shè)計的各種規(guī)范，熟悉電子產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)過程等內(nèi)容。尤其是動畫和視頻的運用，使教學(xué)內(nèi)容更加系統(tǒng)、科學(xué)、交互性強、符合學(xué)生認知心理、知識傳播效率高，既可用于教師課堂教學(xué)，也可用于學(xué)生課外學(xué)習(xí)。同時也注重網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的使用，建立了課程的學(xué)習(xí)群，打破時間和空間的局限，隨時隨地地解決學(xué)生們學(xué)習(xí)中遇到的困難，將有效的溝通落到實處。

6　教學(xué)效果的提升

通過新的訓(xùn)練項目的教學(xué)實踐，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對基于“印刷電路板制作”的訓(xùn)練項目興趣濃厚，無論是計算機繪圖還是手工制作印刷電路板，對于學(xué)生的動手能力要求都比以往傳統(tǒng)項目要高，但學(xué)生可以體驗電子產(chǎn)品從設(shè)計到使用的完整制作流程，可為其從事科技創(chuàng)新活動打下良好的基礎(chǔ)，所以新的訓(xùn)練項目越來越受到電類專業(yè)學(xué)生的青睞和認可，很多學(xué)生表示電子工藝訓(xùn)練課程實用性、趣味性更強，通過這種實踐訓(xùn)練，自身的工程素質(zhì)和能力得到了充分的鍛煉和提升。

7　結(jié)語

本文對基于“印刷電路板制作”電子工藝訓(xùn)練新增項目的教學(xué)從教學(xué)載體，教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)過程，教學(xué)課件，教學(xué)手段，教學(xué)效果等方面進行了總結(jié)和梳理，從實踐效果來看，新增項目不僅使課程的知識體系更加完備，并且對于學(xué)生工程實踐能力尤其是工程設(shè)計能力的提高具有重要的意義，對實現(xiàn)我校工程素質(zhì)教育過程的優(yōu)質(zhì)、高效也可以起到最大的支撐作用。

［1］李鴻儒，韋思建，王豫明，等．《電子工藝實習(xí)》課程改革與基地建設(shè)［J］．華北航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2006，（7）：55-56.

［2］李鴻儒，王天曦，韋思建，等.在工程訓(xùn)練中注重“電子實習(xí)”課程的建設(shè)與改革［J］．實驗技術(shù)與管理，2007，（12）：77-78.

［3］蔡淑珍，孫業(yè)歧.印刷電路板制作實驗技術(shù)的創(chuàng)新與實踐［J］.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（農(nóng)林教育版），2004，（3）：105-106.

［4］牛耀國，朱朝霞，芮新芳.altium desinger軟件在印刷電路板設(shè)計中的應(yīng)用［J］.電子科技，2011，（8）：121-122.

［5］吳國忠．熱轉(zhuǎn)印法制作印刷電路板［J］．電子制作，2007，（2）：98-99.

Teaching and practice of newly added training program of electronic craft training course based on Printed Circuit Board Manufacture

LI Xin,XU Feng
(Engineering Training Center of Harbin Engineering University,Harbin 150001,China)

Based on the new teaching carrier,this paper designs a teaching program which includes teaching programs of Computer Aided Design of Printed Circuit Board and Printed Circuit Board Manufacturing Technology,and applies them to practical teaching,which has beneficial promotion to the existing courses and has played a role in promoting engineering quality and engineering ability of undergraduates.

Electronic technology and process training;Printed circuit board manufacture;Curriculum construction; Talent cultivation

TN05-4

B

1674-8646（2016）19-0088-02

2016-08-12

李欣（1981-），女，博士研究生，講師。