引入增材制造技術的電子工藝實訓教學

嚴小黑 黃設新 房慧

摘? 要 電子工藝實訓是電子、通信相關專業的重要實踐課程，能讓學生掌握電路的設計與制作。針對目前電子工藝實訓仍采用傳統印制電路板工藝，導致學生對電路制作新工藝（如表面貼裝工藝、增材制造技術）不熟悉的問題，提出將新型增材制造技術引入電子工藝實訓課程中。傳統印制電路板工藝與新型增材制造技術的有機結合，能讓學生在掌握傳統電路制作工藝的同時，彌補表面貼裝工藝環節的缺失，掌握新型電路制作技術，提升創作空間。

關鍵詞 實訓教學;電路制作;增材制造技術;電子工藝實訓課程;液態金屬打印技術

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）04-0132-03

Introduction of Additive Manufacturing Technology in Electro-nic Technology Training//YAN Xiaohei， HUANG Shexin， FANG Hui

Abstract Electronic technology training is an important practical course for electronic and communication related majors， which ena-bles students to master the design and production of circuits. Aiming?at the problem that students are not familiar with the new technologyof circuit making （such as surface mounting technology and additive?manufacturing technology） because the traditional PCB technology is still used in the current electronic technology training， this paper proposes to introduce the new additive manufacturing technology into the electronic technology training course. The organic combina-tion of traditional PCB technology and new additive manufacturing technology can help students master the traditional circuit manufac-turing technology， make up for the lack of surface mounting techno-logy， master the new circuit manufacturing technology， and improve the creation space of students.

Key words practical training teaching; circuit making; additive manufacturing technology; electronic process training course; liquid metal printing technology

0 引言

電子工藝實訓課程是電子、通信相關專業的重要實踐課程，著重培養學生的電路設計能力和實際動手制作能力。該課程運用電子技術課程學習成果，進行從簡單到復雜電路的設計與制作，并在電子生產流水線上進行實際焊接及裝配、調試，完成理論與生產實際的有效結合[1]。

1 電子工藝實訓課程現狀

目前，大部分高校的電子工藝實訓課程采用的流程為：基本元器件認知→焊接工藝訓練→實訓項目選取并進行電路設計→電路板制作→元器件焊接安裝→整體電路調試[2]。其中電路板制作主要采用傳統的印制電路板工藝，具體使用較多的是熱轉印法，該法對批量生產相同電路板效率較高，因此在生產上被廣泛使用。讓學生掌握此電路板制作方法很有必要，但此法工序較為復雜，學生實訓時選擇的實訓項目各不相同，電路板亦不同，導致制作耗時長。同時，若用此法進行創新項目制作，會有諸多不便。除此以外，在元器件焊接安裝環節，由于電路板制作工藝的限制，導致此環節均采用針腳式的元器件，而如今的集成電路主要采用貼片式的元器件，學生在實訓中缺乏對元器件貼片安裝工藝的實踐環節。基于此，改變現行的實訓模式，在其中增加新工藝、新技術勢在必行。

2 引入增材制造技術的電子工藝實訓教學模式

引入增材制造技術的電子工藝實訓教學模式是指在原有實訓教學的基礎上，增加利用增材制造技術制作電路的實訓環節，與傳統的印制電路板的工藝結合，互為補充。本文主要通過實例介紹增材制造技術制作電路的基本流程。

步驟一：利用EDA軟件進行原理圖的設計與仿真，如圖1所示。

步驟二：利用EDA軟件生成布線設計圖，如圖2所示。

步驟三：利用液態金屬打印機在基底膠片上打印電路，如圖3所示。液態金屬打印機使用北京夢之墨科技有限公司生產的MZMDP-1電子電路打印機，打印材料為GaSnIn基液態金屬導電墨水（該材料熔點較低，但高于室溫，能在室溫下快速自然凝固）。電路打印完成后，對照電子版電路，用液態金屬筆修補缺陷，修補后用萬用表測試液態金屬導線導通情況。

步驟四：貼片及包引腳，如圖4所示。區分器件放置方向，用鑷子夾起器件兩側，將器件從正上方放在準確的位置，之后用液態金屬手寫筆在電路和元器件引腳處書寫，以確保電路連接暢通。

步驟五：調試及封裝，如圖5所示。接入電源板，閉合電源開關，對電路的工作狀態進行調試。最后將完成后的電路放置在水平桌面上，準備適量封裝膠，從電路上方倒膠，逐步覆蓋電路區域，完成電路封裝。

與傳統電路制作技術相比，分析基于增材制造技術的液態金屬電子直接打印技術的優缺點。

1）優點。對單個電路制作，液態金屬電子直接打印技術能根據電路布線圖直接在基底膠片上打印電路，相比傳統電路制作技術（如熱轉印法）而言，減少很多環節，電路制作更快，且制作過程無污染，比較適合于電路設計研發階段。而在電子工藝實訓及學生創新實踐中往往屬于這種情況，因此，液態金屬電子直接打印技術更適合于實驗室環境下的學生實訓教學與創新活動。

2）缺點。若一個電路從研發階段轉入批量生產，則液態金屬電子直接打印技術無法滿足需要，此時仍然需要采用傳統電路制作技術（如熱轉印法）進行電路制作。因此，學生在掌握電路制作新技術的同時，仍然需要掌握傳統電路制作技術。

3 引入增材制造技術對培養學生能力的作用

彌補實驗室環境下表面貼裝工藝環節缺失的不足? 隨著電子產品向著小型化、薄型化發展，電子元器件也逐漸由最早期的電子管、晶體管朝目前的大規模集成電路方向發

展[3]。尤其是現在常用的表面安裝元器件，具有尺寸小、重量輕、無引線或者引線很短、形狀簡單、結構可靠和標準化程度高等優點，表面安裝技術（SMT）也因此成為現代電子生產過程中的主流工藝。而在學校實驗室環境下，由于設備及工藝的限制，SMT這一先進生產工藝很難讓學生親身實踐。在實訓中引入液態金屬打印技術，通過液態金屬打印機制造的電路板，學生可手動將貼片元件安裝在電路中，很好地模擬了SMT的生產工藝，彌補了實驗室環境下表面貼裝工藝環節缺失的不足。

讓學生充分接觸電路制作新技術、新方法? 當今社會發展迅速，各種新技術、新工藝、新設備不斷涌現。學生在學習階段理應跟上社會發展趨勢，在學習傳統技術、經驗的同時，還要更廣泛地接觸新的技術及潮流，不拘泥于傳統思想的束縛，展現更多的創新性思維。在實訓中訓練電路板傳統工藝的同時，引入一種新的基于增材制造技術的電路制作方法，讓學生可以充分接觸電路制作新技術、新方法。

提升學生的創作空間? 液態金屬打印技術的引入，可以實現實訓過程中電路板的快速打印制作，操作過程簡單無污染，學生可以根據任務要求自行設計電路并快速完成功能驗證，更大程度實現了課程的價值，同時激發了他們的學習興趣[4]。

讓學生了解柔性電路的設計制造? 隨著電子產品的更新換代，柔性電路板由于其輕、薄、短、小的優勢越來越多地被應用于PC及周邊產品、汽車電子、醫療器械、通信及消費類電子產品等領域，近些年來涌現的所有高科技電子產品都采用了柔性電路板。傳統的電子制造實踐中，很難有學生自主完成柔性電路的設計制造。在實訓中，由于液態金屬打印技術的引入，根據柔性要求的不同，選擇不同的基材，學生可快速實現柔性電路板的制作。學生可以更關注電路功能的定義及電路圖的設計，最大限度地發揮自己的想象力，設計和創造自己的電子產品，并將自己的創意快速付諸實踐。

4 結語

在原有的電子工藝實訓中引入增材制造技術制作電路的實訓環節，能讓學生掌握電路板傳統工藝的同時，掌握電路制作新技術、新方法，既可以彌補傳統電路制作工藝下表面貼裝工藝環節缺失的不足，更可以開展柔性電路板的設計制造，提升創作空間。■

參考文獻

[1]呂菲，盛凱，丁小一.基于項目教學法的電子工藝實訓課程教學的實踐[J].山東農業工程學院學報，2018（12）：191-192.

[2]位磊，黃金剛，胡少六，等.電子工藝實踐“三段式”教學模式探索與改革[J].實驗科學與技術，2018（3）：115-118.

[3]李鵬.基于CDIO理念的電子工藝實訓課程教學思路探討[J].教育觀察，2016（7）：94-95.

[4]鄭祥明，李泰.基于創新創業的電子信息類專業實踐能力的培養[J].韶關學院學報，2018（2）：95-98.

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