閆紅超 張震強 任喜偉

【摘要】掌握PCB的基本設計方法、制作工藝，了解生產過程是電子實習的基本要求之一。在電子實習課程中引入小型工業(yè)級制板系統(tǒng)，使學生能夠接觸到一種主流的工業(yè)級PCB制作工藝，激發(fā)了學生的興趣，提高了學生的工程實踐能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識，提升了電子實習的效果。

【關鍵詞】PCB ?電子實習 ?工業(yè)級

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）17-0225-02

電子實習以訓練學生基本的電子工藝和裝配技術為主，使學生對電子產品制造過程及典型工藝有全面的了解，它是實現(xiàn)理論知識向動手能力轉化的重要途徑[1]。印制電路板（Printed ?Circuit Board，PCB）作為電子元器件載體、電氣連接的提供者，是電子產品的主體，PCB的質量對于電子產品的質量、壽命有很大的影響。掌握PCB的基本設計方法、制作工藝，了解生產過程是電子實習的基本要求之一[2]。然而，在電子實習課程中的PCB制作環(huán)節(jié)，現(xiàn)有設備、教學資源不能很好的滿足電子實習的需求。引入小型工業(yè)級制板系統(tǒng)，能使學生了解PCB制作的新工藝、新流程，不僅能激發(fā)學生的興趣，而且有助于提高學生的工程實踐能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，提升電子實習的效果。

一、PCB制作現(xiàn)狀分析

電子實習課程是本校理工類所有專業(yè)的必修課之一，相應的教學任務由電子實訓基地（以下簡稱基地）承擔。經過多年的發(fā)展，尤其是近幾年持續(xù)不斷的教學改革[3-5]、實驗室建設，基地已經建成了包含電子工藝室（兩個）、多媒體實驗室、手工熱轉印制板室、電子產品調試室、庫房等6個實驗室，總面積500多平方米的實習場所。

然而，在PCB制作環(huán)節(jié)，學生實習的效果還不夠理想?；嘏溆袃商字瓢逶O備：雕刻機和手工熱轉印制板設備。雕刻機采用機械加工的方法制作PCB，即用刻刀除去不需要的銅箔，留下需要保留的線路和焊盤。該系統(tǒng)制板速度慢，且每次只能單板、單面進行加工，不適合批量制板，也不支持阻焊、絲印的制作。在實習時，以學生了解物理雕刻法制板工藝為主，對于設備的要求也僅是認識、了解。電子實習中主要采用手工熱轉印方式制作PCB。該方法雖然具有制作成本低、工藝簡單、速度快的優(yōu)點，但通常僅限于制作精度要求不高、線路簡單的單面板，同樣不支持阻焊、絲印的制作，也不利于學生學習工業(yè)級PCB制作工藝流程。

綜合考慮資金、場地、制板速度、小批量制板需求等因素，引進了一套小型工業(yè)級制板系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠完成高品質單、雙面PCB小批量的制作，是對現(xiàn)有制板方式很好的補充，能很好地滿足電子實習的制板需求。

二、小型工業(yè)級制板系統(tǒng)工藝流程

小型工業(yè)級制板系統(tǒng)進行PCB制作，主要分為出圖、裁板、鉆孔、拋光、金屬化過孔、線路制作、阻焊制作、絲印制作、沉錫、切邊等步驟。各自作用及主要操作分別為：

（1）出圖

將事先設計好的PCB圖打印到菲林膜上。首先用PROTEL或Altium Designer等計算機輔助設計軟件從設計好的PCB圖中導出Gerber Files和NC Drill Files，然后在CAM350軟件中導入上述生成的文件，最后將需要的圖層按照以1：1的比例逐一打印出來。常用的圖層包括底層信號層、頂層信號層、底層絲印層、頂層絲印層、底層阻焊層、頂層阻焊層等。

（2）裁板

用裁板機將覆銅板裁剪成合適的尺寸。需要注意的是，裁剪好的覆銅板至少有一側保留有不少于2cm的工藝邊。

（3）鉆孔

用高速全自動鉆孔機在裁剪好的覆銅板上打孔，包括焊盤孔、定位孔等，對于雙面板，鉆孔操作也是為后續(xù)的金屬化過孔工藝做準備。首先通過鉆孔機的上位機對加工參數進行設置，然后加載步驟（1）中生成的文件，最后選擇以自動或手動換取刀頭的方式進行加工。需要注意的是，焊盤孔和定位孔均只能為圓形，否則鉆孔機會報錯。

（4）拋光

用自動拋光機對板材覆銅面進行拋光、去污、去氧化處理。

（5）金屬化過孔

該工藝僅在制作雙面PCB時需要，主要作用是在覆銅板上過孔的孔徑內鍍銅，以實現(xiàn)頂層線路和底層線路的可靠連通。所用到的設備有金屬化過孔機和烘干機。操作依次為：預浸、水洗、烘干、活化、通孔、熱固化、拋光、加速、鍍銅、水洗、拋光、烘干。

（6）線路制作

使用線路板絲印機、烘干機、曝光機、顯影機、脫膜機、鍍錫機、褪錫機等設備制作PCB上的線路。操依次作為：刷感光油墨、烘干、貼底片、曝光、顯影、水洗、鍍錫、水洗、脫膜、水洗、蝕刻、水洗、褪錫、水洗、烘干。

（7）阻焊、絲印制作

制作PCB上的阻焊和絲印。操作流程和線路制作工藝中的前六步基本一樣，但有兩點不同：1）線路制作工藝中感光油墨多用藍色，而阻焊、絲印制作工藝中感光油墨一般分別用綠色、白色;2）阻焊、絲印制作工藝在線路制作工藝中的前六步基礎上，緊接著還有一個熱固化操作，從而確保阻焊、絲印附著的更加牢固。

（8）沉錫

在焊盤上鍍錫，以防氧化。對于制作好緊接著就要焊接、裝配的PCB，此工藝可省略。使用的設備為助焊防氧化機。

（9）切邊

用裁板機切除電路板上多余部分，用打磨機或銼刀將板子邊緣打磨光滑。

三、教學資源的更新

制作相應的課件、操作規(guī)程、操作視頻等教學資源，并上傳到信息化教學平臺，學生可通過訪問該平臺獲取需要的教學資源，滿足課前預習、課后復習的需要;把主要的操作規(guī)程制作成展板，懸掛于小型工業(yè)級制板實驗室，供學生實踐的時候參考。

四、教學內容、方式的拓展

PCB的設計與制作環(huán)節(jié)，在理論課上增加了小型工業(yè)制板系統(tǒng)制作PCB的工藝流程、相關設備的講授，在實踐過程中學生可選擇使用小型工業(yè)制板系統(tǒng)或手工熱轉印制板設備制作PCB。將PCB制作方式和完成情況一起納入該環(huán)節(jié)的考核范圍，以鼓勵有能力、有興趣的學生優(yōu)先選擇小型工業(yè)制板系統(tǒng)進行PCB制作。在實際操作時，把一些不牽扯安全問題的步驟拿出來，嘗試讓學生先實踐，在實踐的過程中，根據遇到的問題，引導學生主動思考原因，主動去學習，做到“做中學”，相比以往每個步驟開始之前教師先把相關的理論知識、操作要點等進行講述、演示然后讓學生實際操作的做法，更加有利于培養(yǎng)學生主動分析、解決問題的能力，以及創(chuàng)新思維和意識。

結語

使用小型工業(yè)級制板系統(tǒng)制作的PCB，外觀精美、精度較高，極大地激發(fā)了學生的興趣，同時有助于學生掌握一種當前主流的工業(yè)級PCB板制作工藝流程;結合“做中學”的教學方式，更加有利于培養(yǎng)學生主動分析、解決問題的能力，以及創(chuàng)新思維和意識，從而提高了實習效果，為學生后續(xù)參加課程設計、畢業(yè)設計、各類電子競賽提供了強有力的支撐。自建成以來，小型工業(yè)級制板系統(tǒng)不僅用于電子實習課程，還為部分專業(yè)的課程設計、各類電子競賽的制板提供了支持，避免了重復建設，受到了多方面的好評。

當然，在實踐中發(fā)現(xiàn)了小型工業(yè)級制板系統(tǒng)相對于手工熱轉印制板，存在工藝流程復雜、費時較長、個別設備比較復雜須經嚴格培訓才能上崗操作等方面的不足，當前主要通過加強相應環(huán)節(jié)的輔導力度來處理，在后續(xù)的教學與實踐中將繼續(xù)探索更加有效的方式、方法，以持續(xù)提升實習效果。

參考文獻：

[1]李曉斌，王瑾.電子工藝實習教程[M].武漢：華中科技大學出版社，2019：4.

[2]馬令坤，張震強.電子工藝基礎與實訓[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017：1.

[3]任喜偉，張震強，閆紅超.基于CDIO理念的電子實習實踐教學改革探究[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2016（04）：16-17.

[4]任喜偉，張震強，閆紅超.電工電子實驗教學平臺信息化改革與實踐[J].中國教育技術裝備，2016（02）：61-62.

[5]任喜偉，張震強，閆紅超.電子實習教學現(xiàn)狀調查及改革思路[J].教育觀察，2018（17）：90-92.

作者簡介：

閆紅超（1980-），男，碩士，工程師，陜西科技大學電氣與控制工程學院實驗室副主任。主要從事電工電子實踐教學、智能優(yōu)化方面的研究。