电工电子工艺-青岛大学电工电子实验教学中心

电工电子实践初步5.表面元件安装技术课程内容1.电子元器件的识别、选择2.印刷电路板的设计、制作3.焊接4.电子产品的装配与调试介绍电子产品制造过程及主要工艺进行电子设计的基本技能和入门向导。课程实践环节：制作一个简单电子产品电路设计元件选择电路板制作焊接装配调试一、电路设计1.明确设计任务要求对设计任务进行具体分析，明确设计产品的性能、指标、内容及要求。2．电路的设计选择电路的组成形式，可以模仿成熟的先进的电路，也可以进行创新或改进，但都必须保证性能要求。1.参数计算理解电路的工作原理，正确利用计算公式，满足设计要求。（1）元器件的工作电流、电压、频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求。（2）元器件的极限参数必须留有足够裕量，一般应大于额定值的1.5倍。（3）电阻器和电容器的参数应选计算值附近的标称值。二、参数计算和器件选择2.元器件选择阻容元件的选择。电阻器和电容器种类很多，正确选择电阻器和电容器是很重要的。设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容元件，并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电二极管、光电三极管、晶闸管等。根据其用途分别进行选择。分立元件的选择。选择的器件种类不同，注意事项也不同。例如选择晶体三极管时，首先注意是NPN型还是PNP型管，是高频管还是低频管，是大功率管还是小功率管，并注意管子的参数PCM、ICM、BUCEO、BUEBO、ICBO、β、fT和fβ是否满足电路设计指标的要求，高频工作时要求fT=(5-10)f，f为工作频率。由于集成电路可以实现很多单元电路甚至整机电路的功能，所以选用集成电路设计单元电路和总体电路既方便又灵活，它不仅使系统体积缩小，而且性能可靠，便于调试及安装，在设计电路时应首选。选择的集成电路不仅要在功能和特性上实现设计方案，而且要满足功耗、电压、速度、价格等多方面要求。集成电路的选择。一般优先选集成电路。集成电路有模拟集成电路和数字集成电路。器件的型号、功能、特性、管脚可查阅有关手册。集成电路的品种很多，选用方法一般是“先粗后细”，即先根据总体方案考虑应该选用什么功能的集成电路，然后考虑具体性能，最后根据价格等因素选用某种型号的集成电路。应熟悉集成电路的品种和几种典型产晶的型号、性能、价格等，以便在设计时能提出较好的方案，较快地设计出单元电路和总电路。集成电路的常用封装方式有三种：扁平式、直立式和双列直插式，为便于安装、更换、调试和维修，一般情况下，应尽可能选用双列直插式集成电路。三、电路图的绘制目前比较流行的或应用广泛的绘制软件包有PROTEL和ORCAD/STD。亦可用电子工作平台multisim。绘制电路图时应注意：(1)布局合理、排列均匀、图面清晰、便于看图、有利于对图的理解和阅读。•有时一个总电路图由几部分组成，绘制时应尽量把总电路图画在一张纸上。如果电路比较复杂，需绘制几张图，则应把主电路图画在一张图纸上，而把一些比较独立或次要的部分画在另外的图纸上，并在图的断口两端做上标记，标出信号从一张图到另一张图的引出点和引入点，以此说明各图纸在电路连线之间的关系。(2)注意信号的流向。一般从输入端或信号源画起，从左到右或从上到下按信号的流向依次画出各单元电路，而反馈通路的信号流向则与此相反。(3)图形符号要标准，图中应加适当的标注。电路图中的中、大规模集成电路器件，一般用方框表示，在方框中标出它的型号，在方框的边线两侧标出每根线的功能名称和管脚号。除中、大规模器件外，其余元器件符号应当标准化。(4)连接线应为直线，并且交叉和折弯应最少。通常连接线可以水平布置或垂直布置，一般不画斜线。互相连通的交叉线，应在交叉处用圆点表示。根据需要，可以在连接线上加注信号名或其它标记，表示其功能或其去向。有的连线可用符号表示，例如器件的电源一般标电源电压的数值，地线用符号“⊥”表示。四、计算机仿真优化电子系统的方案选择、电路设计以及参数计算和元器件选择基本确定后，方案的选择是否合理，电路设计是否正确，元器件选择是否经济，这些问题还有待于研究。传统的设计方法只能通过实验来解决以上问题，这样不仅延长了设计时间，而且需要大量元器件，有时设计不当可能要烧坏元器件，因此设计成本高。而利用电子电路CAD技术，可对设计的电路进行分析、仿真、虚拟实验，不仅提高了设计效率，而且可以通过反复仿真得到一个最佳方案。目前应用较为广泛的电子电路仿真软件有PSPICE、和功能多、应用方便的ELECTRONICSWORKBENCH和multisim。五.印刷电路板的设计、制作借助计算机对印刷电路板进行辅助设计已经取代了传统的手工设计，它不仅可以使底图更整洁、标准，而且能够解决手工布线印刷导线不能过细和较窄的间隙不易布线等问题，同时可彻底解决双面板焊盘严格的一一对应问题。PROTEL软件包是绘制印刷电路板的最常用软件。1.设计2.制作印刷电路板（一）准备工作（二）布线设计（三）常见错误2.制作印刷电路板(PCB设计)（一）准备工作(1).确定板材、板厚、形状、尺寸(2).确定与板外元器件连接方式(3).确认元器件安装方式(4).阅读分析原理图(1).确定板材、板厚、形状、尺寸印制电路板的制作原材料是覆铜板。覆铜板又分为单面板和双面板，其结构如下：基板（材料、厚度有多种规格）热压铜箔(厚度35μm)单面板双面板热压铜箔(厚度35μm)热压铜箔(厚度35μm)基板（材料、厚度有多种规格）(2).确定对外连接方式直接焊接:简单、廉价、可靠，不易维修印制板对外连接方式有两种：②接插式维修、调试、组装方便；产品成本提高，对印制板制造精度及工艺要求高。(3).确认元器件安装方式①表面贴装②通孔插装(4).阅读分析原理图①线路中是否有高压、大电流、高频电路，对于元器件之间、线与线之间通常耐压200V/mm；印制板上的铜箔线载流量，一般可按1A/mm估算；高频电路需注意电磁兼容性设计以避免产生干扰。②找出干扰源主要找出容易产生热干扰、电磁干扰、磁电干扰的元器件，元器件布局时需要注意这些干扰源，以免对电路整体功能产生影响③了解电路中所有元器件的形状、尺寸、引线.不同型号、规格元器件尺寸差异很大，需要了解其体积大小，设计电路板时要注意留有足够的安装空间；对于IC要注意引脚的排列顺序及各引脚的功能。④了解所有附加材料原理图中没有体现而设计时必备的器材，如：散热器、连接器、紧固装置······（二）布线设计（插装）1.元件面布设要求2.印制导线设计要求3.焊盘设计要求(1).元件面布设要求●整齐、均匀、疏密一致●整个印制板要留有边框，通常5～10mm●元器件不得交叉重叠●单脚单焊盘。每个引脚有一个焊盘对应，不允许共用焊盘不推荐元件面要求●干扰器件放置应尽量减小干扰例如：发热元件放置于下风处，怕热元件放置于上风处，并远离发热元件。布局时要通过改变元器件的位置、方向以实现合理布局。(2).印制导线设计要求①导线应尽可能少、短、不交叉②导线宽度导线宽度通常由载流量和可制造性决定，一般要求PCB设计的导线宽度≥0.2mm，由于制作工艺的限制，设计时导线不易过细。③布线时，遇到折线要走45°。④导线间距，一般≥0.2mm⑤电源线和地线尽量粗。与其它布线要有明显区别。⑥对于双面板，正反面的走线不要平行，应垂直布设。例如：(3).焊盘设计要求①形状通常为圆形，0.81.0mm23内外内＝～＝～②灵活掌握焊盘形状对于IC器件，可以将圆形焊盘改为长圆形，以增大焊盘间的距离便于走线。③可靠性焊盘间距要足够大，通常≥0.2mm，如间距过小，可以改变焊盘的形状以得到足够的焊盘间距1.板面允许的情况下，导线尽量粗一些。2.导线与导线之间的间距不要过近。3.导线与焊盘的间距不得过近。4.板面允许的情况下，焊盘尽量大一些。初学者设计时需掌握的基本原则是：（三）常见错误①可挽回性错误多余连接——切断丢失连线——导线连接②不可挽回性错误IC引脚顺序错误元件安装方向、外形尺寸、引脚方向错误。（一）工厂批量生产●工艺流程：底片(光绘)选材下料钻孔孔金属化贴膜图形转移电镀去膜蚀刻表面涂敷检验三PCB的制作计算机设计打印转印修板腐蚀去膜钻孔水洗涂助焊剂（二）手工制作手工制作工艺流程图1.确保加工质量。2.成本价格:5分～8分/cm28分～14分/cm2。3.成品验收，确保100％合格率(特别是双面板)。4.明确工艺技术要求。（二）手工制作1.板材厚度板材的平整度2.印制板实际尺寸3.阻焊4.丝印5.镀铅锡镀金6.通孔测试（针床测试、非针测试）7.厂家测试报告等送厂家加工印制板的工艺要求：训练、大赛、科研需要手工制作印制板,使用印制板快速制作系统设备。转印机高速视频台钻高速组合台钻快捷————30分钟，立等可取廉价————0.01～0.05元/优质————手工操作，专业水平精密————线宽≥0.2mm2cm特点:六、硬件组装与调试1、电子电路的组装（1）元器件的焊接技术当印刷电路板设计好后，需要将元器件接在印刷板上。焊接质量取决于四个条件：焊接工具、焊料、焊剂、焊接技术。焊接工具。电烙铁是焊接的主要工具。要根据不同的焊接对象选择不同功率的电烙铁。焊接集成电路一般可选用25W的，元器件管脚较粗或印刷板焊盘面积较大时可选用45W或功率更大的。焊接CMOS电路一般选用20W内热式电烙铁，而且外壳要连接良好的接地线。若用外热式电烙铁，最好采用烙铁断电，用余热焊接，必要时还要采取人体接地的措施。焊料。常用的焊料是焊锡，焊锡是一种铅锡合金。市场上出售的焊锡有两种：一种是将焊锡做成管状，管内填有松香，称松香焊锡丝，使用这种焊锡丝时，可以不加助焊剂；另一种是无松香的焊锡丝，焊接时要加助焊剂。焊剂。焊接元器件通常使用的焊剂有松香和松香酒精溶液，后者比前者焊接效果好。焊接技术。首先要求焊接牢靠、无虚焊，其次是焊点的大小、形状及表面粗糙度等。焊接前，必须把焊点和焊件表面处理干净，轻的可用酒精擦洗，重的要用刀刮或砂纸磨，直到露出光亮金属后再醮上焊剂，镀上锡，将被焊的金属表面加热到焊锡熔化的温度。焊接过程是这样的：把烙铁头放在焊件上，待焊件的温度达到焊锡熔化的温度时，使焊锡丝接触焊件，当适量的焊锡丝熔化后，立即移开焊锡丝，再移开烙铁，整个过程只需几秒钟。组装电路时要注意，电路之间要共地。正确的组装方法和合理的布局，不仅使电路整齐美观，而且能够提高电路工作的可靠性，便于检查和排除故障。2、电子电路的调试边安装边调试。把一个总电路按框图上的功能分成若干单元电路，分别进行安装和调试，在完成各单元电路调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围，最后完成整机调试。对于新设计的电路，此方法既便于调试，又可及时发现和解决问题。该方法适于课程设计中采用。整个电路安装完毕，实行一次性调试。这种方法适于定型产品。调试时应注意做好调试记录，准确记录电路各部分的测试数据和波形，以便于分析和运行时参考。调试步骤：（1）通电前检查电路安装完毕，首先直观检查电路各部分接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，器件有无接错。（2）通电检查接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，则应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。在调试单元电路时应明确本部分的调试要求，按调试要求测试性能指标和观察波形。调试顺序按信号的流向进行，这样可以把前面调试过的输出信号作为后一级的输入信号，为最后的整机联调创造条件。电路调试包括静态和动态调试，通过调试掌握必要的数据、波形、现象，然后对电路进行分析、判断、排除故障，完成调试要求。（3）单元电路调试各单元电路调试完成后就为整机调试打下了基础。整机联调时应观察各单元电路连接后各级之间的信号关系，主要观察动态结果，检查电路的性能和参数，分析测量的数据和波形是否符合设计要求，对发现的故障和问题及时采取处理措施。（4）整机联调电路故障的排除（1）信号寻迹法：寻找电路故障时，一般可以按信号的流程逐级进行。从电路的输入端加入适当的信号，用示波器或电压表等仪器逐级