引入增材制造技术的电子工艺实训教学

严小黑 黄设新 房慧

摘  要 电子工艺实训是电子、通信相关专业的重要实践课程，能让学生掌握电路的设计与制作。针对目前电子工艺实训仍采用传统印制电路板工艺，导致学生对电路制作新工艺（如表面贴装工艺、增材制造技术）不熟悉的问题，提出将新型增材制造技术引入电子工艺实训课程中。传统印制电路板工艺与新型增材制造技术的有机结合，能让学生在掌握传统电路制作工艺的同时，弥补表面贴装工艺环节的缺失，掌握新型电路制作技术，提升创作空间。

关键词 实训教学;电路制作;增材制造技术;电子工艺实训课程;液态金属打印技术

中图分类号：G642    文献标识码：B

文章编号：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

电子工艺实训课程是电子、通信相关专业的重要实践课程，着重培养学生的电路设计能力和实际动手制作能力。该课程运用电子技术课程学习成果，进行从简单到复杂电路的设计与制作，并在电子生产流水线上进行实际焊接及装配、调试，完成理论与生产实际的有效结合[1]。

1 电子工艺实训课程现状

目前，大部分高校的电子工艺实训课程采用的流程为：基本元器件认知→焊接工艺训练→实训项目选取并进行电路设计→电路板制作→元器件焊接安装→整体电路调试[2]。其中电路板制作主要采用传统的印制电路板工艺，具体使用较多的是热转印法，该法对批量生产相同电路板效率较高，因此在生产上被广泛使用。让学生掌握此电路板制作方法很有必要，但此法工序较为复杂，学生实训时选择的实训项目各不相同，电路板亦不同，导致制作耗时长。同时，若用此法进行创新项目制作，会有诸多不便。除此以外，在元器件焊接安装环节，由于电路板制作工艺的限制，导致此环节均采用针脚式的元器件，而如今的集成电路主要采用贴片式的元器件，学生在实训中缺乏对元器件贴片安装工艺的实践环节。基于此，改变现行的实训模式，在其中增加新工艺、新技术势在必行。

2 引入增材制造技术的电子工艺实训教学模式

引入增材制造技术的电子工艺实训教学模式是指在原有实训教学的基础上，增加利用增材制造技术制作电路的实训环节，与传统的印制电路板的工艺结合，互为补充。本文主要通过实例介绍增材制造技术制作电路的基本流程。

步骤一：利用EDA软件进行原理图的设计与仿真，如图1所示。

步骤二：利用EDA软件生成布线设计图，如图2所示。

步骤三：利用液态金属打印机在基底胶片上打印电路，如图3所示。液态金属打印机使用北京梦之墨科技有限公司生产的MZMDP-1电子电路打印机，打印材料为GaSnIn基液态金属导电墨水（该材料熔点较低，但高于室温，能在室温下快速自然凝固）。電路打印完成后，对照电子版电路，用液态金属笔修补缺陷，修补后用万用表测试液态金属导线导通情况。

步骤四：贴片及包引脚，如图4所示。区分器件放置方向，用镊子夹起器件两侧，将器件从正上方放在准确的位置，之后用液态金属手写笔在电路和元器件引脚处书写，以确保电路连接畅通。

步骤五：调试及封装，如图5所示。接入电源板，闭合电源开关，对电路的工作状态进行调试。最后将完成后的电路放置在水平桌面上，准备适量封装胶，从电路上方倒胶，逐步覆盖电路区域，完成电路封装。

与传统电路制作技术相比，分析基于增材制造技术的液态金属电子直接打印技术的优缺点。

1）优点。对单个电路制作，液态金属电子直接打印技术能根据电路布线图直接在基底胶片上打印电路，相比传统电路制作技术（如热转印法）而言，减少很多环节，电路制作更快，且制作过程无污染，比较适合于电路设计研发阶段。而在电子工艺实训及学生创新实践中往往属于这种情况，因此，液态金属电子直接打印技术更适合于实验室环境下的学生实训教学与创新活动。

2）缺点。若一个电路从研发阶段转入批量生产，则液态金属电子直接打印技术无法满足需要，此时仍然需要采用传统电路制作技术（如热转印法）进行电路制作。因此，学生在掌握电路制作新技术的同时，仍然需要掌握传统电路制作技术。

3 引入增材制造技术对培养学生能力的作用

弥补实验室环境下表面贴装工艺环节缺失的不足  随着电子产品向着小型化、薄型化发展，电子元器件也逐渐由最早期的电子管、晶体管朝目前的大规模集成电路方向发

展[3]。尤其是现在常用的表面安装元器件，具有尺寸小、重量轻、无引线或者引线很短、形状简单、结构可靠和标准化程度高等优点，表面安装技术（SMT）也因此成为现代电子生产过程中的主流工艺。而在学校实验室环境下，由于设备及工艺的限制，SMT这一先进生产工艺很难让学生亲身实践。在实训中引入液态金属打印技术，通过液态金属打印机制造的电路板，学生可手动将贴片元件安装在电路中，很好地模拟了SMT的生产工艺，弥补了实验室环境下表面贴装工艺环节缺失的不足。

让学生充分接触电路制作新技术、新方法  当今社会发展迅速，各种新技术、新工艺、新设备不断涌现。学生在学习阶段理应跟上社会发展趋势，在学习传统技术、经验的同时，还要更广泛地接触新的技术及潮流，不拘泥于傳统思想的束缚，展现更多的创新性思维。在实训中训练电路板传统工艺的同时，引入一种新的基于增材制造技术的电路制作方法，让学生可以充分接触电路制作新技术、新方法。

提升学生的创作空间  液态金属打印技术的引入，可以实现实训过程中电路板的快速打印制作，操作过程简单无污染，学生可以根据任务要求自行设计电路并快速完成功能验证，更大程度实现了课程的价值，同时激发了他们的学习兴趣[4]。

让学生了解柔性电路的设计制造  随着电子产品的更新换代，柔性电路板由于其轻、薄、短、小的优势越来越多地被应用于PC及周边产品、汽车电子、医疗器械、通信及消费类电子产品等领域，近些年来涌现的所有高科技电子产品都采用了柔性电路板。传统的电子制造实践中，很难有学生自主完成柔性电路的设计制造。在实训中，由于液态金属打印技术的引入，根据柔性要求的不同，选择不同的基材，学生可快速实现柔性电路板的制作。学生可以更关注电路功能的定义及电路图的设计，最大限度地发挥自己的想象力，设计和创造自己的电子产品，并将自己的创意快速付诸实践。

4 结语

在原有的电子工艺实训中引入增材制造技术制作电路的实训环节，能让学生掌握电路板传统工艺的同时，掌握电路制作新技术、新方法，既可以弥补传统电路制作工艺下表面贴装工艺环节缺失的不足，更可以开展柔性电路板的设计制造，提升创作空间。■

参考文献

[1]吕菲，盛凯，丁小一.基于项目教学法的电子工艺实训课程教学的实践[J].山东农业工程学院学报，2018（12）：191-192.

[2]位磊，黄金刚，胡少六，等.电子工艺实践“三段式”教学模式探索与改革[J].实验科学与技术，2018（3）：115-118.

[3]李鹏.基于CDIO理念的电子工艺实训课程教学思路探讨[J].教育观察，2016（7）：94-95.

[4]郑祥明，李泰.基于创新创业的电子信息类专业实践能力的培养[J].韶关学院学报，2018（2）：95-98.

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