雷學(xué)良

摘要：電子線路CAD，即電子線路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，是20世紀(jì)70年代以后隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件的發(fā)展而逐步形成的一門新興學(xué)科。該課程主要講授利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和工具軟件來完成電路板設(shè)計(jì)的基本過程和實(shí)現(xiàn)原理，在高職院校中的主要教學(xué)內(nèi)容是如何使用軟件進(jìn)行電路板的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：電子線路；CAD；教學(xué)改革；教學(xué)方法

人類社會(huì)已進(jìn)入到高度發(fā)達(dá)的信息化社會(huì)，信息社會(huì)的發(fā)展離不開電子產(chǎn)品的進(jìn)步。現(xiàn)代電子產(chǎn)品在性能提高、復(fù)雜度增大的同時(shí)，價(jià)格卻一直呈下降趨勢，而且產(chǎn)品更新?lián)Q代的步伐也越來越快，實(shí)現(xiàn)這種進(jìn)步的主要因素是生產(chǎn)制造技術(shù)和電子設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。前者以微細(xì)加工技術(shù)為代表，目前已進(jìn)展到深亞微米階段，可以在幾平方厘米的芯片上集成數(shù)千萬個(gè)晶體管。后者的核心就是CDA技術(shù)，CDA是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成的電子CAD通用軟件包，主要能輔助進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)工作：IC設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)。沒有CDA技術(shù)的支持，想要完成上述超大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)制造是不可想象的，反過來，生產(chǎn)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步又必將對CDA技術(shù)提出新的要求。

回顧近20年電子設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展歷程，可將CDA技術(shù)分為兩個(gè)階段。

20世紀(jì)80年代為CAE階段，與CAD相比，除了純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且通過電氣連接網(wǎng)絡(luò)表將兩者結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)，這就是計(jì)算機(jī)輔助工程的概念。CAE的主要功能是：原理圖輸入、邏輯仿真、電路分析、自動(dòng)布局布線、PCB后分析。

20世紀(jì)90年代為EDA階段，盡管CAD/CAE技術(shù)取得了巨大的成功，但并沒有把人從繁重的設(shè)計(jì)工作中徹底解放出來。基于以上不足，人們開始追求：貫徹整個(gè)設(shè)計(jì)過程的自動(dòng)化，這就是EDA，即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。

機(jī)電工程系應(yīng)用電子專業(yè)自2002年開始開設(shè)電子線路CAD課程。自開設(shè)以來，為了提高該課程的教學(xué)效率，在系領(lǐng)導(dǎo)的支持下不斷地對該課程的教學(xué)方法、考核方法進(jìn)行改革，以期學(xué)生能將這門課程掌握得更好，更加接近用人單位的需求，為學(xué)生的就業(yè)創(chuàng)造更廣泛的舞臺(tái)。

2005年我系根據(jù)對畢業(yè)生的工作情況調(diào)查的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)電子線路CAD軟件在我國電子行業(yè)的使用已經(jīng)十分廣泛。為了適應(yīng)社會(huì)的需要，跟上時(shí)代的發(fā)展，我系在應(yīng)用電子專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中加入了電子線路CAD課程，電子線路CAD的課程改革主要進(jìn)行了以下三個(gè)方面的探索，具體內(nèi)容如下：

兵欲善其事，必先利其器。所以改革的第一步是關(guān)于軟件版本的選擇，電子線路CAD課程主要講解電路制版軟件的使用，所以選擇的軟件是十分重要的，我們選擇的是PROTEL公司的系列制版軟件，該系列軟件在電子行業(yè)中使用的比較廣泛。

第二步則是教學(xué)方法的改革。電子線路CAD是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，重點(diǎn)講授內(nèi)容是軟件的使用，如何更有效地培養(yǎng)和提高學(xué)生對軟件的使用能力，是我們教師一直思考的問題。最初在沒有現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可以借鑒的情況下，我們采用的教學(xué)方式是傳統(tǒng)的課堂教學(xué)加實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模式，是模仿其他電類課程的教學(xué)方式建立的，這種教學(xué)方法在學(xué)校條件有限的情況下，對電子線路CAD教學(xué)的開展起到了積極的作用，但是存在的問題也很多。

熱轉(zhuǎn)印法制PCB的原理：將PCB文件用激光打印機(jī)打印至熱轉(zhuǎn)印紙，然后將紙貼在敷銅板上，加溫，使墨融化粘到敷銅板上,然后將紙除去，在這個(gè)過程中盡可能多地將墨留在PCB板上，而不是隨著紙撕掉。然后將這塊板用三氯化鐵進(jìn)行腐蝕，因?yàn)槟镉心z劑不會(huì)被腐蝕掉，所以當(dāng)旁邊的銅被腐蝕掉，需要的線路就出來了，然后鉆孔，將墨層洗掉，打磨，涂上酒精松香水，最終PCB就做好了。在制作過程中有幾個(gè)要注意的問題：一是打印機(jī)和打印紙的選擇，打印機(jī)最好是激光打印機(jī)，其他類型的打印機(jī)在打印的過程中會(huì)出現(xiàn)墨粉附著效果差或者熔膠等問題，打印紙當(dāng)然是熱轉(zhuǎn)印紙了，實(shí)在沒有或者只缺幾張的情況下可以用普通打印紙（銅版紙）臨時(shí)替代也是可以的；二是PCB版轉(zhuǎn)印前的處理，敷銅板在轉(zhuǎn)印前是需要處理一下的，目的有兩個(gè)：一個(gè)是清潔表面。不要有什么雜質(zhì)，比如說油，這個(gè)東西很討厭，可是哪都有；一個(gè)是讓表面有一些微小的孔，這樣當(dāng)墨融化時(shí)就會(huì)滲進(jìn)這些孔里，增加粘合力，墨粉就不容易掉了。首先用挫刀將PCB的邊修平，主要是因?yàn)榍懈頟CB板時(shí)，容易有一些突起，這些突起在轉(zhuǎn)印時(shí)容易導(dǎo)致紙與PCB表面接觸不好，不平，溫度不高，導(dǎo)致斷線，所以將邊修平，使PCB表面成一個(gè)很平的平面是非常必要的。接著用砂紙將PCB表面磨光，主要還是磨平，這個(gè)程度靠個(gè)人感覺了。要求是平整光滑，無異物就可以了。然后到廢FeCl3當(dāng)中過一下，很快只要表面有點(diǎn)變色就行了，馬上到水龍頭上沖洗干凈。然后用洗衣粉把板表面洗干凈，這個(gè)步驟主要是去油，洗干凈就可以了，然后用水沖干凈，接著用衛(wèi)生紙將表面擦光，注意不能掉渣；三是加熱設(shè)備的選擇，比較好的當(dāng)然是過塑機(jī)改的熱轉(zhuǎn)印機(jī)，萬一沒有或者學(xué)生自己回家后制作使用電熨斗也是可以的，只是要控制好溫度大約在180攝氏度左右就行；四是將熱轉(zhuǎn)印紙撕下來的問題，轉(zhuǎn)印完了，到了最關(guān)鍵的一步了。冷下來的板子，直接扔在水里讓它泡泡，注意欲速而不達(dá)，浸一段時(shí)間，多長都沒關(guān)系。至少是整張紙都發(fā)泡起皺，然后拿著板子用手指慢慢搓就行。如果發(fā)現(xiàn)有掉墨的地方用油性筆補(bǔ)一下，然后進(jìn)入下一步操作；五是腐蝕。用FeCl3燒板，影響速度有兩個(gè)因素：一個(gè)是濃度；一個(gè)是溫度。濃度高了低了都不行。這個(gè)要多試幾次，差不多就行，不差那幾分鐘。但溫度是越高越快，個(gè)人把握。最后就是在各個(gè)環(huán)節(jié)中都要注意安全，防止出現(xiàn)劃傷、燙傷、腐蝕等危險(xiǎn)事件的發(fā)生，始終牢記安全第一。

最后一步就是關(guān)于考試方式的改進(jìn)。作為一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，要對其教學(xué)效果進(jìn)行有效的考核，就不是傳統(tǒng)試卷的考察方式所能達(dá)到的了，所以從一開始我們就在對電子線路CAD的考試方式的選擇上進(jìn)行探索，不斷地進(jìn)行改革，以期能有效地對課程的教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評價(jià)。開始我們模仿電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課的考試方式，采用的是學(xué)生對一個(gè)給定的電路進(jìn)行制版設(shè)計(jì)，然后寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，老師根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告來給定分?jǐn)?shù)。這個(gè)考試方法在操作中有一些問題，讓學(xué)生在兩個(gè)小時(shí)中做好電路板的設(shè)計(jì)又同時(shí)寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，時(shí)間不是很充分，另外如果學(xué)生能比較好地設(shè)計(jì)出電路板文件，那么已經(jīng)表示其對軟件的使用掌握較好，至于實(shí)驗(yàn)報(bào)告，也不能很好地從上面看出學(xué)生對軟件的掌握程度，其考察作用有限，另外還存在考試資料不易保存，評分標(biāo)準(zhǔn)不易拿捏好的問題。于是在實(shí)驗(yàn)室建立起來以后，我們改革了考試的方式，由老師給出電路圖，讓學(xué)生在兩小時(shí)內(nèi)操作完，將結(jié)果打印輸出，并在打印的結(jié)果上簽字確認(rèn)，以打印輸出的圖紙為評分依據(jù)，并給出了比較詳細(xì)的評分標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上達(dá)到了比較理想的考察效果。

但是這種考試方式與實(shí)訓(xùn)的形式比較相似，在學(xué)生們的考試成績與他們在實(shí)訓(xùn)中表現(xiàn)的能力是比較相符的，而且實(shí)訓(xùn)也要評分，評分標(biāo)準(zhǔn)還是參考國家技能考試的評分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的。為了了解學(xué)生對理論知識(shí)和實(shí)際操作的掌握程度，我們還在實(shí)訓(xùn)即將結(jié)束前進(jìn)行了簡單的答辯環(huán)節(jié)，先根據(jù)參加實(shí)訓(xùn)學(xué)生人數(shù)的多少進(jìn)行分組，每組里的學(xué)生隨機(jī)回答事先準(zhǔn)備好的十個(gè)左右的問題，題目范圍既有來自課本上的知識(shí)，用來考查學(xué)生掌握理論知識(shí)的水平，又有實(shí)踐過程可能遇到的問題，可以考查學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和解決問題的能力。最終得出每個(gè)學(xué)生的本次實(shí)訓(xùn)成績，也就是期末成績。

隨著我國電子科技水平的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在電路系統(tǒng)中的使用也會(huì)越來越廣泛、越來越深入，電子業(yè)的從業(yè)人員對電路線路CAD的良好掌握也會(huì)成為社會(huì)需求的必然，在高職院校中，電子線路CAD課程的發(fā)展方興未艾，這一課程的教學(xué)改革也會(huì)一直進(jìn)行下去，如何保證課程教學(xué)中各個(gè)環(huán)節(jié)能與社會(huì)的需求相適應(yīng)也是每個(gè)電子線路CAD教師一直在思考的問題。

參考文獻(xiàn)：

［１］奚洋，汪濤.電子線路CAD課程教改初探.科教導(dǎo)刊，2009.

［2］周又玲.關(guān)于電子線路CAD教學(xué)的構(gòu)想［J］.海南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2000.

［3］李加升.應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)課程設(shè)置與教學(xué)改革的思考［J］.成功：教育，2007.

（作者單位 湖北省咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院）