北邮电子工艺实习实验报告.docx
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北邮电子工艺实习实验报告
北京邮电大学实习报告
1.焊接工艺
1.1焊接工艺的基本知识
焊接，也写作焊接或称熔接、镕接，是一种以加热方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。
焊接透过下列三种途径达成接合的目的：
∙加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助
∙单独加热熔点较低的焊料，无需熔化工件本身，借焊料的毛细作用连接工件（如软钎焊、硬焊）
∙在相当于或低于工件熔点的温度下辅以高压、叠合挤塑或振动等使两工件间相互渗透接合（如锻焊、固态焊接）
依具体的焊接工艺，焊接可细分为气焊、电阻焊、电弧焊、感应焊接及激光焊接等其他特殊焊接。
我们实验中主要是PCB板的焊接。
焊接的过程有浸润、扩散、冷却凝固三个阶段的变化。
焊接工艺是指焊接过程中的一整套技术规定。
包括焊接方法、焊前准备、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊接操作、工艺参数以及焊后热处理等。
SMT
SMT是表面组装技术（表面贴装技术）（SurfaceMountTechnology的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。
特点
组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%～60%，重量减轻60%～80%。
可靠性高、抗震能力强。
焊点缺陷率低。
高频特性好。
减少了电磁和射频干扰。
易于实现自动化，提高生产效率。
降低成本达 30%～50%。
节省材料、能源、设备、人力、时间等。
焊接步骤有四步：
施加焊锡膏----贴装元器件-----回流焊接-----清洗。
1.2焊接工具、焊料、焊剂的类别与作用
主要工具和材料是烙铁、镊子、螺丝刀、钳子等。
本实验采用的烙铁为外热式。
现对主要工具进行说明：
1.2.1电烙铁简介
1外热式电烙铁：
一般由烙铁头、烙铁芯、外壳、手柄、插头等部分所组成。
烙铁头安装在烙铁芯内，用以热传导性好的铜为基体的铜合金材料制成。
烙铁头的长短可以调整（烙铁头越短，烙铁头的温度就越高），且有凿式、尖锥形、圆面形、圆、尖锥形和半圆沟形等不同的形状，以适应不同焊接面的需要。
1内热式电烙铁：
由连接杆、手柄、弹簧夹、烙铁芯、烙铁头（也称铜头）五个部分组成。
烙铁芯安装在烙铁头的里面（发热快，热效率高达85％～％％以上）。
烙铁芯采用镍铬电阻丝绕在瓷管上制成，一般20W电烙铁其电阻为2.4kΩ左右，35W电烙铁其电阻为1.6kΩ左右。
1.2.2焊料
焊锡丝
是一种易熔金属，它能使元器件引线与印制电路板的连接点连接在一起。
锡（Sn）是一种质地柔软、延展性大的银白色金属，熔点为232℃，在常温下化学性能稳定，不易氧化，不失金属光泽，抗大气腐蚀能力强。
铅（Pb）是一种较软的浅青白色金属，熔点为327℃，高纯度的铅耐大气腐蚀能力强，化学稳定性好，但对人体有害。
锡中加人一定比例的铅和少量其它金属可制成熔点低、流动性好、对元件和导线的附着力强、机械强度高、导电性好、不易氧化、抗腐蚀性好、焊点光亮美观的焊料，一般称焊锡。
焊锡按含锡量的多少可分为15种，按含锡量和杂质的化学成分分为S、A、B三个等级。
手工焊接常用丝状焊锡。
1.2.3焊剂
1助焊剂
助焊剂一般可分为无机助焊剂、有机助焊剂和树脂助焊剂，能溶解去处金属表面的氧化物，并在焊接加热时包围金属的表面，使之和空气隔绝，防止金属在加热时氧化；可降低熔融焊锡的表面张力，有利于焊锡的湿润。
1阻焊剂
限制焊料只在需要的焊点上进行焊接，把不需要焊接的印制电路板的板面部分覆盖起来，保护面板使其在焊接时受到的热冲击小，不易起泡，同时还起到防止桥接、拉尖、短路、虚焊等情况。
使用焊剂时，必须根据被焊件的面积大小和表面状态适量施用，用量过小则影响焊接质量，用量过多，焊剂残渣将会腐蚀元件或使电路板绝缘性能变差。
下面以列表的形式给出各项材料的作用。
项目
作用
焊接工具
烙铁
焊接主要工具，用于熔化焊锡
吸锡器
焊接错误进行拆焊时吸除焊点的焊锡
螺丝刀
拆装机器猫
焊盘
放置烙铁和焊锡
镊子
焊接时夹持焊锡
钳子
剪裁导线或焊锡等
焊接材料
焊锡（锡铅合金）
固定焊脚，电路板和器件电气连接
助焊剂（松香）
加速焊锡融化，去除氧化膜，防止氧化等
阻焊剂（光固树脂）
板上和板层间的绝缘材料
1.3焊接方法
进行焊接主要有六项基本操作
2.
3.
加热焊接推荐的是五步焊接法
1.3.1电烙铁的握法
电烙铁的握法分为三种：
1反握法是用五指把电烙铁的柄握在掌内。
此法适用于大功率电烙铁，焊接散热量大量被焊件。
1正握法.此法适用于较大的电烙铁，弯形烙铁头的一般也用此法。
1握笔法用握笔的方法握电烙铁，此法适用于小功率电烙铁，焊接散热量小的被焊件，如焊接收音机、电视机的印制电路板及其维修等。
1.3.2电烙铁使用前的处理
1在使用前先通电给烙铁头“上锡”。
首先用挫刀把烙铁头按需要挫成一定的形状，然后接上电源，当烙铁头温度升到能熔锡时，将烙铁头在松香上沾涂一下，等松香冒烟后再沾涂一层焊锡，如此反复进行二至三次，使烙铁头的刃面全部挂上一层锡便可使用了。
1电烙铁不宜长时间通电而不使用，这样容易使烙铁芯加速氧化而烧断，缩短其寿命，同时也会使烙铁头因长时间加热而氧化，甚至被“烧死”不再“吃锡”。
1.3.3电烙铁使用注意事项
1根据焊接对象合理选用不同类型的电烙铁。
1使用过程中不要任意敲击电烙铁头以免损坏。
内热式电烙铁连接杆钢管壁厚度只
0.2mm，不能用钳子夹以免损坏。
在使用过程中应经常维护，保证烙铁头挂上一层薄锡。
1.3.4对焊接点的基本要求
1焊点要有足够的机械强度，保证被焊件在受振动或冲击时不致脱落、松动。
不能用过多焊料堆积，这样容易造成虚焊、焊点与焊点的短路。
1焊接可靠，具有良好导电性，必须防止虚焊。
虚焊是指焊料与被焊件表面没有形成合金结构。
只是简单地依附在被焊金属表面上。
1焊点表面要光滑、清洁，焊点表面应有良好光泽，不应有毛刺、空隙，无污垢，尤其是焊剂的有害残留物质，要选择合适的焊料与焊剂。
可以按照如下图所示的焊接错误示意图检查焊点缺陷。
焊接的典型错误图示
1.3.5手工焊接的基本操作方法
1焊前准备：
准备好电烙铁以及镊子、剪刀、斜口钳、尖嘴钳、焊料、焊剂等工具，将电烙铁及焊件搪锡，左手握焊料，右手握电烙铁，保持随时可焊状态。
1用烙铁加热备焊件。
1送入焊料，熔化适量焊料。
1移开焊料。
1当焊料流动覆盖焊接点，迅速移开电烙铁。
1掌握好焊接的温度和时间。
在焊接时，要有足够的热量和温度。
如温度过低，焊锡流动性差，很容易凝固，形成虚焊；如温度过高，将使焊锡流淌，焊点不易存锡，焊剂分解速度加快，使金属表面加速氧化，并导致印制电路板上的焊盘脱落。
尤其在使用天然松香作助焊剂时，锡焊温度过高，很易氧化脱皮而产生炭化，造成虚焊。
1.3.6印制电路板的焊接过程
1焊前准备：
首先要熟悉所焊印制电路板的装配图，并按图纸配料，检查元器件型号、规格及数量是否符合图纸要求，并做好装配前元器件引线成型等准备工作。
1焊接顺序：
元器件装焊顺序依次为：
电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路、大功率管，其它元器件为先小后大。
1对元器件焊接要求
电阻器焊接：
按图将电阻器准确装人规定位置。
要求标记向上，字向一致。
装完同一种规格后再装另一种规格，尽量使电阻器的高低一致。
焊完后将露在印制电路板表面多余引脚齐根剪去。
1电容器焊接：
将电容器按图装人规定位置，并注意有极性电容器其“＋”与“－”极不能接错，电容器上的标记方向要易看可见。
先装玻璃釉电容器、有机介质电容器、瓷介电容器，最后装电解电容器。
1二极管的焊接：
二极管焊接要注意以下几点：
第一，注意阳极阴极的极性，不能装错；第二，型号标记要易看可见；第三，焊接立式二极管时，对最短引线焊接时间不能超过2S。
1三极管焊接：
注意e、b、c三引线位置插接正确；焊接时间尽可能短，焊接时用镊子夹住引线脚，以利散热。
焊接大功率三极管时，若需加装散热片，应将接触面平整、打磨光滑后再紧固，若要求加垫绝缘薄膜时，切勿忘记加薄膜。
管脚与电路板上
整、打磨光滑后再紧固，若要求加垫绝缘薄膜时，切勿忘记加薄膜。
管脚与电路板上需连接时，要用塑料导线。
集成电路焊接：
首先按图纸要求，检查型号、引脚位置是否符合要求。
焊接时先焊边沿的二只引脚，以使其定位，然后再从左到右自上而下逐个焊接。
对于电容器、二极管、三极管露在印制电路板面上多余引脚均需齐根剪去。
1.3.7拆焊的方法
1在调试、维修过程中，或由于焊接错误对元器件进行更换时就需拆焊。
拆焊方法不当，往往会造成元器件的损坏、印制导线的断裂或焊盘的脱落。
良好的拆焊技术，能保证调试、维修工作顺利进行，避免由于更换器件不得法而增加产品故障率。
普通元器件的拆焊：
1用合适的医用空心针头拆焊
1用铜编织线进行拆焊
1用气囊吸锡器进行拆焊
1用专用拆焊电烙铁拆焊
1用吸锡电烙铁拆焊。
在实际中，可以用下图中的步骤进行操作
4.原理图设计与仿真
2.1Multisim仿真电路
（为了说明我的电路图的灯泡能够亮，特地选了一个灯泡亮着的图）
2.2电路仿真波形
VA≈2/3VB
印制板设计
3.1电路原理图（通过ERC检验，没有错误）
3.2机器狗的印制板图（通过DesignRuleCheck检验，没有错误）
5.机器狗的焊接、安装及调试
4.1机器狗的基本工作原理
讲课前自己思考：
基本框图
讲课后补充：
4.1.2555构成的单稳态触发电路的工作原理
555定时器的功能主要由两个比较器C1和C2决定，比机器的参考电压由分压器提供，在电源和地之间加Vcc电压，并让Vm悬空，上比机器C1的参考电压为2/3Vcc，下比机器C2为1/3Vcc。
下图为555定时器结构框图
单稳态触发器电路在触发信号未到来时，总处于一种稳定状态。
在外来触发信号的作用下，它能翻转成新的状态，但这种状态是不稳定的，只能维持一定时间，因而称之为暂稳态。
暂态时间结束，电路能自动回到到原来状态，从而输出一个矩形脉冲，由于这种电路只有一个稳定状态，因而称之为“单稳态触发器”，简称“单稳电路”或“单稳”。
单稳电路的暂态时间tW,与外界触发脉冲无关，仅由电路本身的耦合元件RC决定，因此称RC谓单稳电路的定时元件。
tW=RCIn3。
4.1.3声控工作原理
麦克风（声敏传感器）是把外界声场中的声信号转换成电信号的传感器。
声敏元件麦克风V1没有声音激发时，其导电率很低，且呈高阻抗，使得Q1反偏截止，电源通过R10加在Q2的基极上Q2截至，IC1的2脚输入高电平，处于复位状态，3脚输出低电平，M1关断，则电机没有工作，机器猫保持静止状态。
当声敏元件麦克风V1处在一定的声波之中时，其内部会产生一系列电子密度的变化，因而麦克风V1电阻变得很小。
这时，声波检测信号通过C1直接耦合到Q1的基极上而导通，并且反向，再通过C3直接耦合到Q2的基极，与通过R10的电压叠加变成高电平，Q2导通，使得ICI等元件组成的单稳态电路2脚输入从高电平跳变为低电平，IC1被触发翻转，3脚输出高电平，M1开通，电动机开始工作，机器猫便开始行走了，同时行走的时间将延长到单稳态触发器的延时时间。
当IC1的3脚输出高电平可以带动电机工作的同时，D2被导通，将直接加到Q3的基极上，Q3被导通，进而Q2被截止，IC1的2脚输入由低电平跳为高电平。
IC1处于复位状态。
由于声波的延续，使得声敏元件麦克风V1连续不断地受到声波的作用，则IC1的2脚会不断得到触发，3脚持续输出高电平，这时该电路将一直驱动电机M1工作，机器猫会持续行走，直到声波消失。
4.1.4光控、磁控工作原理
光敏三极管（红外接收管）由两个PN结组成，它的发射极具有光敏特性。
它的集电极与普通晶体管一样，可以获得电流增益，但是基极没有引线。
干簧管（舌簧开关）由一对磁性材料制造的弹性舌簧组成，密封在玻璃管中，舌簧端面互叠有一条间隙缝，触点渡有一层贵金属，是开关具有稳定的特喜感和延长使用寿命。
当光敏三极管或干簧管被激发时，他们可以直接将光信号、磁信号转变为电信号，使得IC1等元件组成的单稳态电路2脚由高电平跳变为低电平，从而IC1被触发翻转，3脚输出高电平，M1开通，电动机开始工作，机器猫便开始行走了，同时行走的时间将延长到单稳态触发器的延时时间。
当IC1的3脚输出高电平可以带动电机工作的同时，D2被导通，将直接加到Q3的基极上，Q3被导通，进而Q2被截止，IC1的2脚输入由低电平跳为高电平。
IC1处于复位状态。
由于光信号、磁信号的延续，使得光敏接收管和干簧管连续不断地受到光信号、磁信号的作用，则IC1的2脚会不断得到触发，且3脚持续输出高电平，这时该电路将一直驱动电机M1工作，机器猫会持续行走，直到光信号或磁信号消失为止。
4.2元器件的识别与测试
元器件名称
器件识别
器件说明与测试
电阻
注意阻值读数是否正确
二极管
有白色色环的引脚为负极
三极管
注意极性，判断NPN和PNP，注意引脚封装
电解电容
判断极性是否接错
光敏三极管
两个PN结组成，但基极没有引线；当遇到光照时，C、E两极导通，测量时红表笔接C
干簧管
由一对磁性材料制造的弹性舌簧组成，密封于玻璃管中；舌簧磁化，当磁场作用时舌簧被吸引力作用接触导通，即电路闭合
麦克风
注意接外壳的引脚为负极性
4.3机器狗的焊接
检查、测试各类元件之后，即可开始机器猫控制电路印刷电路板的焊接。
焊接时应遵循以下注意事项：
1.焊接的原则是：
先低后高，先小后大。
即先焊接高度较低、尺寸较小的元件，再焊接高度较高、尺寸较大的元件，避免先焊大元件而小元件不便于焊接的情况；
2.元器件可采用卧式焊接和立式焊接两种焊接方法。
3.区分极性元件和芯片方向，如电解电容、二极管、三极管等极性元器件的引脚属性、555集成芯片的放置方向；
4.先焊接怕热元件，如555集成芯片、三极管、二极管、电解电容等，此类元件不可承受长时间的高温。
故在焊接这类元件时每个引脚焊接时间最好在4～5秒，不可过长；
5.焊后处理：
剪去多余引线，避免发生短路；检查焊点，看是否有虚焊、桥接、短路等现象。
6.电机不可拆卸。
7.正确使用各种导线。
焊接好印制板后，先对机器猫进行测试，保证机器猫能正常工作，然后拆壳，将印制板与机器猫内部的电路进行连接。
符号说明如下：
名称
代表字符
名称
代表字符
名称
代表字符
电动机
M
麦克风
S
红外接收
I
电源
V
干簧管
R
具体的连接如下：
1.电动机：
打开机壳，电动机（黑色）已固定在机壳底部。
电动机负极与电池负极有一根连线，改装电路，将连在电池负极的一端焊下来，改接至线路板的“电动机－”（M－），由电动机正端引一根线J1到印制板上的“电动机＋”（M＋）。
音乐芯片连接在电池负极的那一端改接至电动机的负极，使其在猫行走的时候才发出叫声。
2.电源：
由电池负极引一根线J2到印制板上的“电源－”（V－）。
“电源＋”（V＋）与“电机＋”（M＋）相连，不用单独再接。
3.磁控：
由印制板上的“磁控＋、－”（R＋、R－）引两根线J3、J4，分别搭焊在干簧管（磁敏传感器）两腿，放在猫后部，应贴紧机壳，便于控制。
干簧管没有极性。
4.红外接收管（白色）：
由印制板上的“光控＋、－”（I＋、I－）引两根线J5、J6搭焊到红外接收管的两个管腿上，其中一条管腿套上热缩管，以免短路，导致打开开关后猫一直走个不停。
红外接收管放在猫眼睛的一侧并固定住。
应注意的是：
红外接收管的长腿应接在“I－”上。
5.声控部分：
屏蔽线两头脱线，一端分正负（中间为正，外围为负）焊到印制板上的S＋、S－；另一端分别贴焊在麦克风（声敏传感器）的两个焊点上，但要注意极性，且麦克易损坏，焊接时间不要过长。
焊接完后麦克安在猫前胸。
6.通电前检查元器件焊接及连线是否有误，以免造成短路，烧毁电机发生危险。
尤其注意在装入电池前测量“电源－”（V－）。
“电源＋”间是否短路，并注意电池极性。
4.4机器狗的组装
电路板和各感应部件的放置遵循以下思路：
⏹干簧管放在猫后部，贴紧机壳，便于磁感应
⏹红外接收管通过钻孔放在猫胸前，便于感受光照
⏹麦克的放置要求不多，这点由声音的传导性质决定
完成了上述步骤后，不能先通电，应先检查元器件焊接及连线是否有误，以免造成短路。
检测通过之后，方可进行封装。
4.5机器狗的调试
在刚刚拿到机器狗的时候先插上电池，看机器狗能不能动起来，然后再拆机器狗并焊接。
简单测试完成后再组装机壳。
装好后，分别进行声控、光控、磁控测试，均有“走—停”过程即测试通过。
如某部分功能不正常，可拆开机壳，有针对性地检查电路和焊接。
一般来讲，最可能的错误来自于导线连接的错位和器件极性倒置。
6.实习的总结与心得体会
这一次7天的小学期可谓是收益匪浅，打开我了解电子工艺的大门，7天的学习分成了四个阶段。
这四个阶段就和实际工作中处理问题的过程有点类似，让我们实际地体验了以下电子工艺的流程，当然在实际中遇到的问题会更多，流程可能也会更加低复杂，从而我们需要掌握的细节以及理论知识和操作能力应该更强。
第一阶段的学习是熟悉焊接的基本操作，需要将板子上的300多个焊点全部焊上导线。
由于之前没有进行过焊接相关的培训，所以这一阶段的学习一开始出现手抖，焊锡涂抹过多的问题。
在焊了几个练习的孔之后就能渐渐地熟悉焊接的五步基本操作，并且焊接的速度也越来越快，小小的成就也让我对于小学期的学习充满了兴趣。
在焊到最后的时候，自己有点急躁，想快点完成，就加快了速度，结果好几次加多了焊锡，结果把没有插铜丝的孔堵住了，反而浪费了更多的时间。
从中也让我认识到了，无论是在学习还是以后的工作中，一定要戒骄戒躁，才能找到适合自己的节奏，更好地完成自己的任务。
第二阶段的学习是进行multisim电路的仿真，仿真的目的是让我们更好地理解电路的原理，以及参数的细微变化可能带来的影响，实际的工作生产中，进行仿真模拟波形图几乎是必不可少的步骤了。
在进行电路搭建的时候，修改元件的参数要非常细心，不能出错。
我们在做仿真的时候就出现过灯一直亮，或者灯一直不亮的问题，或者灯亮了一会儿再有开关闭合时等就不再亮了，都是电阻或者电容设置得过大或者过小导致的。
值得一说的是，虽然出现了错误，但是通过修改参数让我们对于电路的原理图有了更深入的了解，这对于后面学习的实习都是很有好处的。
Multisim软件画图的时候，要注意各个交点的连接，避免错误。
同时，最终的结果应该是声、光、磁开关闭合时电路中的等变亮，仿真波形有变化。
第三阶段的学习是利用protel99se进行原理图和印刷电路板等的制作，这一阶段的学习比第二阶段又难了一点，由于之前对于这个软件接触得比较少，做了比较长的时间。
边学习边完成老师完成的任务，在这一阶段的学习中我提高了自己的自学能力，对于protel的基本功能有了基本的了解，对于今后自己的深入学习是很有好处的。
Protel的PCB板的制作是最需要细心的，对于线的布局需要有自己的规划，而且即使是做好了之后还需要不断的修改才能找到更优的布局，从而形成一个美观实用的PCB板。
PROTEL是Altium公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件。
老师选择让我们用protelse99也是别有用心，这款比较旧的软件有助于我们理解软件后台的工作机制，通过解决问题，让我们对于这款软件有一个全面且深入的理解，从而为以后的工作打下坚实的基础。
第四阶段的学习是机器狗的焊接，虽然要焊接的东西不多，但是有几个比较容易出错的点，比如Q2，需要比较细心，焊接错了要拆开的话会花费比较多的时间。
焊接的时候只有对于整个过程非常了解，才不会手忙脚乱，显出游刃有余。
全部改装完毕后，内部的线路一下变得很乱，导线也不很难摆布好，把磁、声、光感元件分别固定在合适的位置又需要一定的时间。
当遇到问题的时候，需要从新检查一遍电路，看有没有焊接错的地方，然后看有没有短路，桥接等情况的出现。
我们在做的时候有同学出现“疯狗”和”死狗”，“病狗”的情况，有些狗会倒着走，是把电动机的正负极接错了位置。
产生问题的原因是多种多样的，对于原理的理解能够帮助我们更快地找到自己的错误所在并且熟练地进行改正。
本次电子工艺实习，老师选择了一个比较有趣味性的机器狗的焊接，老师上课的讲解也很详细，不仅仅给我们讲了课堂操作方面的知识，还给我们讲了行业的前景，软件的发展历程，以及未来电子工艺实习课程对于未来工作的作用。
在这次课程中，我学到了焊接的基本技巧和操作，multisim的使用，以及protel软件的使用。
同时，我遇到了一些问题，这些问题有的可以在网上找到答案，有些需要自己更加深入地理解原理才能解决。
通过解决问题，也极大地提高了我的动手能力，要想更快更好地完成实验，除了要有比较强的动手能力外，课前的准备，特别是对于原理的理解和对于操作的预习,能让实验操作的构成更加顺利。
在以后的工作中，实际的操作能力也许是比理论知识更加重要的，所以，掌握基本的操作能力，在遇到问题地时候能够有条不紊地，逐步分析，各个击破，逐渐找到问题的关键将成为我们能力的增长点和工作的立足点。
最后，感谢老师认真细心的教学，让我们受益匪浅！
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