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北邮电子工艺实习报告


北京邮电大学实习报告
实习名称 学生姓名 实习时间 电子工艺实习 班 级 学 院 信息与通信工程学院 学 号

实习地点
一、掌握电烙铁的正确使用方法、 基本的焊接技术和万用表等常用电子仪表

实 习 内 容

的使用方法;了解常用电子元器件的性能特点、命名、识别及其安装方 法。了解和掌握表面贴装工艺

(SMT)的基本知识、工艺流程以及各种 常用的 EDA 工具。 二、掌握机器猫的工作原理,学会识别电路原理图与印刷图;学会半导体二 极管、电解电容等有极性元件正负极性的区分,色环(四色或五色)电 阻、电感标称数值的读取等,并进一步熟练焊接技术。 三、了解并初步掌握一般电子产品的生产制作、 调试与装配的基本技能与方 法。 四、整机调试与验收,写实习总结报告。

学生 实习 总结 (附页, 不少于 2000 字)

见附页

遵照实习大纲并根据以下三方面按百分制综合评定成绩: 1、思想品德、实习态度、实习纪律等 2、技术业务考核、笔试、口试、实际操作等 3、实习报告、分析问题、解决问题的能力

实 习 成 绩 评 定

实习评语:

实习成绩:
指导教师签名: 实习单位公章







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1.焊接工艺
1.1 焊接工艺的基本知识
焊接——是通过加热或加压力(或两者并用),使被焊金属原子之间互相溶解与扩散,使 分离的金属材料牢固地连结在一起的工艺方法。 1.1.1电烙铁简介 ??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。 ??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 焊接工具、焊料、焊剂的类别与作用
1.2.1选用电烙铁一般遵循以下原则 ??烙铁头的形状要适应被焊件物面要求和产品装配密度。 ??烙铁头的顶端温度要与焊料的熔点相适应,一般要比焊料熔点高30 -80℃(不包括在电烙 铁头接触焊接点时下降的温度)。 ??电烙铁热容量要恰当。烙铁头的温度恢复时间要与被焊件物面的要求相适应。温度恢复时 间是指在焊接周期内,烙铁头顶端温度因热量散失而降低后,再恢复到最高温度所需时间。它 与电烙铁功率、热容量以及烙铁头的形状、长短有关。 1.2.2选择电烙铁的功率原则如下: ??焊接集成电路,晶体管及其它受热易损件的元器件时,考虑选用20W 内热式或25W 外热式 电烙铁。 ??焊接较粗导线及同轴电缆时,考虑选用50W 内热式或45 -75W 外热式 电烙铁。 ??焊接较大元器件时,如金属底盘接地焊片,应选100W 以上的电烙铁。 1.2.2焊料
焊锡丝 20W 电烙铁

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
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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 ??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。 ??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。 1.2.4辅助工具 为了方便焊接操作常采用尖嘴钳、偏口钳、镊子和小刀 等做为辅助工具。应学会正确使用这些工具。

焊接方法
1.3.1. 电烙铁的握法 电烙铁的握法分为三种: ??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,焊接散热量大的被焊 件。 ??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。 ??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 ??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。 ??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
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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 ??根据焊接对象合理选用不同类型的电烙铁。 ??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有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 ??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。 ??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。 ??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。

焊点有毛刺

焊锡过少

合格焊点

蜂窝状虚焊

焊锡过多

1.3.5手工焊接的基本操作方法 ??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。 ??用烙铁加热备焊件。 ??送入焊料,熔化适量焊料。 ??移开焊料。 ??当焊料流动覆盖焊接点,迅速移开电烙铁。 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 ??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。 ??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。
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??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。 ??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。 ?? 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 。 ??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 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: ??选用合适的医用空心针头拆焊 ??用铜编织线进行拆焊 ??用气囊吸锡器进行拆焊 ??用专用拆焊电烙铁拆焊 ??用吸锡电烙铁拆焊。

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1. 原理图设计与仿真
2.1 Multisim 仿真电路

2.2 电路仿真波形

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2. 印制板设计
3.1 电路原理图

3.2 机器猫的印制板图

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3. 机器猫的焊接、安装及调试
4.1 机器猫的基本工作原理
4.1.1工作原理 ??基本框图

生敏传感器

放大

单稳

功放

电机

磁敏传感器

红外线接受管

??555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, 比较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悬空时,上比较器C1的参考电压为2/3VCC,下比较器C2为 1/3VCC。

单稳态触发器特点:
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??·两个工作状态:稳态和暂稳态 ??·在外界触发脉冲作用下,能从稳态翻转到暂稳态,在暂稳态维持一段时间后,在自动返回 稳态。 ??·暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数,与触发脉冲的宽度和幅度无关。

单稳态触发电路

工作波形

机器猫具体工作原理: 原理图:

?
?? 该装置主要由声控检测电路、光控检测电路、磁控检测电路、触发电路、单稳态电路、开 关组成。声敏元件麦克风V1与电阻R1、R2,组成声敏取样电路,主要是将声信号转变为电信号,
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为单稳态电路提供触发信号。光敏三极管、干簧管可以将光信号、磁场信号转变为电信号,为 单稳态电路提供触发信号。 ??声控工作原理 平时,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。 ??光控、磁控工作原理 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 电阻 二极管 三极管 测试内容及要求 阻值是否合格
正向导通,反向截至。极性标志是否正确(注:有色环的一边为负极性) 判断极性及类型:8050、9014(D)为NPN型 β 值大于200。

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是否漏电

漏电流小 负 极性正确

电解电容
极性是否正确 正

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。 它的集电极则与普通晶体管一样,可以获得电 流增益,但基极一般没有引线。光敏三极管有 放大作用,如右图所示。当遇到光照时,C、E 两极导通。测量时红表笔接 C 由一对磁性材料制造的弹性舌簧组成, 密封于玻璃 管中,舌簧端面互叠留有一条细间隙,触点镀有一 层贵金属,使开关具有稳定的特性和延长使用寿 命。当恒磁铁或线圈产生的磁场施加于开关上时, 开关两个舌簧磁化, 若生成的磁场吸引力克服了舌 簧的弹性产生的阻力,舌簧被吸引力作用接触导 通,即电路闭合。一旦磁场力消除,舌簧因弹力作用又重新分开。

干簧管 (舌簧开关)

是将感应到的声音或振动转化为电信号,外围负,用屏蔽线焊 麦克风 (声敏传感器) 接。

4.3 机器猫的焊接
印制板焊接 按照 PCB 板上各元件的位置焊接,注意焊接要求如下:

< 8mm

三极管

电解电容

二极管、电阻

4.4 机器猫的组装
在连线之前,应将机壳拆开,避免烫伤及其他损害,并保存好机壳和螺钉。 注意:电机不可拆! 参考下列步骤进行连线:(J1~J6的长度参考材料单) ??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。
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??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。 ??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。 ??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。 ??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。

??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。 ??组装:简单测试完成后再组装机壳,注意螺钉不宜拧得过紧,以免塑料外壳损坏。装好后, 分别进行声控、光控、磁控测试,均有“走——停”过程即算合格。

4.5 机器猫的调试
1.装入电池,开启开关,猫立即有反应,并且过了一段时间后停止反应; 2.通过敲打发出声音,猫有反应,一段时间后停止; 3.用电筒照射猫的前胸,猫无反应; 4.把磁铁在猫的尾部吸引几下,猫有反应,一段时间后停止; 5.经老师点拨,我发现我没有注意【红外接收管的长腿应接在“I-”上】,把红外接收管接反 了。于是我立即返回将红外接收管两管脚焊下并反过来重新焊上; 6.组装好之后,重复以上过程,经测试,完美运行。

4. 实习的总结与心得体会
本次实习的任务是改装一个现成的玩具猫,使其具有运动后能够自动停止,并且在声、光、 磁的刺激下能够运动的功能。过程中,首先,我练习了焊制电路的基本技术,之后学习了如何 运用 Multisim 10.0 软件进行电路仿真,以及如何用 Protel 99se 软件进行 PCB 电路板的制作,最 后,就是对机器猫的正式改装了。下面,就是我在小学期各个时间段的总结及心得体会。 ??焊接电路基本技术的练习: 这一阶段,要做的事是练习基本焊接技术,我们进行模拟元件焊接,即用铜线代替元件管 脚,总共要完成 300 个孔线的焊接。
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这对于第一次接触焊接的我来说,既充满了挑战同时又激起了我极大兴趣。首先,老师讲 解了当前电子电路的发展状况,结合现代计算机技术以及先进的机械技术,电路的设计与生产 变得越来越高效和智能,电子产业正在蓬勃发展,其发展前景仍然无限。我认真听着老师的介 绍,深受这些电子高新技术的鼓舞,听完老师的基本介绍后我就迫不及待开始了最基本的练习。 虽然之前电子电路综合实验我选择的是红外发送接收实验,已经学过焊接,有一定的焊接基础, 但是当时的音乐芯片焊接面很大,而且焊接点很少,所以当我面对这一个包含 300 多个点的小 板子的时候,心里还是挺毛的。当我接通电烙铁预热后,发现它连焊锡都无法融化。也是我去 找老师,老师说是电烙铁上有氧化层,擦一擦便可。于是我拿纸擦了擦烙铁头,由于纸太薄把 左手食指烫了个大泡,但是我的电烙铁变得很好用了。一开始焊前两排的时候我很紧张,总是 怕焊不好。后来慢慢熟练了,大部分时间都用在剥线上了,焊的时间很短,焊的点也越来越漂 亮了。 这次焊接练习为我之后机器猫电路板的焊接打下了基础。 ??用 Multisim 10.0 软件进行电路仿真: 好像之前做实验的时候用过这个软件,也好像没用过。但是只要是电路仿真软件都这个套 路:新建工程——新建原理图——在库里找相应的元件并放置——仿真。所以这个软件一下午 的时间就搞定了。第一次仿真并没有成功,我检查了好几遍电路,终于发现有个十字线交叉的 路口应该是实点,我却没有连起来。连起来之后在仿真便成功了。 ??用 Protel 99se 软件制作 PCB 板: 由于之前做电子电路综合实验的时候使用过 Protel 2004,所以我本以为 04 我都会了 99 我还 能不会么。 结果大错特错了, 这是整个小学期最麻烦最纠结的阶段。 一开始听说这个软件和 win7 不兼容,于是我安完软件后便按照 word 上的指点改 C 盘 windows 里面的.ini 文件。后来发现根 本没这个必要,只要输入提供的破解 key 便可以了。费了老大劲兜了一圈后,我开始继续按照 word 上的提示做。结果在使用过程中,我发现它与之前的 Multisim 10.0 差多了:导线不会随着 元件的移动而做相应移动、图纸不能使用鼠标滚轮移动。但是,另一方面,由于软件的缺陷, 我不得不仔仔细细做好每一步,因为任何一步发生错误再回头去改的话将会遇到难以想象的麻 烦。换言之,我锻炼了我的耐心和细心。 当我生成 net 表,update 了 PCB 板之后,我却发现有好多电容,二极管,三极管之类的没有 进去。一开始我以为是兼容问题准备改.ini 文件, 但是网上说这是生成 net 表错误的时候这么改, 而我 net 表并没有错误生成。于是我慢慢摸索解决问题的办法。第二天终于明白是封装 footprint 没有写进去。给每个元件加入封装置后,我的 PCB 板终于是齐全的了。 通过使用软件,我也体会了软件生成 PCB 板的一些工作机制,之前我以为软件是通过直接 读取绘制的原理图来连接 PCB 中的元件的,但是我不久就发现了矛盾:二极管在原理图中明明 是有导线相连的,但是在 PCB 图中却被孤立出来,即与其他元件毫无关联。我想起老师反复提 到过二极管的原理图与 PCB 板的管脚名称不一样。于是我看了一下,果然,原理图中是 1,、2, PCB 板中是 A、K。但是当我按照老师给的方法将 net 表中相应的 D1/D2 改成 A/K 却不行。最 后在反复思考后,我决定修改元件库,将其管脚的名称从定义上修改,然后保存,update 原理
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图,重新生成 net 表,再 updatePCB 板就可以了。之后老师在上课的时候还补充了三极管的放置 方式与我们实际焊接的不符,于是我照样把元件库中的 NPN 的集电极和基极序号换过来便可以 了。 最后,PCB 图的制作也并不简单,因为除了需要手动布局外,还要考虑许多细节问题:PCB 的参数、线宽、注意保持安全距离、布线后不要随便移动元件等等。最后我决定按照老师给的 范例布局。同时在修改各种参数过程中,我遇到不会的地方便去网上找教程看。最后总能够磕 磕绊绊地将 PCB 板布好了线。 ??正式改装机器猫:? 我想这会是公认的最简单的部分,因为对于大部分同学来说,原定三天的工作一天就完成 了。但是我想之所以会是这种结果,与之前的练习是联系紧密的。首先,第一阶段我们练习了 焊接技术,所以焊接的速度大大加快;其次,在后来的软件操作中,我们变得更加耐心和细心, 所以在正式焊接电路板时我们的错误率大大降低。而我因为没有注意小册子上的一句话,将红 外接收管的正负极接反了导致机器猫对无反应。将正负极倒过来之后我的猫猫便成功地通过验 收。? 总之,这次小学期让我受益颇多,我不仅学会了手工焊接电路板的基本技术,多种软件的 使用方法,而且我还锻炼了完成工科工作所需要的心理素质,即耐心加细心,同时还要注意仔 细观察工作中的各种现象,因为任何一种现象都有可能给自己带来灵感,另外一定要积极思考, 只有不停的思考才是解决问题的最佳手段。? 这么快做完了机器猫让我有点意犹未尽的感觉。步骤都公式化了,傻瓜式完成就好了。我 想,可不可以让我们自己设计具有个性功能的机器猫呢?比如给它声音信号它会停,再给它便 又开始走。不过说起来容易做起来难,我们的时间有限,资源有限大概清华出的这个小实验是 我们最好的选择吧。?

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