贴片电子工艺实训.docx

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贴片电子工艺实训

项目二表面安装工艺技能实训

任务单1

教学方案

任务1：

SMT调频收音机电路板设计

姓名：

团队成员：

班级：

日期：

学时：

4

学校：

4

实训地点

电子产品制作室、控制系统仿真实训室

企业：

0

实训地点

平煤天成通安技术公司

学

习

目

标

知识目标

1、了解SMT的特点

2、了解贴片元件的封装类型与标示认读

3、掌握分析电子产品电路工作原理的方法

4、理解元器件性能指标和检测方法

技能目标

1、能够识别表面贴装集成电路封装类型

2、会分析SMT调频收音机的工作原理

3、会利用ProtelDXP2004绘制SMT调频收音机的原理图

4、会利用万用表对电阻、电容、二极管、变容二极管、三极管、集成电路等元件的性能进行检测

5、会根据SMT调频收音机的元件实物绘制元件封装库

6、会利用ProtelDXP2004绘制SMT调频收音机的印制线路板PCB图

素质目标

1、培养学生团队协作意识

2、培养学生耐心、细致、认真的做事习惯

3、培养学生创新意识

学生已有基础：

1、电工技术

2、模拟电子技术

3、数字电子技术

4、电子测量与仪器

5、电子线路CAD

教学方法建议：

讲练结合法、讨论法、讲演法

教学材料：

1、万用表、电子元器件

2、电脑、ProtelDXP2004软件

3、多媒体

考核与评价:

1、学生自评：

20%

2、实训报告：

20%

3、教师对团队评价：

30%

4、教师对个人评价：

30%

一、任务布置

1.学习SMT的工艺特点、封装类型与标示认读。

2.以团队为单位汇报SMT调频收音机的工作原理。

3．利用ProtelDXP2004绘制SMT调频收音机的原理图。

4.利用万用表对电阻、电容、二极管、变容二极管、三极管、集成电路等元件的性能进行检测。

5.根据SMT调频收音机的元件实物绘制元件封装库。

6.利用ProtelDXP2004绘制SMT调频收音机的印制线路板PCB图。

二、相关知识

SMT调频收音机是以表面贴装元器件组成的电子产品，它不同于传统的印制电路板的通孔安装技术，它使电子产品体积缩小，重量变轻，功能增强，可靠性提高，推动着信息产业高速发展。

那么表面贴装技术的特点和工艺如何？

SMT调频收音机如何分析其工作原理？

如何利用ProtelDXP2004设计SMT调频收音机的原理图及PCB图？

接下来我们带着这三个问题展开学习。

（一）SMT简介

SMT是SurfaceMountTechnology的简写，意思是表面贴装技术。

也就是无需对PCB钻插装孔而直接将元器件贴焊到PCB表面规定位置上的装联技术。

1.SMT的特点

从表面贴装技术的定义上，我们知道SMT是从传统的通孔安装技术（THT）发展起来的，但又区别于传统的THT。

那么，SMT与THT比较它有什么优点呢？

下面就是其最为突出的优点：

（1）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通孔安装元件的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%。

（2）可靠性高、抗振能力强。

焊点缺陷率低。

（3）高频特性好。

减少了电磁和射频干扰。

（4）易于实现自动化，提高生产效率。

（5）降低成本达30%～50%。

节省材料、能源、设备、人力、时间等。

因此，SMT的特点可以简单概括为：

高集成化、高可靠性、高性能、易于实现自动化、节约成本。

2.THT与SMT的区别

THT与SMT的安装尺寸比较见图1.1，THT与SMT的区别见表1-1。

图1.1THT与SMT安装尺寸比较

表1-1THT与SMT的区别

名称

年代

技术

缩写

代表元器件

安装基板

安装方法

焊接技术

通孔安装技术

20世纪60～70年代

THT

晶体管，轴向引线元件

单、双面PCB

手工/半自

动插装

手工焊，浸焊

70～80年代

单、双列直插IC，轴向引线元器件编带

单面及多

层PCB

自动插装

波峰焊，浸焊，手工焊

表面安装技术

20世纪80年代开始

SMT

SMC，SM片式封装VSI,VLSI

高质量SMB

自动贴片机

波峰焊，再流焊

3.表面贴装技术（SMT）的发展趋势

我们知道了SMT的优点，就要利用这些优点来为我们服务，而且随着电子产品的微型化使得THT无法适应产品的工艺要求。

因此，SMT是电子装联技术的发展趋势。

其表现在：

（1）电子产品追求小型化，使得以前使用的通孔安装元件已无法适应其要求。

（2）电子产品功能更完整，所采用的集成电路（IC）因功能强大使引脚众多，已无法做成传统的通孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件的封装。

（3）产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力。

（4）电子元件的发展，集成电路（IC）的开发，半导体材料的多元应用。

（5）电子产品的高性能及更高装联精度要求。

（6）电子科技革命势在必行，追逐国际潮流。

（二）表面贴装器件封装（SMD）简介

SMT元器件由于安装方式的不同，与THT元器件主要区别在于外形封装。

由于SMT体积小，故SMT元器件以小功率元器件为主。

又因为大部分SMT元器件为片式，故通常又称片状元器件或表贴元器件，一般简称SMD（SurfaceMountingDevices）。

1.片状阻容元件

片状表贴元件包括：

表贴电阻、电位器、电容、电感、开关、连接器等。

使用最广泛的是片状电阻和电容，元件两端无引线，有焊端，外形为薄片矩形的表面组装元件。

目前我国市场上片状阻容元件以公制代码表示外形尺寸见表1-2。

表1-2片状阻容元件外形尺寸

公制/英制

型号

外形长L（mm/in）

外形宽M（mm/in）

额定功率P（W）

最大工作

电压U（V）

3225/1210

3.2/0.12

2.5/0.10

1/4

200

3216/1206

3.2/0.12

1.6/0.06

1/8

200

2012/0805

2.0/0.08

1.25/0.05

1/10

150

1608/0603

1.6/0.06

0.8/0.03

1/16

50

1005/0402

1.0/0.04

0.5/0.02

1/20

50

注：

（1）1inch=1000mil≈25.4mm

（2）片状电阻厚度为0.4mm～0.6mm，片状电容元件厚度为0.9mm～4.0mm

（3）最新片状元件为1005/0402,0603/0201，0402/01005

2.小外形晶体管封装（SOT）封装

采用小外形封装结构的表面组装晶体管。

最常见的是SOT-23和SOT-89。

3.小外形二极管（SOD）封装

采小外形封装结构的表面组装二极管，常见有SOD-80。

4．表面贴装集成电路封装

常用SOP和四列扁平封装，常见表面贴装器件封装形式见表1-3。

表1-3表面贴装器件封装形式介绍

封装

名称

图片

封装

名称

图片

SOT-23

SOT-343

SOT-89

SOT-363

BGA

（球栅阵列封装）

SOP

TQFP

（方形扁平封装）

SOJ

（J形引线小外形封装）

CPGA

CLCC

PLCC

QFP

（三）表面贴装器件标示认读

1.片状电阻的标识

在片状电阻的本体上，通常都标有一些数值，它们代表电阻器的电阻值。

其表示方法如下：

标示值

电阻值

标示值

电阻值

2R2

2.2Ω

222

2200Ω

220

22Ω

223

22000Ω

221

220Ω

224

220000Ω

2.片式电容的标识

在普通的多层陶瓷电容本体上一般是没有标识的,而在钽电容本体上一般均有标识，其标识如下：

标印值

电容值

标印值

电容值

0R2

0.2PF

221

220PF

020

2PF

222

2200PF

220

22PF

223

22000PF

3.电感器

其容量值的表示法如下：

代码

表示值

代码

表示值

3N3

3.3nH

R10

0.1uH或100nH

10N

10nH

R22

0.22uH或220nH

330

33uH

5R6

5.6uH或5600nH

（四）表面贴装器件的包装

SMT的元器件包装须适应设备的自动运转。

目在SMT产业里的元器件常见包装主要有：

纸带式、塑带式、粘着带式、以及管装式。

（五）电子产品电路工作原理分析步骤

第一步：

了解用途

了解所分析的电路应用于何处及所起的作用，对于整个电路工作原理、各部分功能以及性能指标均具有指导意义。

第二步：

化整为零

将所分析电路分解为若干具有独立功能的部分。

例如模拟电子电路可分为信号处理电路、波形产生电路、供电电源电路等。

第三步：

分析功能

根据已有知识选择合适的方法，分别分析所分解的每部分电路的工作原理和主要功能。

第四步：

通观整体

首先将每部分电路用框图表示，并用合适的方式（文字、曲线、表达式）精明扼要表达其功能；然后根据各部分的关系将框图连起来，得到整个电路的方框图。

三、技能要点

（一）元件封装识别

以SMT调频收音机的元件和实训室元件库的元件为例，指导学生识别表面贴装集成电路封装类型。

（二）SMT调频收音机电路工作原理分析

以团队为单位，依据电子产品电路原理分析方法，组织学生讨论分析SMT调频收音机电路工作原理。

图1.2SMT调频收音机电路原理图

本电路的核心是单片收音机集成电路SC1088。

它采用特殊的低中频（70KHz）技术，外围电路省去了中频变压器和陶瓷滤波器，使电路简单可靠，调试方便。

SC1088采用SOT-16脚封装形式。

本电路主要分以下单元电路：

1.FM信号输入电路

无线调频信号由耳机线馈入经C14、C13、C15和L1的输入电路进入IC（SC1088）的11、12脚混频电路。

此处的FM信号没有调谐的调频信号，即所有调频电台信号均可进入,SC1088引脚功能见表1-4。

2.本振调谐电路

本振电路中关键元器件是变容二极管，它是利用PN结的结电容与偏压有关的特性制成的“可变电容”如图1.3（a）变容二极管加反向电压Ud，其结电容Cd与Ud的特性如图1.3（b）所示，它们是非线性关系。

这种电压控制的可变电容广泛用于电调谐、扫频等电路。

本电路中，控制变容二极管V1的电压由IC第16脚给出。

当按下扫描开关S1时，IC内部的RS触发器打开恒流源，由16脚向电容C9充电，C9两端电压不断上升，V1电容量不断变化，由V1、C8、L4构成的本振电路的频率不断变化而进行调谐。

当收到电台信号后，信号检测电路使IC内的RS触发器翻转，恒流源停止C9充电，同时AFC（AutomaticFreguencyControl）电路作用下，锁住所接收的广播节目频率，从而可以稳定接收电台广播，直到再次按下S1开始新的搜索。

当按下开关S2时，电容C9放电，本振频率回到最低端。

图1.3变容二极管特性曲线

表1-4SC1088引脚功能表

引脚

功能

引脚

功能

引脚

功能

引脚

功能

1

静噪输出

5

本振调回路

9

IF输入

13

限幅失调电压电容

2

音频输出

6

IF反馈

10

IF限幅放大器的低通电容器

14

接地

3

AFC环路滤波

7

1dB放大器的低通电容器

11

射频信号输入

15

全通滤波电容搜索调谐输入

4

Vcc

8

IF输出

12

射频信号输入

16

电调谐

AFC输出

3.中频放大、限幅与鉴频电路

电路的中频放大，限幅及鉴频电路的有源器件及电阻均在IC内。

FM广播信号和本振电路，FM广播信号和本振电路频器检出音频信号，经内部环路滤波后由2脚输出音频信号。

电路中1脚的C10为静噪电容，3脚的C11为AFC环路滤波电容，6脚的C6为中频反馈电容，7脚的C7为低通电容，8脚与9脚之间的电容C17为中频耦合电容，10脚的C4为限幅器的低通电容，13脚的C12为中频限幅器失调电压电容，C13为滤波电容。

4.耳机放大电路

由于用耳机收听，所需功率很小，本机采用了简单的晶体管放大电路，2脚输出的音频信号经电位器Rp调节电量后，由V3,V4组成复合管甲类功放。

R1和C1组成音频输出负载，线圈L1和L2为射频与音频隔离线圈。

这种电路耗电大小与有无广播信号以及音量大小关系不大，L1和L2为射频与音频隔离线圈。

这种电路耗电大小与有无广播信号以及音量大小关系不大，不收听时要关断电源。

（三）SMT调频收音机原理图设计

学生利用EDA软件ProtelDXP2004进行原理图设计。

1.SMT调频收音机原理图设计

（1）SMT调频收音机原理图设计流程

（2）SMT调频收音机原理图设计要求

①新建PCB工程项目，并命名为“SMT调频收音机.PrjPCB”，并建立原理图文件“原理图.SchDOC”,图纸大小设置为A4，线状栅格。

SMT调频收音机元件材料清单见表表1-5。

②加载元件库文件“MiscellaneousDevices.Intlib”和“MiscellaneousConnectors.Intlib”。

③放置元件并进行适当的旋转完成布局。

④完成布线并进行电气规则检查，对出现的错误进行纠正。

⑤整个原理图看起来布局合理、美观。

表1-5SMT调频收音机材料清单

类别

序号

规格

型号/封装

数量

类别

序号

规格

型号/封装

数量

备注

电

阻

R1

222

0805

（1/8W）

1

电

感

L1

1

磁环

R2

154

1

L2

1

色环

R3

122

1

L3

70nH

1

8匝

R4

562

1

L4

78nH

1

5匝

R5

681

1

晶

体

管

V1

BB910

1

电

容

C1

222

0805

1

V2

LED

1

C2

104

1

V3

9014

SOT-23

1

NPN

C3

221

1

V4

9012

SOT-23

1

PNP

C4

331

1

塑料件

前盖

1

C5

221

1

后盖

1

C6

332

1

电位器钮

1

C7

181

1

开关钮（有缺口）

1

C8

681

1

开关钮（无缺口）

1

C9

683

1

金属件

电池片

3

C10

104

1

自攻螺丝

3

C11

223

1

电位器螺钉

1

C12

104

1

其他

耳机

1

C13

471

1

音量电位器（51K）

1

C14

330

1

S1、S2轻触按键

2

C15

820

1

XS（耳机插座）

1

C16

104

C17

332

1

C19

104

1

C18

100uF

电解电容

1

集成块

SC1088

1

（3）主要元器件检测

①音量电位器检测

首先要转动旋柄，看看旋柄转动是否平滑，开关是否灵活，开关通、断时“喀哒”声是否清脆，并听一听电位器内部接触点和电阻体摩擦的声音，如有"沙沙"声，说明质量不好。

先用万用表的欧姆挡测“1”、“2”两端，其读数应为电位器的标称阻值，如万用表的指针不动或阻值相差很多，则表明该电位器已损坏。

再检测电位器的活动臂与电阻片的接触是否良好。

用万用表的欧姆档测“1”、“2”（或“2”、“3”）两端，将电位器的转轴按逆时针方向旋至接近“关”的位置，这时电阻值越小越好。

再顺时针慢慢旋转轴柄，电阻值应逐渐增大，表头中的指针应平稳移动。

当轴柄旋至极端位置“3”时，阻值应接近电位器的标称值。

如万用表的指针在电位器的轴柄转动过程中有跳动现象，说明活动触点有接触不良的故障。

②发光二极管检测

将万用表置R×10或R×1挡，用万用表两表笔轮换接触发光二极管的两管脚。

若管子性能良好，必定有一次能正常发光，此时，黑表笔所接的为正极，红表笔所接的为负极。

用R×10K档测量时，正向电阻约为10～20KΩ，反向电阻约为250KΩ～∞。

③变容二极管检测

将万用表置于Rx1Ok挡，红表笔接变容二极管的负极、黑表笔接其正极，测出的正向阻值一般在2OOkΩ左右，然后对调表笔测反向电阻，阻值应为∞。

数字万用表的二极管档，正常的变容二极管，在测量其正向电压降时，表的读数为0.58～0.71V；测量其反向电压降时，表的读数显示为溢出符号“1”。

在测量正向电压降时，红表笔接的是变容二极管的正极，黑表笔接的是变容二极管的负极。

④电感线圈检测

　　将万用表置于R×1挡，红、黑表笔各接电感器的任一引出端，此时指针应向右摆动。

根据测出的电阻值大小，可具体分下述两种情况进行鉴别：

A被测电感器电阻值为零，其内部有短路性故障。

B被测电感器直流电阻值的大小与绕制电感器线圈所用的漆包线径、绕制圈数有直接关系，只要能测出电阻值，则可认为被测电感器是正常的。

⑤耳机检测

用万用表R×1挡，将万用表任一表笔接耳机插头的一端，另一表笔去擦触耳机的另一端，正常时耳机会发出“嚓嚓”声，万用表指针会随着偏转。

⑥电解电容检测

测量时，应针对不同容量选用合适的量程。

根据经验，一般情况下，1～47μF间的电容，可用R×1k挡测量，大于47μF的电容可用R×100挡测量。

将万用表红表笔接负极，黑表笔接正极，在刚接触的瞬间，万用表指针即向右偏转较大偏度（对于同一电阻挡，容量越大，摆幅越大），接着逐渐向左回转，直到停在某一位置。

此时的阻值便是电解电容的正向漏电阻，此值略大于反向漏电阻。

实际使用经验表明，电解电容的漏电阻一般应在几百kΩ以上，否则，将不能正常工作。

在测试中，若正向、反向均无充电的现象，即表针不动，则说明容量消失或内部断路；如果所测阻值很小或为零，说明电容漏电大或已击穿损坏，不能再使用。

对于正、负极标志不明的电解电容器，可利用上述测量漏电阻的方法加以判别。

即先任意测一下漏电阻，记住其大小，然后交换表笔再测出一个阻值。

两次测量中阻值大的那一次便是正向接法，即黑表笔接的是正极，红表笔接的是负极。

D使用万用表电阻挡，采用给电解电容进行正、反向充电的方法，根据指针向右摆动幅度的大小，可估测出电解电容的容量。

（四）SMT调频收音机PCB图设计

（1）SMT调频收音机PCB图设计流程

（2）创建贴片元件封装库注意事项

①测量封装尺寸。

根据实物测量或厂家资料确定外形尺寸，特别是引脚极性要做到元件实物、元件封装与原理图中元件符号引脚的一致。

②电阻电容元件采用0805片式元件封装形式，三极管采用SOT-23封装形式，集成电路采用SO-16封装形式

③指定元件封装的参考点。

执行Edit»Jump»Reference命令将指针定位到工作区（0,0）坐标处。

④在放置焊盘之前，点击设计窗口下方的TopLayer层标签。

双击焊盘，在对话框将Saple（形状）中的下拉菜单修改为 Rectangle（方形）焊盘，同时调整焊盘大小X-Size和Y-Size为合适的尺寸，将Layer（层）修改到“Toplayer”（顶层），将 Hole Size（内经大小）修改为0mil,再将Designator中的焊盘名修改为需要的焊盘名，再点击OK。

⑤用画线段工具在TopOverlay层上创建元件外形轮廓。

对元件封装进行重新命名。

（3）SMT调频收音机PCB图布局要求

①贴片元件放置在PCB底层。

②元件分布均匀，间隔一致，排列整齐，不允许重叠，便于装拆。

③属同一电路功能块的元件尽量放在一起。

④输入级与输出级元件尽量远离，以减少干扰。

⑤元件离板边缘有一定距离。

⑥按信号流程安排功能单元，以SC1088核心元件为中心，其他元件围绕其布置。

⑦输入、输出信号的接插件放置在板的边缘。

⑧音量电位器应放置在便于调节的位置。

（4）SMT调频收音机PCB图布线要求

①信号线宽0.5mm，电源线宽0.8mm，地线宽1.0mm。

②电路板大小与定位孔位置，见图1.4。

图1.4电路板大小与定位孔位置

四、工作计划表

序号

工作内容

备注

1

熟悉电子制作室基本情况，了解各个设备的用途，填写工作台运行记录。

养成填写工作台运行记录和维修记录的习惯，注意保持实验室环境卫生。

2

了解SMT特点和贴片元件的封装形式。

SMT的基础知识

3

团队汇报SMT调频收音机的工作原理

利用已有的基础知识自行分析，并由团队成员讨论解决。

4

利用ProtelDXP2004对SMT调频收音机进行原理图的设计。

熟悉电子CAD软件使用

5

识别和检测电阻、变容二极管、电容、发光二极管、三极管、电位器、耳机等元器件。

利用万用表检测

6

利用ProtelDXP2004对SMT调频收音机进行印制线路板PCB图设计

熟悉电子CAD软件使用

7

整理工作台，做到物归原位，保持清洁

8

完成工作任务单

提交作业并存档

五、任务实施

在老师指导下，学生主动参与实践教学活动。

1.由团队制定设计方案，列写工作计划。

2．在了解SMT的工艺特点、封装类型与标示认读的基础上，会识别集成电路的封装形式，并能读取标示中的相关参数。

3．利用ProtelDXP2004绘制SMT调频收音机原理图。

4．列出元件清单、询价、购买元器件。

实施过程：

学生团队先列写元器件清单，然后通过淘宝网或当地元器件商行等了解各类元件的价格与性能指标，在货比三家的基础上，购买价格适中、符合指标要求的元件。

5．利用万用表对元件的性能进行检测。

实施过程：

依据课前收集有关元件检测的方法用万用表进行检测，检测完之后指定学生汇报检测的实施步骤。

7．根据元件实物绘制元件封装库。

实施过程：

利用直尺或游标卡尺测量元件封装信息，结合原理图元件的电气符号，绘制元件的封装。

8．利用ProtelDXP2004绘制SMT调频收音机电路板PCB图。

六、相关习题

项目二：

表面安装工艺技能实训

任务1：

SMT调频收音机电路板设计

姓名:

班级:

1．SMT的工艺特点。

2．SMT元器件的封装形式和特征。

3.SMT调频收音机电路原理分析，写出其工作原理。

4．写出利用万用表检测元器件的方法与步骤。