電子CAD課程改革探討

雷學良

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

關鍵詞：電子線路；CAD；教學改革；教學方法

人類社會已進入到高度發(fā)達的信息化社會，信息社會的發(fā)展離不開電子產(chǎn)品的進步?，F(xiàn)代電子產(chǎn)品在性能提高、復雜度增大的同時，價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，實現(xiàn)這種進步的主要因素是生產(chǎn)制造技術和電子設計技術的發(fā)展。前者以微細加工技術為代表，目前已進展到深亞微米階段，可以在幾平方厘米的芯片上集成數(shù)千萬個晶體管。后者的核心就是CDA技術，CDA是指以計算機為工作平臺，融合應用電子技術、計算機技術、智能化技術最新成果而研制成的電子CAD通用軟件包，主要能輔助進行三方面的設計工作：IC設計、電子電路設計、PCB設計。沒有CDA技術的支持，想要完成上述超大規(guī)模集成電路的設計制造是不可想象的，反過來，生產(chǎn)制造技術的不斷進步又必將對CDA技術提出新的要求。

回顧近20年電子設計技術的發(fā)展歷程，可將CDA技術分為兩個階段。

20世紀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計和結(jié)構(gòu)設計，并且通過電氣連接網(wǎng)絡表將兩者結(jié)合在一起，實現(xiàn)了工程設計，這就是計算機輔助工程的概念。CAE的主要功能是：原理圖輸入、邏輯仿真、電路分析、自動布局布線、PCB后分析。

20世紀90年代為EDA階段，盡管CAD/CAE技術取得了巨大的成功，但并沒有把人從繁重的設計工作中徹底解放出來。基于以上不足，人們開始追求：貫徹整個設計過程的自動化，這就是EDA，即電子設計自動化。

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

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。為了適應社會的需要，跟上時代的發(fā)展，我系在應用電子專業(yè)的教學計劃中加入了電子線路CAD課程，電子線路CAD的課程改革主要進行了以下三個方面的探索，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。

第二步則是教學方法的改革。電子線路CAD是一門實踐性很強的課程，重點講授內(nèi)容是軟件的使用，如何更有效地培養(yǎng)和提高學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)驗可以借鑒的情況下，我們采用的教學方式是傳統(tǒng)的課堂教學加實驗驗證模式，是模仿其他電類課程的教學方式建立的，這種教學方法在學校條件有限的情況下，對電子線路CAD教學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行腐蝕，因為墨里有膠劑不會被腐蝕掉，所以當旁邊的銅被腐蝕掉，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要注意的問題：一是打印機和打印紙的選擇，打印機最好是激光打印機，其他類型的打印機在打印的過程中會出現(xiàn)墨粉附著效果差或者熔膠等問題，打印紙當然是熱轉(zhuǎn)印紙了，實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：一個是清潔表面。不要有什么雜質(zhì)，比如說油，這個東西很討厭，可是哪都有；一個是讓表面有一些微小的孔，這樣當墨融化時就會滲進這些孔里，增加粘合力，墨粉就不容易掉了。首先用挫刀將PCB的邊修平，主要是因為切割PCB板時，容易有一些突起，這些突起在轉(zhuǎn)印時容易導致紙與PCB表面接觸不好，不平，溫度不高，導致斷線，所以將邊修平，使PCB表面成一個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，這個程度靠個人感覺了。要求是平整光滑，無異物就可以了。然后到廢FeCl3當中過一下，很快只要表面有點變色就行了，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；三是加熱設備的選擇，比較好的當然是過塑機改的熱轉(zhuǎn)印機，萬一沒有或者學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，浸一段時間，多長都沒關系。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一下，然后進入下一步操作；五是腐蝕。用FeCl3燒板，影響速度有兩個因素：一個是濃度；一個是溫度。濃度高了低了都不行。這個要多試幾次，差不多就行，不差那幾分鐘。但溫度是越高越快，個人把握。最后就是在各個環(huán)節(jié)中都要注意安全，防止出現(xiàn)劃傷、燙傷、腐蝕等危險事件的發(fā)生，始終牢記安全第一。

最后一步就是關于考試方式的改進。作為一門實踐性較強的課程，要對其教學效果進行有效的考核，就不是傳統(tǒng)試卷的考察方式所能達到的了，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行探索，不斷地進行改革，以期能有效地對課程的教學效果和學生的學習情況進行評價。開始我們模仿電子技術實驗課的考試方式，采用的是學生對一個給定的電路進行制版設計，然后寫出實驗報告，老師根據(jù)設計結(jié)果和實驗報告來給定分數(shù)。這個考試方法在操作中有一些問題，讓學生在兩個小時中做好電路板的設計又同時寫出實驗報告，時間不是很充分，另外如果學生能比較好地設計出電路板文件，那么已經(jīng)表示其對軟件的使用掌握較好，至于實驗報告，也不能很好地從上面看出學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，評分標準不易拿捏好的問題。于是在實驗室建立起來以后，我們改革了考試的方式，由老師給出電路圖，讓學生在兩小時內(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，以打印輸出的圖紙為評分依據(jù)，并給出了比較詳細的評分標準。事實上達到了比較理想的考察效果。

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

隨著我國電子科技水平的不斷進步，計算機輔助設計在電路系統(tǒng)中的使用也會越來越廣泛、越來越深入，電子業(yè)的從業(yè)人員對電路線路CAD的良好掌握也會成為社會需求的必然，在高職院校中，電子線路CAD課程的發(fā)展方興未艾，這一課程的教學改革也會一直進行下去，如何保證課程教學中各個環(huán)節(jié)能與社會的需求相適應也是每個電子線路CAD教師一直在思考的問題。

參考文獻：

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［3］李加升.應用電子技術專業(yè)課程設置與教學改革的思考［J］.成功：教育，2007.

（作者單位 湖北省咸寧職業(yè)技術學院）