PCB設(shè)計技術(shù)-課程標準-曾啟明

“PCB設(shè)計技術(shù)”課程標準深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院曾啟明一、課程概要課程名稱中文：PCB設(shè)計技術(shù)英文：PCBDesignTechnology課程代碼0102771204課程學(xué)分4課程學(xué)時共64學(xué)時，理論18學(xué)時，實踐46學(xué)時課程類別通識教育：￡基礎(chǔ)課程￡核心課程￡一般課程￡拓展專業(yè)課程專業(yè)教育：￡基礎(chǔ)課程R核心課程￡拓展課程課程性質(zhì)R必修￡選修適用專業(yè)電子信息大類專業(yè)先修課程電路基礎(chǔ)后續(xù)課程集成電路應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計開設(shè)學(xué)期第一學(xué)期第二學(xué)期第三學(xué)期第四學(xué)期第五學(xué)期第六學(xué)期√二、課程定位本課程是面向集成電路技術(shù)、電子信息工程類專業(yè)開設(shè)、培養(yǎng)學(xué)生印刷電路板（PCB）設(shè)計技能的專業(yè)核心課程。課程以基本的簡單電路分析、應(yīng)用為基礎(chǔ)，使學(xué)生遵循國際和行業(yè)規(guī)范，培養(yǎng)學(xué)生將電路圖轉(zhuǎn)換為印刷電路板的能力，是一門包含技術(shù)性、專業(yè)性和實踐性特點的專業(yè)核心課程。本課程面向的職業(yè)崗位包括電路板設(shè)計工程師、封裝設(shè)計工程師、電路板制造工程師、電路板工藝工程師等。三、課程目標（一）素質(zhì)（思政）目標堅定科技強國、自強報國的信念；樹立正確的價值觀、大局觀培養(yǎng)嚴謹、細致、規(guī)范的職業(yè)素質(zhì)；培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作、表達溝通能力；培養(yǎng)技術(shù)標準意識、操作規(guī)范意識、服務(wù)質(zhì)量意識等。（二）知識目標掌握PCB的相關(guān)概念，包括工藝、設(shè)計方法和實現(xiàn)流程等；掌握元件庫的一般編輯和管理方法；掌握元件原理圖封裝（邏輯封裝）的一般設(shè)計方法；掌握元件PCB封裝（物理封裝）的一般設(shè)計方法；掌握平坦式原理圖的設(shè)計方法，理解層次式原理圖的設(shè)計方法；理解網(wǎng)表在PCB設(shè)計中的作用，掌握其生成方法；掌握PCB布局的基本原則和實現(xiàn)方法；掌握PCB布線的基本原則和實現(xiàn)方法；了解PCB后期處理的基本原則和操作方法；掌握PCB制造工藝，掌握制造文件的生成方法。（三）能力目標1.能夠使用EDA工具完成元件庫編輯和管理2.能夠使用EDA工具進行一般元件原理圖封裝的設(shè)計3.能夠使用EDA工具設(shè)計一般元件的PCB封裝4.能夠使用EDA工具進行平坦式原理圖的設(shè)計5.能夠使用EDA工具進行電路圖的網(wǎng)表處理6.能夠使用EDA工具完成電路板的布局布線操作7.能夠使用EDA工具完成電路板制造文件的導(dǎo)出8.能夠使用焊接工具完成一般難度PCB的焊接、調(diào)試。四、課程設(shè)計1.課程設(shè)計理念與思路AltiumDesigner、PADS等僅是PCB設(shè)計的軟件工具，是學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)應(yīng)該掌握的軟件使用技能，而不是核心能力。該課程的核心能力是PCB的標準、工藝規(guī)范及布局、布線的知識。PCB設(shè)計的主要工作是將產(chǎn)品方案，主要包括電路圖、結(jié)構(gòu)圖等，轉(zhuǎn)化為印刷線路板（PCB）圖。PCB工程師的主要工作是利用計算機輔助設(shè)計軟件（如AltiumDesigner、PADS、Cadence）等繪制電路原理圖，以此為基礎(chǔ)完成PCB圖設(shè)計，一般包括以下步驟：①建立元件庫、②建立元件封裝、③繪制原理圖、④產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表、⑤進行元件布局、⑥進行布線、⑦后期處理、導(dǎo)出制造文件等。分析整個過程可以得出：軟件應(yīng)用是基礎(chǔ)；在各個步驟都涉及到行業(yè)規(guī)范的應(yīng)用；在布局布線環(huán)節(jié)需要考慮PCB的可制造性、元件的可焊接性等；更重要的是布局布線的技術(shù)考慮。比較起來，PCB布局布線和規(guī)范的應(yīng)用是更為關(guān)鍵的內(nèi)容。因此，課程內(nèi)容應(yīng)包括三個部分：一是軟件的應(yīng)用，二是工藝與規(guī)范，三是布局、布線的方法與技巧。圖1教學(xué)內(nèi)容的層次關(guān)系課程的三部分內(nèi)容不在同一個層次，布局布線的方法與技巧是核心的內(nèi)容，設(shè)計軟件的應(yīng)用是外圍技能，工藝與規(guī)范則處于二者之間，如圖1所示。該課程的教學(xué)目標是從外圍深入到核心，而不是僅僅游歷于軟件應(yīng)用層面。在學(xué)習(xí)情境的引導(dǎo)下，從外圍的軟件應(yīng)用開始，逐漸深入到核心內(nèi)容是一個行動導(dǎo)向的設(shè)計，符合學(xué)生的認知規(guī)律。圖2漸進式項目化教學(xué)設(shè)計為了達到上述教學(xué)目標，課程模仿一線企業(yè)工程師的成長過程，全程采用項目化教學(xué)，將知識點融入實踐項目中。課程一共設(shè)計了6個完整、獨立、難度漸進的PCB項目，學(xué)生從簡單的項目開始，逐步深入，最后掌握PCB設(shè)計的能力和知識。2.課程設(shè)計框架五、教學(xué)內(nèi)容與要求（思維導(dǎo)圖見附錄）表1課程內(nèi)容與要求項目學(xué)習(xí)成果任務(wù)知識內(nèi)容與要求技能內(nèi)容與要求素質(zhì)（思政）內(nèi)容與要求參考學(xué)時理論實踐合計引言：PCB設(shè)計基礎(chǔ)理解PCB的定義、掌握PCB設(shè)計的重要概念、了解PCB設(shè)計軟件理解PCB的定義、掌握PCB設(shè)計的重要概念、了解PCB設(shè)計軟件PCB的定義PCB的重要概念PCB的作用主流的PCB設(shè)計軟件1.理解PCB的定義2.了解相關(guān)設(shè)計軟件3.會下載和安裝軟件介紹國產(chǎn)設(shè)計軟件嘉立創(chuàng)EDA和主流外國軟件的對比，增強同學(xué)們的民族自豪感112項目1：按鍵控制LED電路建立項目目錄設(shè)計準備1.明確項目設(shè)計要求2.了解項目概論3.建立項目目錄1.會分析電路元件2.會建立項目目錄以成語“千里之行始于足下”為例子引入課程項目，鼓勵學(xué)生參與課程的學(xué)習(xí)完成項目1邏輯封裝設(shè)計邏輯封裝設(shè)計1.項目1四個元件的邏輯封裝設(shè)計知識會使用軟件設(shè)計簡單元件的邏輯封裝0.50.51完成項目1的原理圖繪制原理圖繪制1.原理圖的概念和作用2.原理圖的簡單操作會使用軟件完成簡單電路的連線完成項目1的物理封裝設(shè)計物理封裝設(shè)計1.物理封裝和庫的概念2.項目1四個元件的物理封裝設(shè)計知識會使用軟件設(shè)計簡單元件的物理封裝0.511.5完成項目1的網(wǎng)表處理網(wǎng)表處理1.寫入物理封裝知識2.網(wǎng)表導(dǎo)出3.網(wǎng)表導(dǎo)入會使用軟件完成簡單電路網(wǎng)表的處理完成項目1的PCB布局PCB布局1.布局的基本概念和原則2.布局的基本操作會使用軟件完成簡單電路的PCB布局完成項目1的PCB布線PCB布線1.線的基本參數(shù)2.布線的基本操作會使用軟件完成簡單電路的PCB布線完成項目的后續(xù)處理后續(xù)處理1.導(dǎo)出元件清單2.規(guī)范元件標號3.導(dǎo)出制造文件明白后續(xù)處理的重要性，并能夠使用軟件完成后續(xù)處理0.50.51完成整個項目1的PCB設(shè)計項目1補充實操實操熟悉PCB設(shè)計流程，并能夠使用軟件完成項目1的PCB設(shè)計022項目2：功率放大電路完成項目2邏輯封裝設(shè)計邏輯封裝設(shè)計項目2四個元件的邏輯封裝設(shè)計知識會使用軟件設(shè)計簡單元件的邏輯封裝以成語“鈍學(xué)累工”為典故例子，鼓勵學(xué)生堅持課程的學(xué)習(xí)，付出努力才會有知識的收獲0.50.51完成項目2的原理圖繪制原理圖繪制1.電源符號2.放置文本會使用軟件在原理圖中放置電源符號和文本0.50.51完成項目2的物理封裝設(shè)計物理封裝設(shè)計項目2五個元件的物理封裝設(shè)計知識會使用軟件設(shè)計簡單元件的物理封裝0.511.5完成項目2的網(wǎng)表處理網(wǎng)表處理1.寫入物理封裝知識2.網(wǎng)表導(dǎo)出3.網(wǎng)表導(dǎo)入會使用軟件完成簡單電路網(wǎng)表的處理完成項目2的PCB布局PCB布局1.板框的概念2.PCB布局的基本思路3.鼠線隱藏4.網(wǎng)絡(luò)的高亮顯示會使用軟件完成簡單電路的PCB布局，并掌握鼠線隱藏和網(wǎng)絡(luò)高亮顯示兩個設(shè)計技巧0.50.51完成項目2的PCB布線PCB布線1.普通信號線和電源線2.走線孔3.簡單的鋪銅操作會使用軟件完成簡單電路的PCB布線，并掌握走線孔的設(shè)置方法完成項目的后續(xù)處理后續(xù)處理1.導(dǎo)出元件清單2.規(guī)范元件標號3.導(dǎo)出制造文件明白后續(xù)處理的重要性，并能夠使用軟件完成后續(xù)處理完成整個項目2的PCB設(shè)計項目2補充實操實操熟悉PCB設(shè)計流程，并能夠使用軟件完成項目2的PCB設(shè)計022項目3：助聽器電路完成項目3邏輯封裝設(shè)計邏輯封裝設(shè)計1.項目3四類新元件的邏輯封裝設(shè)計知識2.柵格的進階使用會使用軟件設(shè)計一般元件的邏輯封裝，并掌握柵格的進階使用以成語“條入葉貫”為典故例子，講授知識融會貫通的重要性，并引導(dǎo)學(xué)生積極思考，從原有知識理解新知識0.50.51完成項目3的原理圖繪制原理圖繪制1.元件復(fù)用2.元件的物理封裝屬性修改會使用軟件在原理圖中進行元件復(fù)用，并修改物理封裝屬性0.50.51完成項目3的物理封裝設(shè)計物理封裝設(shè)計項目3五類元件的物理封裝設(shè)計知識會使用軟件設(shè)計一般元件的物理封裝0.511.5完成項目3的網(wǎng)表處理網(wǎng)表處理1.寫入物理封裝知識2.網(wǎng)表導(dǎo)出3.網(wǎng)表導(dǎo)入會使用軟件完成簡單電路網(wǎng)表的處理完成項目3的PCB布局PCB布局1.圓角板框的設(shè)計2.PCB的開槽3.元件對齊會使用軟件完成簡單電路的PCB布局，并掌握圓角板框、和PCB開槽、元件自動對齊三個設(shè)計技巧0.50.51完成項目3的PCB布線PCB布線1.安全間距2.單平面多區(qū)域鋪銅會使用軟件完成簡單電路的PCB布線，并掌握安全間距的設(shè)置方法、掌握單平面多區(qū)域鋪銅的實現(xiàn)方法0.50.51完成項目3的后續(xù)處理制造文件的導(dǎo)出1.制造文件的導(dǎo)出2.CAM350軟件介紹能夠正確導(dǎo)出PCB的制造文件，并使用CAM350進行整合和查看112完成整個項目3的PCB設(shè)計項目3補充實操實操熟悉PCB設(shè)計流程，并能夠使用軟件完成項目3的PCB設(shè)計022項目4：FM收音機電路完成項目4邏輯封裝設(shè)計邏輯封裝設(shè)計項目4六類新元件的邏輯封裝設(shè)計知識會使用軟件設(shè)計一般元件的邏輯封裝以成語“韋編三絕”的典故為例子，講授知識持續(xù)刻苦努力對學(xué)習(xí)的重要性，并引導(dǎo)學(xué)生正面積極學(xué)習(xí)0.50.51完成項目4的原理圖繪制原理圖繪制1.網(wǎng)絡(luò)標號2.元件描述規(guī)范會使用網(wǎng)絡(luò)標號表示連接關(guān)系，理解元件描述規(guī)范的相關(guān)原理0.50.51完成項目4的物理封裝設(shè)計物理封裝設(shè)計項目4七類元件的物理封裝設(shè)計知識會使用軟件設(shè)計較為復(fù)雜元件的物理封裝0.511.5完成項目4的網(wǎng)表處理網(wǎng)表處理網(wǎng)表的局部更新會使用軟件完成網(wǎng)表的局部更新完成項目4的PCB布局PCB布局1.導(dǎo)入結(jié)構(gòu)文件2.元件雙面布局會使用軟件完成一般電路的PCB布局，并掌握結(jié)構(gòu)文件導(dǎo)入、元件雙面布局兩個設(shè)計技巧112完成項目4的PCB布線PCB布線1.敏感線路的處理2.濾波電容的布線3.靜態(tài)銅的設(shè)計會使用軟件完成一般電路的PCB布線，并掌握敏感線路處理、濾波電容布線和靜態(tài)銅的實現(xiàn)方法112完成項目4的后續(xù)處理PCB制造工藝1.PCB的材質(zhì)2.銅箔的厚度3.板厚、最小線寬和孔徑4.阻焊和絲印的顏色5.表面處理工藝能夠正確填寫PCB制造工藝信息，確保PCB正確制造112完成整個項目4的PCB設(shè)計項目4補充實操實操熟悉PCB設(shè)計流程，并能夠使用軟件完成項目4的PCB設(shè)計022項目5：USB集線器電路完成項目5邏輯封裝設(shè)計邏輯封裝設(shè)計項目5三類新元件的邏輯封裝設(shè)計知識會使用軟件設(shè)計復(fù)雜元件的邏輯封裝以成語“蛛游蜩化”的典故為例子，講授知識積累到一定程度，技能熟練到一定程度后，將會帶來質(zhì)變，就是從學(xué)習(xí)者變成工程師0.50.51完成項目5的原理圖繪制原理圖繪制1.電源引腳的旁路電容2.平坦式原理圖設(shè)計掌握電源引腳的旁路電容的繪制方法，并能夠使用軟件實現(xiàn)平坦式原理圖的設(shè)計0.50.51完成項目5的物理封裝設(shè)計物理封裝設(shè)計項目5五類元件的物理封裝設(shè)計知識會使用軟件設(shè)計較為復(fù)雜元件的物理封裝112完成項目5的網(wǎng)表處理常見網(wǎng)表錯誤和更正1.元件標號錯誤2.元件封裝信息缺失和錯誤會使用軟件更正常見網(wǎng)表錯誤0.50.51完成項目5的PCB布局PCB布局1.設(shè)計板框和放置關(guān)鍵元件2.交互式布局3.模塊化布局4.旁路電容的布局會使用軟件完成一般電路的PCB布局，并掌握板框的手動設(shè)計、交互式布局、模塊化布局和旁路電容的布局134完成項目5的PCB布線PCB布線1.多走線孔的設(shè)置2.布線順序3.高速差分線4.旁路電容的布線會使用軟件完成復(fù)雜電路的PCB布線，并掌握多走線孔的設(shè)置、布線順序、高速差分線、旁路電容的布線的實現(xiàn)方法134完成項目5的后續(xù)處理后續(xù)處理1.密集元件的標示2.添加圖形標識3.阻焊開窗處理能夠掌握密集元件的標示方法，能夠使用軟件為PCB添加圖形標識，掌握阻焊開窗處理112完成整個項目5的PCB設(shè)計項目5補充實操實操熟悉PCB設(shè)計流程，并能夠使用軟件完成項目5的PCB設(shè)計044項目6：藍牙播放器電路按照考核項目要求，完成該電路的完整PCB設(shè)計流程PCB設(shè)計實操能夠使用軟件完成項目6的PCB設(shè)計以成語“不矜不伐”的典故為例子，引導(dǎo)學(xué)生不自夸、不自大，要謙虛謹慎。0.54.55學(xué)時總計21=SUM(ABOVE)4364六、實施建議（一）課程團隊本課程負責(zé)人應(yīng)該由學(xué)術(shù)造詣深厚、教學(xué)經(jīng)驗豐富、教學(xué)特色鮮明的教師擔(dān)任，并建立職稱、學(xué)歷、年齡等結(jié)構(gòu)合理的專兼結(jié)合的“雙師型”教學(xué)團隊，每40人的標準班配備1名任課教師。專任教師應(yīng)具有高校教師資格，信息類專業(yè)研究生以上學(xué)歷，具有PCB開發(fā)工作經(jīng)歷或雙師資格優(yōu)先。兼職教師應(yīng)具有信息類專業(yè)?？埔陨蠈W(xué)歷，兩年以上企業(yè)行業(yè)相關(guān)經(jīng)歷，具有PCB開發(fā)工作經(jīng)歷并能應(yīng)用于教學(xué)。（二）教學(xué)條件1.教學(xué)場地：電子線路板設(shè)計實訓(xùn)室2.硬件設(shè)施：計算機（每人一臺）、恒溫焊臺2-3臺、萬用表2-3個。焊接工具若干。教室應(yīng)有投影儀、麥克風(fēng)、揚聲器等基本多媒體設(shè)備，并可連接網(wǎng)絡(luò)。3.軟件設(shè)施：安裝AltiumDesigner、立創(chuàng)EDA、OrCAD、PADS及CAM350等軟件。（三）教學(xué)方法與手段1.教學(xué)方法采用任務(wù)驅(qū)動法，以學(xué)生為中心，做中學(xué)、做中教。引入遞進拓展教學(xué)環(huán)節(jié)，給學(xué)生更多的思考空間，讓學(xué)生在基本任務(wù)的基礎(chǔ)之上進行擴展和進階，充分鍛煉學(xué)生設(shè)計能力，又有利于學(xué)生根據(jù)自身情況進行自主學(xué)習(xí)。在遞進拓展的基礎(chǔ)上分層次教學(xué)，將必須掌握的基本任務(wù)作為必做項目，將要求更高的擴展任務(wù)作為選做項目，學(xué)生根據(jù)自身的情況來選擇完成。采用小組教學(xué)法，在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，采用小組教學(xué)法，實現(xiàn)組內(nèi)互助、組間互助，對于必做項目，由組長負責(zé)組內(nèi)或組間交流，共同完成，以小組為單位計分，拓展項目按照組間合作方式，按照個人完成情況計分。2.教學(xué)手段采用線上線下混合式教學(xué)模式，把一次課分成課前、課中、課后三個階段，課前學(xué)生根據(jù)任務(wù)進行線上學(xué)習(xí)，明確任務(wù)要求和前導(dǎo)知識學(xué)習(xí)；課中教師應(yīng)用“云課堂”平臺，主要針對課前學(xué)習(xí)存在的問題及重點難點集中講授，并開展學(xué)生實操、互動討論、遞進拓展和小結(jié)測驗等活動，達到運用知識、內(nèi)化知識的目的；課后進行在線作業(yè)和輔導(dǎo)等活動。（四）教學(xué)資源開發(fā)與利用1.教材選用曾啟明等.《PCB設(shè)計技術(shù)》[M]，北京:高等教育出版社，2022.本教材是課程組在國家級精品課程“電子線路板設(shè)計”和國家級專業(yè)教學(xué)資源庫課程“印刷電路板(PCB)設(shè)計”建設(shè)的基礎(chǔ)上，吸取多年教學(xué)改革成果和實際教學(xué)經(jīng)驗編寫的項目式教材。不同于傳統(tǒng)教材，這是一本與信息化資源高度融合、采用漸進項目化方式實施的新形態(tài)教材。對于學(xué)習(xí)者，這本書能夠滿足您從入門新手到初級PCB工程師的學(xué)習(xí)需要。教材從易到難的項目化結(jié)構(gòu)和細致入微的教學(xué)視頻，能夠有效提高學(xué)習(xí)效果。對于教師，教材配套的豐富素材資源，包括PPT課件、視頻、項目素材、PCB源文件等顆?；Y源能夠方便教師迅速組織教學(xué)。2.參考資料[1]《OrCAD&PADS高速電路板設(shè)計與仿真》，周潤景，電子工業(yè)出版社，20163.資源開發(fā)與利用表2教學(xué)資源一覽表資源類型資源名稱數(shù)量基本要求及說明基本教學(xué)資源教學(xué)課件（個）≧20每個教學(xué)任務(wù)配備1個以上教學(xué)課件教學(xué)教案（個）≧20每個教學(xué)任務(wù)配備1個以上教案微視頻（個/分鐘）數(shù)量≧40個時長≧1000分鐘每個學(xué)分配備10個以上教學(xué)視頻、教學(xué)動畫等微視頻，每個學(xué)分微視頻時常不少于100分鐘。習(xí)題庫（道）≧200每個教學(xué)任務(wù)配備習(xí)題，每個學(xué)分配備的習(xí)題不少于50道，其中，開放式/非標準答案測驗題、案例題等綜合應(yīng)用題不少于20%。拓展教學(xué)資源動畫（個）10仿真工程（套）25文本（個）10（五）教學(xué)評價1.教學(xué)評價思路課程以學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量為導(dǎo)向，結(jié)合課程知識、技能、素質(zhì)要求，探索形成了教師、行業(yè)企業(yè)專家、學(xué)生評價主體相結(jié)合，線上線下相結(jié)合，診斷性評價、過程性評價、終結(jié)性評價、增值性評價相結(jié)合的考核與評價模式。2.評價內(nèi)容與標準表3教學(xué)評價說明考核方式過程性考核（50分）終結(jié)性考核（50分）增值性評價（10分）平時考勤任務(wù)訓(xùn)練綜合項目網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)期末考試（項目考核）大賽獲獎、職業(yè)資格證書獲取等分值設(shè)定5301055010評價主體教師教師、