電路真奇妙

課程名稱 電路真奇妙
科別 應用科學
作者資料 實驗組,李致翔、許兆芳、邱庭煒、陳春男
指導教師 朱慶隆教授
授課對象 5-8年級
課程時間 2小時
教學目標
  • 1. 電路圖設計教學。
  • 2. 學習PCB電路板的製作。 
課程簡介 在當今世界,電子科技突飛猛進,電子科技技術日新月異,且其發展往往是一日千里讓許多產品從夢想轉變成理想。例如利用更高精密的技術建置更新穎或更精密的產品,然而這些產品到底是用什麼做成的呢?在此就簡單的教導大家學習如何設計電路圖及如何洗電路板。
教學流程
      一、 介紹臺灣電子產業的發展 授課10
      1980 年代起,台灣電子產業即在全球電子供應鏈體系中扮演了舉足輕重的角色。在種類繁多的電子產品中,以個人電腦為首,且在電子產業中扮演了火車頭的角色。而以PC為例,全世界第一臺PC是約在西元1946年左右由美國人所發明的其材料是使用真空管所製成,而大小約為一間房間大,並僅僅能儲存100多個字而已,並也相當的耗電,然而經過長時間的發展及改良後,已經變成我們現今社會中的個人電腦PC更發展成個人智慧型電腦。上述的電腦的發展是歷經過真空管時代、電晶體時代,而後到達積體電路時代的而其PC的發展史也可以說是電子科技的縮影。
      6吋、8吋或12吋晶圓廠是我們在報章雜誌上經常會看到的名詞,但是不同晶圓大小對晶粒的產出量有何影響呢?一般來說相同的產品在相同製程下,8吋晶圓的晶粒數是6 吋的1.78倍,而12吋晶圓的晶粒數是8吋的2.25倍。在本館三樓的半導體特展展區可以輕楚的看到6吋、8吋與12吋晶圓晶粒數比較的展示。這些積體電路被製作完成後,會應用在我們日常生活所使用的電子用品上。透過積體電路,電子用品才能進行運作。
      利用軟體來介紹半導體發展史
      在上述這麼多的科技產品中,每一種東西都必須必備一樣物品,就是印刷電路板,其功用主要是將電子零組件連接在一起,使其能夠發揮整體的功能效果,因此印刷電路板是所有的電子產品不可或缺的構成要件。因此印刷電路板(PCB: Printed Circuit Board)經常被稱為是「電子系統產品之母」或「3C產業之基」。
      二、   電路基本知識介紹 50
      1.      印刷電路板(PCB: Printed Circuit Board)大約可分為三大類:10
      a.       單面板:為最基礎的PCB板,主要為零件集中在單一面上,零件則在另一面上。
                      用途:自動販賣機、電子元件等。
      b.      雙面板:為兩面都可以放置零件及導線,但上下層是不導通的喔!如果需要上下層導通是必需利用導線或導孔使其上下層板可以連接在一起的。
                      用途:通信機器、衛星廣播機器等。
      c.       多層板:多層板主要是為了增加其導線的面積所產生的,而多層板則是利用數片的雙面板所組而成,並在每一層板中放入一層絕緣層。
                      用途:個人電腦、無人載具飛機等。
                      Ps:目前技術上已可做到近100層的PCB板。
      2.      電路符號基本認識。5
      a.       基本元件及符號認識
      圖示 名稱 專有名詞 實體圖
      直流電 直流電 direct current,簡稱D.C.  
      交流電 交流電 alternating current,簡稱A.C.  
      電阻 電阻 Resistor,簡稱R 電阻
      可變電阻 可變電阻 Variable Resistor,簡稱VR 可變電阻
      電感 電感 Inductor,簡稱L 電感
      電容 電容 Capacitor,簡稱C 電容
      二極體 二極體 Diode,簡稱D 二極體
      發光二極體 發光二極體 Light Emitting Diode,簡稱LED 發光二極體
      保險絲 保險絲 Fuse

      保險絲

      保險絲

       
       
       
      註:上述之圖片皆取至維基百科。
      Ps:請視時間情況刪減
      b.      生活常用電學單位符號
      中文名稱
      專有名詞
      單位符號
      電學代表
      安培
      Ampere
      A
      電流
      電阻
      Resistor
      R
      電阻
      伏特
      Voltage
      V
      電壓
      瓦特
      Watt
      W
      功率
      Hertz
      Hz
      頻率
      3.      電路連接練習30
      a.       基礎電路認識 5
                                  i.                指出燈泡發亮的所需材料有電池、電線和燈泡。
                                ii.                從實際的操作活動中發現電池、電線和燈泡連接成通路時,燈泡會發亮。
                              iii.                察覺燈泡不亮的原因。
                              iv.                說出電的通路及斷路的科學意義。
      b.      麵包板認識10
      先介紹麵包板, 再請學生利用麵包板, 把電線插在麵包板上讓燈泡發光。
                                  i.                認識麵包板,那些洞是相通那些洞是不通的。
                                ii.                利用麵包板將兩個電阻串聯,及併聯並記錄之。
      c.       電路連接測試_請量測燈泡的電壓及電流 15
                                  i.                串聯
       串聯
                                ii.                並聯
                                並聯
       
                              iii.                串並聯
                                串並聯
       
      三、 印刷電路板製作體驗 50
      1.      拿一張10*10投影片。
      2.      利用奇異筆繪製出一個簡易的電路。
      3.      拿一個12*12的感光電路板將此電路板及投影片利用UV曝光機進行曝光進行時間約88秒。
              PS:曝光時投影片及感光電路板必須要緊密接觸,如無UV曝光機,可以利用玻璃及日光燈進行曝光,但曝光時間要詳讀PCB板包裝規格而定。
      4.      顯像:將曝好光的感光電路板放置入顯像劑中約1分鐘至2分鐘後取出後,在利用清水擦拭乾淨即可。
              顯像原理:利用氫氧化鈉與照光後之光阻劑所產生的酸進行酸鹼中和反應,可洗去曝光部分的光阻劑。
              PS:顯像過程中必須要小心,避免顯像過度導致顯像失敗,如輕微失敗可以利用奇異筆將過度顯影的部份補上。
      5.      蝕刻:將顯像完成之感光電路板放置氯化鐵溶液中進行銅箔蝕刻。
              蝕刻原理:使用氯化鐵與PCB產生氧化還原反應,將金屬銅氧化為銅離子而溶於水中,而PCB上的銅被蝕刻後,所留下來的即為所需要的圖案或線路。
              PS:市面上的蝕刻液分為兩種,一種為氯化鐵另一種為環保蝕刻液,由於氯化鐵回收不易,且有很強的污染性,因此本活動改使用環保蝕刻液。
              ※切記一定要做好廢液回收!
      6.      鑽孔:將完成之感光電路板進行零件鑽孔。
      7.      除模:利用酒精將感光模層去除,以利焊錫較易焊接。
      8.      焊接:將零件焊接至感光電路板上在進行測試完成。
                      PS:焊接時需注意學員的焊接狀況,以避免焊接失敗導致電路不穩定,並須注意安全以免
                      燙傷。
所需材料或儀器 麵包板 1塊/組                       單心線(紅、綠、黑) 3卷/班
電源供應器 1台/組               鱷魚夾線 1組/組
投影片(約B5) 1張/組           奇異筆 2隻/組
LED燈 1顆/組                       焊槍組 1組/組
焊錫 少許/組                         鑽孔機 1台/組
顯像工具組 3組/班               蝕刻機 2台/班
曝光機 1台/班
電子材料如下:(單位皆為組)
電阻100Ω*2
電阻1KΩ*2
電阻10 KΩ*2
LED燈*2
 
關鍵字  
與教材的相關性
  • 222-2a.利用電線、電池或金屬物質接成通路,可使燈泡發光、馬達轉動。
  • 222-4b.探討電路中,電壓、電流與電阻的關係。
  • 225-4a.能以實驗說明燃燒與氧化作用就是物質與氧化合,生成氧化物。
  • 421-2d.利用電線、電池接成通路驅動玩具馬達。
其他
  • 附件一 學生講義
  • 附件二 學習單