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顺应PCB历史,推动电路创新向前发展

旧的电子和电路设计作为PCB历史的一部分

当我还小的时候,我经常用父母给我的电子爱好套件来实验不同的电路。有一天,我决定把无线电组件从套件中取出来,然后把它们粘在一块薄薄的胶合板上。我仔细地钻了孔,让零件的引线穿过,并将它们排列成图案,以便在胶合板的背面轻松地焊接在一起。在没有意识到这一点的情况下,我设计了我的第一块电路板,我仍然把那块电路板挂在家里的桌子旁,作为我过去的提醒,也是我作为PCB设计师旅程的开始。

据说,不记得过去的人注定要重蹈覆辙。作为一名PCB设计师,我真的不想再为我的下一个设计在胶合板上钻孔,记住我们在我们的行业中来自哪里不是一个坏主意。记住我们从哪里来也有助于牢固地建立一个我们可以成长的基础。那么,让我们快速回顾一下PCB的历史,让我们成为今天的PCB设计师。

PCB历史:从杂乱的电线到有组织的电路板

在印刷电路板成为安装和连接电子元件的标准之前,点对点结构被用于电子制造。组件将被安装在底座或插座中,甚至直接安装在机箱上,它们的引线和电线将被焊接、压接或连接在螺旋端子上。这是一个耗时的组装过程,经常导致接头容易腐蚀或机械故障。

20世纪20年代,人们首次尝试在绝缘表面上制造一条电路,但以今天的标准来看,第一批电路板并不漂亮。这些板的基本材料几乎可以是任何东西,他们钻的孔里会有金属铆钉,但他们完成了工作。

随着20世纪40年代战争期间引入的新技术,对印刷电路板的需求不断升级,很快就生产出了带通孔的双面pcb。我们今天所熟悉的许多生产工艺都是在这段时间引入的,包括已经演变成现代波峰焊的浸焊工艺。在20世纪80年代,表面贴装部件的使用超过了标准通孔部件,高密度互连(HDI) pcb等技术的进步一直持续到今天。

旧电路板组件

即使是旧的电路元件也可以完成这项工作

在CAD工具之前的印刷电路板布局

作为设计师,PCB历史中有一个特定的方面是我们特别感兴趣的,那就是PCB布局技术的发展。在CAD工具被使用之前,布局设计师将从手绘的原理图中工作。他们会先在光台上铺上一个透明的网格,然后在上面盖上一层磨砂绘图膜。

像这样的手动布局通常是正常尺寸的四倍,尽管也使用了2倍和10倍。被称为“洋娃娃”的纸模板,代表组件,然后附着在绘图膜上,以便设计师能够知道在哪里绘制痕迹。设计师会用铅笔在一个图层上画一条直线,在另一个图层上画一条虚线。对于多层板,可以使用多张绘图膜,用彩色铅笔表示不同的层。

手绘设计一旦完成,就必须用不透明材料重新制作,以便拍照。另一个透明的网格会铺在手绘作品上,然后是另一张图纸,然后设计师会开始放置粘性的黑点或垫来代表要钻孔的地方。每一层都会添加额外的图纸,然后设计师会按照手绘的轨迹粘上黑色胶带。使用圆点和胶带要求设计遵守间距规定,即使这意味着使用精确刀修剪圆点或胶带。特别喊出主教图形作为垫,点,和磁带的提供者。完成后,点阵层和胶带就可以被缩小到正确的尺寸。

这样的设计是非常劳动密集型的。如果路由模式没有像预期的那样工作,那么铅笔化的路由必须被擦除并重新绘制。如果需要移动组件,受影响的多利将不得不抬起并放回它们的新位置,任何相关的路由也必须被擦除。如果木板已经被粘住了,那么所有的工作都必须搬到新的位置。一般来说,一个有经验的设计师需要花费几个小时来完成布局和胶带14针IC。

带有微控制器和引脚的绿色印刷电路板

通过印刷电路板测试从未如此容易

电路板设计的CAD工具

幸运的是,对我们来说,粘接PCB的日子已经被CAD工具所取代。从20世纪60年代开始,第一个PCB CAD系统被引入,并主要捕获现有的布局。PCB设计师仍然会在图纸上用铅笔绘制他们的布局,然后由CAD操作员将他们的工作数字化。不久之后,PCB CAD工具变成了真正的设计系统,允许设计师直接在系统上进行设计。这需要发明许多我们今天认为理所当然的CAD过程,如库、设计规则和创建制造输出文件的能力。毕竟,电路图仍然是朝向设备的。

早期的PCB设计系统通常也有有趣的困难要处理。有些是基于速度较慢的计算机平台,数据存储很少,必须由专业技术人员维护。另一些显示器的界面使用起来令人沮丧,或者单色显示器以图案而不是颜色显示不同的层。然而,慢慢地,这些问题得到了解决,并导致了我们今天所拥有的现代PCB设计系统。

无论是以自动路由器和布局工具的形式集成了更多的过程,还是在文件格式统一和制造输出清晰度方面,PCB设计软件已经取得了一些巨大的进步。

德怀特·d·艾森豪威尔(Dwight D. Eisenhower)曾经说过:“聪明人和勇敢者都不会躺在历史的轨道上等待未来的火车从他身上碾过。”这句话很适合PCB设计师。通过这一切,我们PCB设计师利用我们的历史,不断推动设计工具的进步和增强,我们需要更好地完成我们的工作。值得庆幸的是,行业已经回应了今天的PCB设计系统,有能力向前推进到最新的设计技术。

先进的PCB设计软件,如OrCAD功能丰富的功能,您需要满足和征服当今的设计挑战还有那些还在地平线上的。如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案,跟我们和我们的专家团队谈谈吧

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