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与PCB历史抗衡,推动电路创新

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中的不同电路做实验。有一天,我决定从无线电套件中取出组件,并将所有的部件连接在一块薄胶合板上。我小心地钻了孔,为零件的引线通过,并安排他们的连接模式,以焊接在一起很容易在胶合板的背面。在没有意识到的情况下,我已经设计了我的第一块电路板,我仍然把那块电路板挂在我家里的桌子旁边,作为我作为PCB设计师的过去和开始旅程的提醒。

据说,不记得过去的人注定要重蹈覆辙。因为作为一个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。所以,让我们沿着记忆的通道快速旅行,看看PCB历史的快照,它把我们带到了今天作为PCB设计师的位置。

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。部件将安装在底座或插座中,甚至直接安装在机箱上,它们的引线和电线要么是焊接的,要么是压接的,要么是用螺丝端子连接的。这是一个耗时的组装过程,经常导致连接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创造一条电子路径,而那些最初的电路板以今天的标准来看并不漂亮。这些板的基材几乎可以是任何东西,它们的钻孔会用金属铆接在上面,但他们完成了任务。

随着20世纪40年代战争中引入的新技术,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个时期引入的,包括浸焊工艺,后来发展为现代波峰焊。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,技术进步如高密度互连(HDI) pcb一直持续到今天。

旧电路板组件

即使是旧的电路元件仍然可以完成工作

使用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布局技术的进步。在CAD工具使用之前,布局设计师会从手绘的原理图开始工作。他们会先在一张浅色的桌子上铺上一个透明网格,然后在上面盖上一层磨砂绘图膜,然后在上面工作。

像这样的手动布局通常是在常规尺寸的4倍上完成的,尽管也使用了2倍和10倍的尺寸。被称为“多利”的纸模板,代表组件,然后附加到绘图膜上,以便设计师能够知道在哪里画出痕迹。设计师会用铅笔在一层画一条直线,在另一层画一条虚线。对于多层板,可以使用多张绘图膜,用彩色铅笔代表不同的层。

一旦完成,手绘的设计必须用不透明的材料重新制作,以便拍照。另一个透明网格会铺在手绘的作品上,然后是另一张草稿纸,然后设计师会开始放置粘性的黑点或垫子,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痕迹粘上黑色胶带。使用圆点和胶带的设计要求遵守间距规则,即使这意味着要使用精确刀来修剪圆点或胶带。一个特别的喊出主教图形是垫,点,和磁带的提供者。完成后,点状和胶带的图层就可以被缩小到合适的尺寸。

这样的设计是非常劳动密集型的。如果一个路由模式没有像预期的那样工作,将不得不擦除并重新绘制铅笔路由。如果需要移动组件,受影响的台架必须被抬起并放回新的位置,任何相关的路由也必须被删除。如果板子已经粘好了,那么所有的工作都必须被移到新的位置重新安装。通常情况下,有经验的设计师需要花上几个小时布局和粘贴14-pin IC。

带有微控制器和引脚的绿色印刷电路板

进行印刷电路板测试从来没有这么容易

用于电路板设计的CAD工具

幸运的是,我们已经用CAD工具取代了用胶带贴PCB的日子。从20世纪60年代开始,第一个PCB CAD系统被引入,大部分捕获现有的布局。PCB设计师仍然会在图纸上用铅笔画出他们的布局,然后CAD操作人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。这需要许多我们今天认为理所当然的CAD过程的发明,例如库、设计规则和创建制造输出文件的能力。毕竟,电路图仍然是通向设备的。

早期的PCB设计系统通常也有一些有趣的困难需要处理。有些基于速度较慢的计算机平台,数据存储最少,必须由专业技术人员维护。其他一些设备的界面使用起来令人沮丧,或者单色显示器显示的是不同层次的图案,而不是颜色。慢慢地,这些问题得到了解决,并形成了我们今天所拥有的现代PCB设计系统。

无论是集成了更多流程的自动路由器和布局工具,还是文件格式的统一和制造输出的清晰度,PCB设计软件都取得了巨大的进步。

德怀特·d·艾森豪威尔(Dwight D. Eisenhower)曾经说过:“智者和勇敢者都不会躺在历史的铁轨上等待未来的火车从自己身上碾过。”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,不断推动我们需要的设计工具的进步和增强,以便更好地完成我们的工作。值得庆幸的是,今天的PCB设计系统已经做出了回应,有能力向前推进到最新的设计技术。

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