• PCB設(shè)計(jì)：城市景觀

• PCB設(shè)計(jì)師的角色

• 印刷電路工程：定義

• IPC-22XX 1.X。印刷電路工程布局專(zhuān)業(yè)的定義

• PCB 設(shè)計(jì)最佳實(shí)踐

• PCB設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)展

PCB設(shè)計(jì)是通過(guò)多學(xué)科和多領(lǐng)域之間的協(xié)作和集成來(lái)創(chuàng)建印刷電路板（PCB）的整個(gè)過(guò)程，包括電氣、機(jī)械、軟件、系統(tǒng)、測(cè)試和制造。這是一項(xiàng)需要持續(xù)雙向溝通的團(tuán)隊(duì)努力。

由于最近的 COVID-19 大流行對(duì)供應(yīng)鏈漏洞方面的所有行業(yè)產(chǎn)生了負(fù)面影響，現(xiàn)在 PCB 設(shè)計(jì)的成功還包括為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈彈性。這包括通過(guò)在設(shè)計(jì)點(diǎn)左移最知名的零件可用性、BOM 驗(yàn)證和備選方案驗(yàn)證來(lái)實(shí)施具有供應(yīng)鏈智能的由外向內(nèi)方法。在設(shè)計(jì)方面擁有知識(shí)、智慧和優(yōu)化是在 PCB 設(shè)計(jì)方面實(shí)現(xiàn)彈性設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。

當(dāng)今電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)狀態(tài)比以往任何時(shí)候都更加復(fù)雜和緊張。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須在更緊湊的時(shí)間表內(nèi)交付更復(fù)雜的產(chǎn)品，但他們會(huì)在非生產(chǎn)性任務(wù)上浪費(fèi)寶貴的時(shí)間。通過(guò)所有工程學(xué)科將他們聯(lián)系起來(lái)，并為他們提供一流的解決方案，以通過(guò)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的協(xié)作方法蓬勃發(fā)展。

我真正喜歡的 PCB 設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單的解釋或隱喻之一就是它就像“設(shè)計(jì)一座城市”。一個(gè)城市，土地（房地產(chǎn)）、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、建筑物、房屋和道路都相互連接。一個(gè)城市的土地（房地產(chǎn)）和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)代表了PCB的堆疊。建筑物和房屋代表放置在 PCB 上的電氣和機(jī)械組件，道路代表根據(jù)需要連接一切的銅線(xiàn)和過(guò)孔。

裸露的 PCB 由用于將組件連接/焊接到 PCB 上的焊盤(pán)圖案組成。它們通過(guò)稱(chēng)為非導(dǎo)電基板上跡線(xiàn)的導(dǎo)電印刷線(xiàn)互連。它們?yōu)殡娐钒l(fā)揮作用提供了途徑。這通常稱(chēng)為印刷線(xiàn)路板 (PWB)。重要的是要注意，在所有必需的組件都焊接到 PWB 上之前，它不被視為組件。一旦焊接到 PWB 上，電路就完成了。完全組裝/填充的 PCB 產(chǎn)生了一個(gè)功能齊全的生態(tài)系統(tǒng)，這是 PCB 設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)城市之間的隱喻比較。

一旦 PCB 完全填充了所有必要的組件，在這個(gè)階段或組裝級(jí)別，它通常被稱(chēng)為印刷電路組件 (PCA)、印刷電路板組件 (PWBA) 或電路卡組件，具體取決于您如何選擇引用完全填充的印刷電路板。

圖 1 – 項(xiàng)目利益相關(guān)者（部門(mén)）

與許多與 PCB 設(shè)計(jì)（電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)）相關(guān)的工程學(xué)科一樣，PCB 設(shè)計(jì)師（印刷電路布局專(zhuān)業(yè)人員）扮演著通常位于電氣工程部門(mén)的重要角色。請(qǐng)參閱圖 1 查看主要利益相關(guān)者（部門(mén)），他們通常在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中協(xié)作以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目最終目標(biāo)，無(wú)論是公司內(nèi)部目標(biāo)/里程碑，還是外部客戶(hù)要求。

由于內(nèi)部和外部的關(guān)鍵利益相關(guān)者如此多樣化，有組織的復(fù)雜性需要多學(xué)科協(xié)作和整合。請(qǐng)參閱圖 2，了解當(dāng)今系統(tǒng)級(jí)連接性的示例 - 組織復(fù)雜性。

圖 2 – 系統(tǒng)級(jí)連接性 – 有組織的復(fù)雜性需要多學(xué)科協(xié)作

由于內(nèi)部和外部的關(guān)鍵利益相關(guān)者如此多樣化，有組織的復(fù)雜性需要多學(xué)科協(xié)作和整合。請(qǐng)參閱圖 2，了解當(dāng)今系統(tǒng)級(jí)連接性的示例 - 組織復(fù)雜性。

通常，PCB 設(shè)計(jì)屬于工程的硬件 (HW) 設(shè)計(jì)類(lèi)別。它與電氣、機(jī)械、軟件、系統(tǒng)、測(cè)試和制造學(xué)科聯(lián)系在一起，包括電氣 (ECAD) 和機(jī)械 (MCAD) 設(shè)計(jì)師。

PCB 設(shè)計(jì)需要來(lái)自多個(gè)學(xué)科及其各自領(lǐng)域的大量輸入和細(xì)節(jié)，以幫助定義、驗(yàn)證和生產(chǎn)最終產(chǎn)品。其中的一個(gè)例子如下：

1. 系統(tǒng)級(jí)需求/架構(gòu)定義

2. 機(jī)械、電氣、軟件、系統(tǒng)和測(cè)試要求/約束

3. 信號(hào)完整性 (SI) / 電磁兼容性 (EMC)、電源完整性 (PI) / 熱分析

4. 可制造性設(shè)計(jì) (DFM) 和可生產(chǎn)性指南

5. 關(guān)于組件采購(gòu)的供應(yīng)鏈彈性

硬件通常由機(jī)械定義和約束創(chuàng)建，這些定義和約束與電氣輸入/要求一起饋入 PCB 布局，包括原理圖（描述電子電路的圖形符號(hào)和圖表）以及滿(mǎn)足最終產(chǎn)品定義/要求的電氣和物理約束。

PCB 設(shè)計(jì)已經(jīng)從早期的粘性背面組件圖案和膠帶發(fā)展到聚酯薄膜片上，然后將其拍照以創(chuàng)建用于制造的生產(chǎn)工具母版圖。隨著 PCB 設(shè)計(jì)幾十年來(lái)的發(fā)展，關(guān)鍵利益相關(guān)者的流程和個(gè)人角色（誰(shuí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中做什么以及何時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中）也發(fā)生了變化。

原理圖由電氣或電子工程師創(chuàng)建。機(jī)械工程師提供具有所有物理要求和約束的物理包裝或封套。此機(jī)械信息會(huì)輸入 PCB 布局。然后，布局專(zhuān)家（電氣設(shè)計(jì)師）設(shè)計(jì) PCB 布局，這是多學(xué)科協(xié)作的結(jié)果。該專(zhuān)家一直充當(dāng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的樞紐或焦點(diǎn)，以收集所有需要實(shí)施到 PCB 設(shè)計(jì)中的輸入/要求。

在 PCB 設(shè)計(jì)中取得成功所需的知識(shí)、技能組合和經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)演變成今天眾所周知的印刷電路工程。這種演變需要對(duì)包裝可溶性、性能和制造的設(shè)計(jì)有全面的了解。當(dāng)今行業(yè)中的印刷電路布局專(zhuān)業(yè)人員/專(zhuān)業(yè)現(xiàn)在交叉授粉電氣、機(jī)械、軟件、測(cè)試和制造學(xué)科之間的必要技能集。您現(xiàn)在可以理解為什么可以肯定地說(shuō) PCB 設(shè)計(jì)過(guò)程已經(jīng)從孤立的/個(gè)人的努力演變?yōu)槎鄬W(xué)科、多領(lǐng)域的團(tuán)隊(duì)努力以及印刷電路布局本身的專(zhuān)業(yè)。

為了幫助指導(dǎo)個(gè)人進(jìn)入或繼續(xù)從事該行業(yè)，IPC 技術(shù)活動(dòng)執(zhí)行委員會(huì) (TAEC) 在 2017 年接受了印刷電路工程布局專(zhuān)業(yè)人士的推薦定義，該定義將被納入 IPC-2200 系列標(biāo)準(zhǔn)。重要的是要注意，印刷電路工程布局專(zhuān)業(yè)人員只是 PCB 設(shè)計(jì)宏偉計(jì)劃中的重要角色之一。它并未涵蓋 PCB 設(shè)計(jì)中的所有角色。公認(rèn)的推薦定義如下所示，并以圖形方式顯示。

圖 3 – 設(shè)計(jì)工程三角 – 成功的 3 個(gè)視角

以下概述描述了作為獨(dú)立專(zhuān)業(yè)人員或作為履行此職責(zé)的工程師最好地?fù)?dān)任印刷電路工程布局角色的核心知識(shí)和能力。今天的設(shè)計(jì)師必須解決 3 個(gè)成功的角度，目標(biāo)是使第一次迭代按預(yù)期工作。

• 布局可解決性——復(fù)雜的封裝技能集

• 性能——所有層的信號(hào)、PWR 和熱性能

• 可制造性——DFX 對(duì)高產(chǎn)量和低成本的考慮

結(jié)果提供了可實(shí)現(xiàn)的最大元件放置/布線(xiàn)密度、最佳電氣性能以及高效、高產(chǎn)量和無(wú)缺陷制造。

在 PCB 設(shè)計(jì)過(guò)程的初始階段讓所有必需的利益相關(guān)者參與進(jìn)來(lái)，并通過(guò)實(shí)施行業(yè) PCB 設(shè)計(jì)最佳實(shí)踐是全面成功的關(guān)鍵。多學(xué)科和多領(lǐng)域的協(xié)作和整合以及所有利益相關(guān)者之間的持續(xù)雙向溝通對(duì)于打破壁壘和孤立工作至關(guān)重要。強(qiáng)烈推薦行業(yè) PCB 設(shè)計(jì)最佳實(shí)踐的 5 個(gè)支柱，以實(shí)現(xiàn) PCB 設(shè)計(jì)的成功。這5個(gè)支柱如下：

1. 數(shù)字集成和優(yōu)化

2. 工程生產(chǎn)力和效率

3. 數(shù)字原型驅(qū)動(dòng)驗(yàn)證

4. 系統(tǒng)級(jí)基于模型的工程

5. 供應(yīng)鏈彈性

反思最初的問(wèn)題：“什么是 PCB 設(shè)計(jì)？”，可以看出為什么包含 PCB 設(shè)計(jì)的內(nèi)容如此之多，以及為什么它需要的不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的定義。PCB設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)展成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的印刷電路工程。簡(jiǎn)而言之，PCB 設(shè)計(jì)已成為一個(gè)多學(xué)科、多領(lǐng)域的過(guò)程，需要協(xié)作/集成和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。