PCB的历史 1925年,美国的Charles Ducas 在绝缘基板上印刷出线路图案,再以电镀的方式,建立导线。这是开启现代PCB技术的一个标志。 1947年,环氧树脂开始用做制造基板。 1953年,Motorola开发出电镀贯穿孔法的双面板,后应用到多层电路板上。 1960年,V. Dahlgreen以印有电路的金属箔膜贴在塑胶中,制作出软性印刷电路板。 1961年,美国的Hazeltine Corporation参考了电镀贯穿孔法,制作出多层板。 1995年,松下电器开发了ALIVH的增层印刷电路板。 1996年,东芝开发了B2IT的增层印刷电路板。 20世纪末,Rigid-Flex、埋阻、埋容、金属基板等新技术不断涌现,PCB不仅是完成互连功能的载体,而且作为所有电子产品中一个极为重要的部件,在当今的电子产品中起到举足轻重的作用。 PCB设计的发展趋势 电子产业在摩尔定律的驱动下,产品的功能越来越强,集成度越来越高,信号的速率越来越快,产品的研发周期也越来越短。由于电子产品不断微小化、精密化、高速化,PCB设计不仅仅要完成各元器件的线路连接,更要考虑高速、高密带来的各种挑战。 PCB设计不再是硬件开发的附属,而成为产品硬件开发中“前端IC,后端PCB,SE集成”的重要一环。 IC公司不仅完成芯片的开发,同时给出典型应用原理图设计参考。 系统工程师根据产品功能需要,完成IC选型,功能定义,按照IC公司的原理参考设计完成产品的原理图开发;传统硬件工程师电路开发的工作逐渐减少,电路开发工作逐渐转向IC工程师、PCB工程师身上。 PCB工程师根据系统工程师提供的原理方案,在结构工程师的配合下,在整体考虑SI、PI、EMI、结构、散热的情况下,根据当前主流PCB工厂的加工能力、工艺参数完成PCB设计。 PCB设计将呈现如下趋势。 1.研发周期不断缩短 电子产品的更新换代加剧,新功能层出不穷,缩短了消费类电子产品的使用寿命。上市机会窗的缩短,迫使产品研发加速,PCB的开发周期也相应被压缩。 PCB工程师的解决对策: 要采用一流的EDA工具软件。 追求一板成功,PCB专业工程师综合考虑各方面因素,力争一次成功。 多人并行设计,分工合作。 模块重用,重视技术沉淀。 此外,PCB工程师提前介入产品研发流程,以减少后续返工,这也是非常重要且必要的。 2.信号速率的不断提高 随着信号速率的不断提升,信号完整性不断困扰着研发人员,包括总线驱动能力、信号的反射、串扰、时序等。 PCB工程师的解决对策:专业SI工程师参与,PCB设计工程师掌握一定的高速PCB设计技能。 3.单板密度加大 从面包板到单面板,再到双面板、多层板、HDI板,电子产品的小型化加剧了PCB设计的高密度、精细化。50~75μm微细导线已逐渐成为主流,在智能终端设备上被广泛使用。 PCB工程师的解决对策:PCB工程师必须紧跟业界前沿,了解新材料、新工艺,例如埋阻、埋容技术、HDI技术等。采用能支撑高密PCB设计的一流EDA软件。封装基板技术将被逐渐引入常规PCB设计中。 4.门电路工作电压越来越低 电子技术的发展,使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。低电压工作虽然有利于降低电路的整体功率消耗,但也给PCB的电源设计提出了新的难题。 PCB工程师的解决对策:理清电源通道,不仅要满足载流能力的需要,还要通过适当增加去耦电容,必要时采用电源地平面相邻、紧耦合的方式,以降低电源地平面阻抗,减少电源地噪声。此外,埋容技术能有效降低电源地平面阻抗,在高密终端电子设备中正逐渐受到青睐。为了应对低电压时代的电源地噪声问题,专职PI工程师成为必要。 门电路翻转提供电源供给路径,如图1-1所示。 5.SI、PI、EMI问题趋于复杂 高速信号衍生的高次谐波,延伸了频带宽度;不同信号之间的串扰、共阻抗通道增加了信号之间的干扰。产品小型化、高度集成化带来PCB设计的高密度,这进一步加剧了SI、PI、EMI问题的产生。 PCB工程师的解决对策: PCB设计工程师需具备高速PCB的SI、PI、EMI设计基本技能。此外,专业SI、PI、EMI工程师参与PCB设计非常必要。 随着信号速率的进一步提升,使用传统电路的方式解决高速问题已逐渐吃力,采用三维电、借助近场探头测出的RE指标及特定频率的EMI物理空间分布图,从磁场的角度分析SI、PI、EMI成为必然。
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