了解PCB歷史以推動電路創(chuàng)新發(fā)展

PCB歷史：從一堆電線到有組織的電路板

在印刷電路板成為電子組件安裝和連接的標(biāo)準(zhǔn)媒介之前，點(diǎn)對點(diǎn)構(gòu)造已用于電子制造。組件將被安裝到基座或插座中，甚至直接安裝到機(jī)箱，其引線和電線將被焊接，壓接或通過螺釘端子連接。這是一個耗時的組裝過程，通常會導(dǎo)致連接容易腐蝕或機(jī)械故障。

在1920年代首次嘗試在絕緣表面上創(chuàng)建電氣路徑，而按當(dāng)今的標(biāo)準(zhǔn)來看，這些最初的電路板還不夠美觀。這些電路板的基礎(chǔ)材料幾乎可以是任何東西，其鉆孔將使金屬鉚入其中，但是他們完成了工作。

隨著1940年代戰(zhàn)爭期間引入的新技術(shù)對印刷電路板的需求不斷增加，不久便生產(chǎn)出了帶有通孔的雙面PCB。在這段時間里引入了我們今天所熟悉的許多生產(chǎn)工藝，比如浸焊工藝已經(jīng)發(fā)展成為現(xiàn)代波峰焊。在1980年代，表面安裝零件的使用超過了標(biāo)準(zhǔn)通孔零件，而諸如高密度互連（HDI）PCB之類的技術(shù)進(jìn)步一直持續(xù)到今天。

CAD工具之前的印刷電路板布局

作為設(shè)計(jì)師，PCB歷史的一個特定方面對我們特別重要，這也是PCB布局技術(shù)的發(fā)展。在使用CAD工具之前，布局設(shè)計(jì)師將使用手繪原理圖進(jìn)行工作。他們首先將透明的柵格放在燈臺上，然后在上面覆蓋一層磨砂繪圖紙以進(jìn)行加工。

這樣的手動布局通常是板子正常尺寸的四倍，盡管也使用了2X和10X。然后，將代表零件的紙樣模板附加到制圖膜上，以使設(shè)計(jì)人員能夠知道繪制軌跡的位置，這些模板代表了組件。設(shè)計(jì)人員將使用鉛筆在一層上繪制一條直線，在另一層上繪制一條虛線。對于多層板，可以使用多張繪圖膜，并用彩色鉛筆代表不同的層。

完成后，必須使用不透明的材料重新創(chuàng)建手繪設(shè)計(jì)，以便準(zhǔn)備照片。另一個透明的網(wǎng)格將被放置在手繪圖上，然后是另一張繪圖紙，然后設(shè)計(jì)人員將開始放置粘性黑點(diǎn)或黑墊，以表示要在哪里鉆孔。將為每層添加其他繪圖紙，然后設(shè)計(jì)人員將黑色膠帶向下粘貼以遵循手繪痕跡。使用點(diǎn)和膠帶要求設(shè)計(jì)必須遵守間距規(guī)定，即使這意味著要使用精確刀修剪點(diǎn)或膠帶。完成后，可以將點(diǎn)和膠帶層照相縮小為正確的大小。

這樣的設(shè)計(jì)非常費(fèi)力。如果路由模式無法按預(yù)期工作，則必須擦除并重新繪制固定的路由。如果需要移動組件，則必須將受影響的手推車抬起并放回新位置，并且還必須刪除所有關(guān)聯(lián)的布線。如果木板已經(jīng)被粘上膠帶，那么所有的工作都將被取消并在新的位置更換。通常，經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師需要幾個小時來布局。

電路板設(shè)計(jì)CAD工具

對我們來說幸運(yùn)的是，用PCB工具代替PCB扎帶的日子。從1960年代開始，首次引入了PCB CAD系統(tǒng)，并且大部分都采用了現(xiàn)有的布局。PCB設(shè)計(jì)人員仍將用鉛筆在圖紙上繪制其布局，然后由CAD操作員將其工作數(shù)字化。此后不久，PCB CAD工具變成了真正的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使設(shè)計(jì)人員可以直接在系統(tǒng)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。這就要求發(fā)明許多我們今天認(rèn)為理所當(dāng)然的CAD功能，例如庫，設(shè)計(jì)規(guī)則以及創(chuàng)建制造輸出文件的能力。畢竟，電路圖仍然朝著該設(shè)備前進(jìn)。

早期的PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)通常也要處理一些有趣的困難。有些是基于慢速計(jì)算機(jī)平臺，數(shù)據(jù)存儲量最少，必須由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行維護(hù)。其他人使用的界面令人沮喪，或者單色顯示器以圖案而不是顏色顯示不同的層。但是，這些問題已經(jīng)得到了緩慢而肯定的解決，并導(dǎo)致了我們今天擁有的現(xiàn)代PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

無論是以自動布線器和布局工具的形式集成更多的流程，還是以文件格式統(tǒng)一和制造輸出清晰的形式，PCB設(shè)計(jì)軟件都取得了長足的進(jìn)步。

艾森豪威爾（Dwight D. Eisenhower）曾說過：“無論是明智的人還是勇敢的人，都不會在歷史的軌道上躺下來，等待未來的火車駛過他?！边@種描述非常適合PCB設(shè)計(jì)師。PCB設(shè)計(jì)師充分利用了歷史，并不斷推動我們所需的設(shè)計(jì)工具的改進(jìn)和增強(qiáng)，以更好地完成工作。值得慶幸的是，當(dāng)今業(yè)界已經(jīng)對PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)做出了回應(yīng)，這些系統(tǒng)具有進(jìn)行最新設(shè)計(jì)技術(shù)的能力。