PCB设计：城市景观
PCB设计师的角色
印刷电路工程：定义
IPC-22XX 1.X。印刷电路工程布局专业的定义
PCB 设计最佳实践
PCB设计已经发展
PCB设计是通过多学科和多领域之间的协作和集成来创建印刷电路板（PCB）的整个过程，包括电气、机械、软件、系统、测试和制造。这是一项需要持续双向沟通的团队努力。
由于最近的 COVID-19 大流行对供应链漏洞方面的所有行业产生了负面影响，现在 PCB 设计的成功还包括为电子系统设计实现供应链弹性。这包括通过在设计点左移最知名的零件可用性、BOM 验证和备选方案验证来实施具有供应链智能的由外向内方法。在设计方面拥有知识、智慧和优化是在 PCB 设计方面实现弹性设计成功的关键。
当今电子产品的设计状态比以往任何时候都更加复杂和紧张。设计团队必须在更紧凑的时间表内交付更复杂的产品，但他们会在非生产性任务上浪费宝贵的时间。通过所有工程学科将他们联系起来，并为他们提供一流的解决方案，以通过电子系统设计的协作方法蓬勃发展。
PCB设计：城市景观我真正喜欢的 PCB 设计最简单的解释或隐喻之一就是它就像“设计一座城市”。一个城市，土地（房地产）、结构基础、建筑物、房屋和道路都相互连接。一个城市的土地（房地产）和结构基础代表了PCB的堆叠。建筑物和房屋代表放置在 PCB 上的电气和机械组件，道路代表根据需要连接一切的铜线和过孔。
裸露的 PCB 由用于将组件连接/焊接到 PCB 上的焊盘图案组成。它们通过称为非导电基板上迹线的导电印刷线互连。它们为电路发挥作用提供了途径。这通常称为印刷线路板 (PWB)。重要的是要注意，在所有必需的组件都焊接到 PWB 上之前，它不被视为组件。一旦焊接到 PWB 上，电路就完成了。完全组装/填充的 PCB 产生了一个功能齐全的生态系统，这是 PCB 设计和设计城市之间的隐喻比较。
一旦 PCB 完全填充了所有必要的组件，在这个阶段或组装级别，它通常被称为印刷电路组件 (PCA)、印刷电路板组件 (PWBA) 或电路卡组件，具体取决于您如何选择引用完全填充的印刷电路板。
PCB设计师的角色
图 1 – 项目利益相关者（部门）
与许多与 PCB 设计（电子系统设计）相关的工程学科一样，PCB 设计师（印刷电路布局专业人员）扮演着通常位于电气工程部门的重要角色。请参阅图 1 查看主要利益相关者（部门），他们通常在整个设计过程中协作以实现项目最终目标，无论是公司内部目标/里程碑，还是外部客户要求。
由于内部和外部的关键利益相关者如此多样化，有组织的复杂性需要多学科协作和整合。请参阅图 2，了解当今系统级连接性的示例 - 组织复杂性。
图 2 – 系统级连接性 – 有组织的复杂性需要多学科协作
由于内部和外部的关键利益相关者如此多样化，有组织的复杂性需要多学科协作和整合。请参阅图 2，了解当今系统级连接性的示例 - 组织复杂性。
通常，PCB 设计属于工程的硬件 (HW) 设计类别。它与电气、机械、软件、系统、测试和制造学科联系在一起，包括电气 (ECAD) 和机械 (MCAD) 设计师。
PCB 设计需要来自多个学科及其各自领域的大量输入和细节，以帮助定义、验证和生产最终产品。其中的一个例子如下：
系统级需求/架构定义
机械、电气、软件、系统和测试要求/约束
信号完整性 (SI) / 电磁兼容性 (EMC)、电源完整性 (PI) / 热分析
可制造性设计 (DFM) 和可生产性指南
关于组件采购的供应链弹性
硬件通常由机械定义和约束创建，这些定义和约束与电气输入/要求一起馈入 PCB 布局，包括原理图（描述电子电路的图形符号和图表）以及满足最终产品定义/要求的电气和物理约束。
PCB 设计已经从早期的粘性背面组件图案和胶带发展到聚酯薄膜片上，然后将其拍照以创建用于制造的生产工具母版图。随着 PCB 设计几十年来的发展，关键利益相关者的流程和个人角色（谁在设计过程中做什么以及何时在设计过程中）也发生了变化。
原理图由电气或电子工程师创建。机械工程师提供具有所有物理要求和约束的物理包装或封套。此机械信息会输入 PCB 布局。然后，布局专家（电气设计师）设计 PCB 布局，这是多学科协作的结果。该专家一直充当项目团队的枢纽或焦点，以收集所有需要实施到 PCB 设计中的输入/要求。
印刷电路工程：定义在 PCB 设计中取得成功所需的知识、技能组合和经验已经演变成今天众所周知的印刷电路工程。这种演变需要对包装可溶性、性能和制造的设计有全面的了解。当今行业中的印刷电路布局专业人员/专业现在交叉授粉电气、机械、软件、测试和制造学科之间的必要技能集。您现在可以理解为什么可以肯定地说 PCB 设计过程已经从孤立的/个人的努力演变为多学科、多领域的团队努力以及印刷电路布局本身的专业。
为了帮助指导个人进入或继续从事该行业，IPC 技术活动执行委员会 (TAEC) 在 2017 年接受了印刷电路工程布局专业人士的推荐定义，该定义将被纳入 IPC-2200 系列标准。重要的是要注意，印刷电路工程布局专业人员只是 PCB 设计宏伟计划中的重要角色之一。它并未涵盖 PCB 设计中的所有角色。公认的推荐定义如下所示，并以图形方式显示。
IPC-22XX 1.X。印刷电路工程布局专业的定义
图 3 – 设计工程三角 – 成功的 3 个视角
以下概述描述了作为独立专业人员或作为履行此职责的工程师最好地担任印刷电路工程布局角色的核心知识和能力。今天的设计师必须解决 3 个成功的角度，目标是使第一次迭代按预期工作。
布局可解决性——复杂的封装技能集
性能——所有层的信号、PWR 和热性能
可制造性——DFX 对高产量和低成本的考虑
结果提供了可实现的最大元件放置/布线密度、最佳电气性能以及高效、高产量和无缺陷制造。
PCB 设计最佳实践在 PCB 设计过程的初始阶段让所有必需的利益相关者参与进来，并通过实施行业 PCB 设计最佳实践是全面成功的关键。多学科和多领域的协作和整合以及所有利益相关者之间的持续双向沟通对于打破壁垒和孤立工作至关重要。强烈推荐行业 PCB 设计最佳实践的 5 个支柱，以实现 PCB 设计的成功。这5个支柱如下：
数字集成和优化
工程生产力和效率
数字原型驱动验证
系统级基于模型的工程
供应链弹性
反思最初的问题：“什么是 PCB 设计？”，可以看出为什么包含 PCB 设计的内容如此之多，以及为什么它需要的不仅仅是一个简单的定义。PCB设计已经发展成为电子系统设计的印刷电路工程。简而言之，PCB 设计已成为一个多学科、多领域的过程，需要协作/集成和数字化转型。
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