PCB懂王，你是吗？我不是

大家好，我是张巧龙，任何知识或者事物的形成都有它的发展过程，其发展既有偶然性也有必然性。

了解事物发展史，我们的理解会更深刻，也更清楚相关知识技术是在什么背景下出现的。

有的人一谈到PCB基础知识就嗤之以鼻，在当PCB行业“懂王”的同时往往容易忽视细节。

今天想和大家一起回溯行业历史，聊聊PCB的前世今生。

01 

印刷电路板（PCB）的诞生

印刷电路板（PCB）如今已经成为现代电子产品中不可或缺的器件，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。

在下游应用较为普遍，主要涵盖计算机、消费电子、网络通讯、医疗、汽车电子、航天科技等范畴。 

什么时候诞生的？

这就不得不提到“PCB之父”奥地利人保罗·爱斯勒(PaulEisler)，1936年，保罗·爱斯勒首先在收音机装置里采用了印刷电路板。

爱斯勒开发了利用蚀刻箔在基板上记录下痕迹的概念。起初没有人真正重视这项发明，到1943年，为了做炸弹的爆炸计时装置，美国人使用印刷电路作为炸弹上的近炸引信，这才开始被大量应用。

美国人也将其应用到了军用收音机内。1948年，美国正式认可这个发明用于商业用途。

到了20世纪50年代初，铜箔蚀刻法成为PCB制造技术的主流，开始生产单面板。

20世纪60年代，实现了孔金属化双面PCB大规模生产。

20世纪70年代，多层PCB迅速发展，并不断向高精度、高密度、细线小孔、高可靠性、低成本和自动化连续生产方向发展。

20世纪80年代，表面安装印制板（SMT）逐渐替代插装式PCB，成为生产主流。

20世纪90年代以来，表面安装进一步从扁平封装（QFP）向球珊阵列封装（BGA）发展。

进入21世纪以来，高密度的BGA、芯片级封装以及有机层压板材料为基板的多芯片模块封装印制板得到迅猛发展。

有兴趣的同学，可以点击下方视频观看（视频来源：嘉立创）

02

国内PCB发展过程

1956年，我国开始PCB研制工作。

60-70年代，开始批量生产单面板，不过那个时候受到各方面因素的影响，印制板技术发展缓慢，使得整个生产技术落后于国外先进水平。

到了80年代，从国外引进了先进水平的单面、双面、多层印制板生产线。

进入90年代，中国香港和中国台湾地区生产厂商纷纷来大陆合资和独资设厂，使我国印制板产量和技术突飞猛进。

2003年，PCB产值和进出口额均超过60亿美元，成为世界第二大PCB产出国。

2006年，中国已经取代日本，成为全球产值最大的PCB生产基地和技术发展最活跃的国家。

本世纪初，中国电子行业迅速发展， 但PCB“打样难、打样贵”成为了中小企业、电子工程师的痛点，交货周期长达数周且得不到保障，从而衍生出项目开发延期、创新项目搁浅、师生教学受限等系列问题。

2006年，PCB大厂嘉立创横空出世，率先开启PCB打样服务先河，依托先进的软硬件技术进行拼板，让用户的“定制化需求”实现“批量化生产”。

用短短几年时间就将电路板打样成本从当初的1000元降至50元、5元，甚至近年来推出PCB免费打样服务；

交期也从原来的数周缩短至最快12小时。这一模式无疑为产品研发、创新提供了便利。

经过十几年的发展，嘉立创目前已拥有市场上最完善的PCB生产体系，包括PCB打样/小批量/大批量，不论是个人还是企业，都可以享受其“价格低、品质高、交期快”的高性价比服务。

2015年，嘉立创推出SMT打样/小批量模式（全球独创），该模式集PCB设计、PCB智造、元器件采购、激光钢网等各领域于一体，实现了SMT打样、小批量一站式服务，且支持双面全焊。

于企业工程师而言，这一模式的开发，让工程师解放了双手，无需再耗费大量时间、精力进行手工焊接，也无需再支付高昂的开机费找代工厂生产，提高了硬件开发的效率。

2022年初，针对行业元器件缺货及价格不稳定的情况，嘉立创还推出了私有库存预订，提出了“让客户提前将元器件预定好，存储在嘉立创”的解决方案，可谓是开创了行业先河！

据我的了解，“私有库”大部分的元器件嘉立创以低于立创商城8%的价格进行补贴，也就是说假如企业备了10万块钱的货，就能省下8千，确实还非常划算。

由于元器件对储存环境有严格要求，静电、温度、湿度、污染物等因素都会影响元器件的寿命。找到合适且充裕的空间来存放元器件就成为很多小微企业面临的困境，很多企业根本还没有建立完善的元器件管理系统。

那么，把仓库建在嘉立创，企业不但省心经济实惠，而且无缺货烦恼。

如今，嘉立创不再局限于PCB业务，而是建立了从 “PCB设计软件➤ PCB智造➤ 元器件商城➤ 激光钢网➤ SMT贴片” 为一体的电子全产业链服务，满足消费者更多样化的需求。

可以说，不仅国内的PCB企业值得期待，PCB行业也同样值得期待！

03

PCB与信号完整性

公众号发布了许多PCB设计相关的内容，有兴趣的同学可自行查阅。

那么在做PCB设计时，是否考虑过信号完整性，什么是信号完整性？

信号完整性表示信号无失真地传播的能力，代表了PCB电路中信号传播的质量。

举个例，用示波器测量PCB板上信号时，经常发现一些奇怪的现象：

(1)信号跳变后产生尖峰毛刺，尖峰后面有上下起伏波动。

(2)信号的边沿不是平滑上升的，出现一个回沟，上升到中途突然跌落下来然后再继续上升。

这些现象就是信号完整性问题的典型表现。

通俗讲，在电路设计中，信号末端的波形和起始端越相近，信号完整性越好。

Eric Bogatin博士说过：世界上只有两种工程师，一种已经遇到信号完整性问题，一种即将遇到信号完整性问题。

信号传输过程中，波形出现失真，对于整个电路系统是致命的，在高频电路中，更为凸显出信号完整性的重要性。

所以PCB板的工艺参数、元器件及在PCB板上的布局、高速信号的布线等等这些问题都可能引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，甚至完全不能正常工作。

那么，设计PCB时，哪些地方是需要重点注意的呢？

1. 信号反射与振铃

信号传输时，当传输线的阻抗与信号的源端阻抗或负载阻抗不匹配时，信号会发生反射，使信号波形出现过冲、下冲和由此导致的振铃现象。使信号波形出现失真，降低板内信号完整性。

所以电路的阻抗匹配非常重要！！！！

2. 串扰

串扰，通俗点讲是PCB板件，在无接触的情况下两条传输线，线路与线路之间能量转移引起的干扰。

容性耦合引发耦合电流，感性耦合引发耦合电压。

PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。

串扰会使时钟或者信号延迟，造成芯片逻辑功能紊乱，降低板内信号完整性。

有无串扰的眼图

3. 信号延迟、时序错误、波形抖动。。。

由于篇幅问题，在此不展开讲述了。有兴趣的同学可以自行查阅资料。也可以查阅书籍，Eric Bogatin博士出版的《信号完整性与电源完整性分析》。

提到信号完整性，主要是想让大家注意到这个问题。

有些朋友可能会觉得，PCB设计时做不做信号完整性分析，电路板还不是照做，无非多打样几次。

这个没错，多打样几次板能解决，但浪费的是什么？

时间还是金钱？

对于企业，做好分析，能节约成本减少开发时间，降低潜在风险，从而快速完成系统设计。

除此之外，一套科学且有效的设计方法应该值得推崇！

可以这么说，随着技术的发展，PCB设计中信号完整性将无法避免。

04

总结

本文简要讲述了PCB的发展历史，以及国内著名厂商嘉立创的介绍，强调了在做电路设计时容易被大家忽视的信号完整性的问题。

如果要做一名资深的硬件工程师，信号完整性是你一定必须肯定要掌握的！

硬件开发的很多知识并不像软件那样容易获取，需要时间去学习理解，一开始可能难懂，但做硬件的，越老越吃香，这句话不是没有道理。

如果大家有不同想法，欢迎留言讨论。

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