零基础入门PCB设计 入门篇 第一章（PCB技术发展历程）

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1、PCB（印刷电路板）技术发展史

（1）开端：电磁王麦克斯韦

        詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831年6月13日－1879年11月5日）被普遍认为是十九世纪物理学家中对于二十世纪初物理学的巨大进展影响最为巨大的一位，他在1864年发表的论文《电磁场的动力学理论》中，集以往电磁学研究之大成。

        电磁学是现代科技生活最重要的学科，它的高速发展，将人类带入了电气时代和信息时代。

（2）萌芽：电子管的发明

        贝尔在1876年发明了电话，爱迪生1879年发明了白炽灯、特斯拉于1888年发明了电动机，这些都为电子学的诞生准备了充足的条件。

        1887年，德国H.R.赫兹进行了一项实验，他用火花隙激励一个环状天线，用另一个带缝隙的环状天线接收，证实了麦克斯韦关于电磁波存在的预言。

        1897年德国科学家布朗（Braun）制造出第一个真空管（vacuum tube），之后电子学的真空管时期就此展开。

        在此之后，英国的弗莱明（John Fleming）发明了真空二极管。

        1906年，德佛雷斯特（De Forest）在二及真空管内加入栅极，发明了三极真空管。

        在晶体管发明以前的近半个世纪里，电子管几乎是各种电子设备中唯一可用的电子器件。电磁波是电子元器件之间互联通信的基石，而电子管的发明，则催生了PCB诞生。

（3）发展：PCB概念的提出

        在PCB技术没有大规模应用之前，生产这样一台电子设备是麻烦而低效的，大量的电子管，需要使用涂有绝缘树脂的导线在器件之间进行人工布线并焊接。

        为了简化电子机器的制作，减少电子零件间的配线，降低制作成本、提高电子机器的可靠性，人们开始钻研以印刷的方式取代配线的方法，以利用机器实现精密的大规模化生产。

        1903年，当时一位名叫阿尔伯特·汉森（Albert Hanson）的德国著名发明家申请了一项英国专利，他首创利用“线路”的观念应用于电话交换机系统，利用金属箔切割成线路导体，然后线路导体上下面都粘上石蜡纸，在线路交点上设置导通孔实现不同层间的电气互联。

（4）发展：PCB工艺的改进

        1907年，出生于比利时的美国化学家利奥·亨德里克·贝克兰（Leo Hendrik Baekeland，1863年－1944年）改进了酚醛树脂的生产技术，将树脂实用化、工业化。这也为印制电路板的问世与发展，创造了必要的条件。

        1925年，美国的 Charles Ducas 在绝缘的基板上印刷出线路图案，再以电镀的方式，成功建立导体作配线。这时，“PCB”这个名词就诞生了。这种方法使得制造电器变得容易

        1936年，奥地利人Paul Eisler博士在英国发表箔膜技术，他在一个收音机装置内采用了印刷电路。Paul Eisler 也被称为“印刷电路之父”，但因为当时的电子管元件发热量大，体积笨重，不方便在印刷电路板上进行安装，Paul Eisler 的这一重大发明当时并未被英国所注重，而在美国也只是将PCB制造技术应用于军工产品之中。

（5）爆发：PCB的大规模普及

        1950年代，采用PCB的电子设备还很少，而从1950年开始，印刷电路的制造技术开始被广泛接受，这时蚀刻起到了主导作用。伴随着晶体管开始走向实用化，以金属箔腐蚀法制成的单面PCB在美国开发成功，并很快地得到工业化应用。

        1951年，聚酰亚胺材料诞生。印刷电路板广泛被使用10年后的1960年代，PCB技术也日益成熟。而自从Motorola的双面板问世，多层印刷电路板开始出现，使配线与基板面积之比更为提高。

        从1950年代到1990年代。这是PCB产业形成并快速成长的阶段，即PCB产业化的早期阶段，此时PCB已经成为一个产业。

        1958年，仙童公司Robert Noyce与德仪公司间隔数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史。

（6）PCB技术的继续发展

        1960年代，多层（4+层数）PCB开始生产，而电镀贯穿孔金属化双面PCB实现了大规模生产。

        1964年，Intel摩尔提出摩尔定律，预测晶体管集成度将会每18个月增加1倍。

        1971年，Intel推出1kb动态随机存储器（DRAM），标志着大规模集成电路出现。

        1971年，全球第一个微处理器4004由Intel公司推出，采用的是MOS工艺，这是一个里程碑式的发明。

        随着集成电路的大规模应用，这时如果电子产品的生产不使用印刷电路板的话，那生产会带来大麻烦。

        1970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，以适应摩尔定律的步伐。

        虽然1970年代开始多层PCB就开始迅速发展，但当时的PCB设计工作还是靠人工完成的。

（7）PCB软件的出现

        微软在1981年发布了MS-DOS1.0系统、1984年乔布斯的苹果公司发布了Macintosh麦金塔电脑（现多被简称为Mac），1984联想成立，开始组装个人计算机，个人计算机开始普及，基于DOS的CAD 软件开始出现并快速发展。

        CAD软件的出现，提高了设计人员的绘图效率，同时也提高了PCB设计的复用率，节约的重复设计时间，PCB设计完成后，直接导出Gerber文件输入到光绘设备中，同时，PCB的制造也开始大量还用了机械替代了人工，PCB生产效率的提高，之前需要几周才能交付的PCB现在最快几个小时就能交付，这时快板厂开始出现。

        1990年代至今，PCB产业开始走向成熟。

2、EDA软件

（1）EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术是电子设计中的一种重要工具，其核心是计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）技术，以及综合、布局、布线、仿真等相关技术。其目标是通过利用计算机实现电路设计的自动化和半自动化，并且加快电路设计的速度和准确性。

（2）板级EDA软件（PCB 设计软件）作为一种电子设计自动化（EDA）软件，在电子电路设计中发挥着举足轻重的作用，包括电路板布局、布线、验证、生产等工作无不依赖这类软件程序，是工程师创建电路原理图不可或缺的帮手之一，也是新一代板级 EDA 布局的关键一环。

（3）常见的EDA软件包括但不限于下图所示几个，对于初学者而言，建议从嘉立创EDA专业版开始入门（以下如无特殊说明，均为使用lceda-pro-windows-x64-2.2.39.2版本的嘉立创EDA专业版），专业版主要面向专业开发人员，针对更复杂的电路设计量身打造，通过重写整个PCB编辑器，支持了层次图、超多页原理图、3D step文件导出、3D预览、子系统原理图设计、多板设计、增强的PDF导出等一系列重要功能，满足了专业用户的迫切需求。