電子行業(yè)正在努力從經(jīng)濟(jì)危機(jī)中復(fù)蘇,，為從設(shè)計(jì)到制造的流程提供全面支持的壓力也日益增加。世界各地的電子公司不得不將差異化的產(chǎn)品以更快的速度和更低的成本推向市場,，并且由于經(jīng)濟(jì)的疲軟該趨勢還將持續(xù)下去,。即使在中國的PCB市場，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造支持工具也亟待利用最新技術(shù)以提高生產(chǎn)率,。

在Aberdeen集團(tuán)的一次調(diào)查中,，眾多一流電子公司確認(rèn)了能積極滿足業(yè)務(wù)目標(biāo)的6種設(shè)計(jì)技術(shù)最佳實(shí)踐。隨著經(jīng)濟(jì)形勢的緩慢復(fù)蘇,，這些基本的PCB技術(shù)實(shí)踐將成為各公司在2012年發(fā)展的必要組成部分,。

以下是對這6種使公司工作更智能化的關(guān)鍵策略的概述，我們相信這些策略將成為2012年發(fā)展的關(guān)鍵,。

技術(shù)策略1:

產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)流程

協(xié)同通常是指將串行操作變成并行的能力,，并具有兩種模式。首先是讓多名設(shè)計(jì)師同時在同一個設(shè)計(jì)流程中工作的能力,。這一做法并非新生事物,，但新技術(shù)在效力上與原來相比有巨大的差異。設(shè)計(jì)師始終能夠操作PCB設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫,，并將其進(jìn)行拆分,。然后每個設(shè)計(jì)師都在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)工作——但最后數(shù)據(jù)庫必須重新合并起來。合并過程非常耗時,，并且容易出錯,，但最終結(jié)果可以縮短設(shè)計(jì)周期。

“未來的方案就是在軟件中進(jìn)行模擬,，如虛擬樣機(jī),。”

目前，我們有能力讓多名設(shè)計(jì)師同時在同一個數(shù)據(jù)庫中工作,，無需數(shù)據(jù)庫分拆,。這適合于PCB設(shè)計(jì)中的許多流程，包括原理圖輸入,、約束（高速和制造規(guī)則）輸入和管理,，以及物理布局。另外,，每個設(shè)計(jì)師都能看到同事實(shí)時操作的結(jié)果,。這不僅顯著縮短了設(shè)計(jì)周期時間，而且提高了設(shè)計(jì)師的生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量,。該技術(shù)的部分用戶報(bào)告節(jié)省了30~70%的設(shè)計(jì)時間,。為了在2012年保持競爭力，各公司都必須達(dá)到相似的設(shè)計(jì)周期方面的改進(jìn)(圖1),。

圖1：協(xié)同設(shè)計(jì)通常要求PCB設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫分拆后再重組,，而現(xiàn)在則可以在多名設(shè)計(jì)師操作時保持完整

協(xié)同的第二種模式是以不同于序列的并行方式，運(yùn)行幾個不同流程的能力,。原理圖,、約束、布局和分析都可以并行化，從而進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)師的生產(chǎn)力,，并縮短設(shè)計(jì)周期,。但是，該模式需要帶有版本管理,、同步校準(zhǔn),、權(quán)限和更新控制的復(fù)雜設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理，稍后本文會對此進(jìn)行闡述,。

技術(shù)策略2:

虛擬樣機(jī)

通常各公司通過建立和測試多個原型來驗(yàn)證他們的產(chǎn)品,。設(shè)計(jì)一個PCB，構(gòu)建物理原型,，在實(shí)驗(yàn)室中測試,，確定需要做出哪些改變，重新設(shè)計(jì),，然后重復(fù)相關(guān)流程,。

這種方法存在幾個問題。首先,，建立并調(diào)試樣機(jī)非常耗時和昂貴,。如果上市時間很緊迫，就很可能錯過市場時機(jī),。其次,，在實(shí)驗(yàn)室中測試可能無法發(fā)現(xiàn)所有潛在問題。例如,，你希望產(chǎn)品在劇烈震動等惡劣環(huán)境中使用多年,，但是“震動和熱處理”實(shí)驗(yàn)室可能無法運(yùn)行足夠長的時間以發(fā)現(xiàn)長周期性的問題。同樣,，信號完整性也存在這一問題,。極端的臨界條件很有可能無法在實(shí)驗(yàn)室中獲得。

未來的解決方案是在軟件中進(jìn)行模擬,，如：虛擬樣機(jī),。該操作可以在PCB設(shè)計(jì)流程中執(zhí)行，并且會覆蓋許多可能的領(lǐng)域：信號（數(shù)字,、模擬,、射頻）和電源網(wǎng)絡(luò)完整性；集成電路,、封裝,、PCB和全系統(tǒng)模擬中的熱管理；振動和沖擊(圖2),；PCB制造和組裝實(shí)踐,；3D 機(jī)械接口等等。在整個設(shè)計(jì)流程中執(zhí)行可以確保設(shè)計(jì)持續(xù)進(jìn)行，無需備份和校正,。此外,，軟件可以探測極端臨界條件，并且可以在數(shù)小時內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)室中數(shù)周和數(shù)月出現(xiàn)的問題,。雖然設(shè)計(jì)師喜歡手中盡快拿到實(shí)物,，而執(zhí)行廣泛的虛擬樣機(jī)可能有所延遲,，但后者可以縮短周期,，減少成本，并且提高設(shè)計(jì)師的生產(chǎn)力和產(chǎn)品質(zhì)量/可靠性,。

圖2:振動虛擬樣機(jī)可以用幾個小時的軟件模擬來代替實(shí)驗(yàn)室內(nèi)數(shù)周和數(shù)月的操作,，并突出顯示各個部件的潛在失效問題（紅、黃,、藍(lán)）

技術(shù)策略3:

從設(shè)計(jì)到制造的流程支持

上市時間和產(chǎn)品成本是許多行業(yè)的關(guān)鍵,。即使軍事/航空和汽車等行業(yè)，在過去也面臨較長開發(fā)時間和/或高成本的限制,，現(xiàn)在對此問題也有更加積極的目標(biāo),。此外，PCB設(shè)計(jì)師決不能忘記,，即使數(shù)據(jù)進(jìn)入制造流程,，他們的責(zé)任也還沒有結(jié)束。同時,，從EDA供應(yīng)商的角度來看,，重要的是支持不是到設(shè)計(jì)階段結(jié)束，不是讓設(shè)計(jì)者輕松履行對可制造產(chǎn)品的責(zé)任,，而要和制造商一起優(yōu)化他們的生產(chǎn)線,，實(shí)現(xiàn)最低成本的產(chǎn)品交付。

圖3 表明流程是不斷發(fā)展的,。從幫助制造商定義規(guī)則和實(shí)踐能力的支持開始,，對制造和組裝流程中的產(chǎn)量和可靠性產(chǎn)生積極影響。這些DFM（可制造性設(shè)計(jì)）規(guī)則將被PCB設(shè)計(jì)師用于設(shè)計(jì)流程,。DFM軟件可在設(shè)計(jì)環(huán)境中找出問題,，然后由設(shè)計(jì)師進(jìn)行糾正。巧合的是,，大多數(shù)制造商也使用相同的規(guī)則和軟件來檢查接收的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),。這樣可以確保一旦設(shè)計(jì)進(jìn)入制造流程，就可以持續(xù)執(zhí)行,，無需設(shè)計(jì)返工,。

圖3: 全面的設(shè)計(jì)到制造流程支持，能夠確保高產(chǎn)量、高產(chǎn)品可靠性和低生產(chǎn)成本,。

一旦設(shè)計(jì)通過智能化接口,，如ODB++，進(jìn)入制造流程,，制造商可以利用軟件進(jìn)行生產(chǎn)線建模,，并優(yōu)化其利用。在生產(chǎn)線運(yùn)行時,，軟件將持續(xù)監(jiān)控零件按時交付,、機(jī)器停工以及產(chǎn)品可追溯性等問題。即使發(fā)生質(zhì)量缺陷,，也可以確保跟蹤并突顯低于可接受故障率的設(shè)備或流程,。

技術(shù)策略4:

復(fù)雜性管理

對于擊敗競爭對手的差異化產(chǎn)品，公司必須利用最新和最先進(jìn)的技術(shù),，將更多功能壓縮到更小空間內(nèi),，同時仍能滿足積極的市場時機(jī)，這在2012年將變得更為重要,。集成電路技術(shù)在高密度,、高速度、在更小的空間中更多的針腳,、和更高的功耗等方面持續(xù)提高,。PCB（印刷電路板）制造技術(shù)，如HDI/微孔技術(shù),，可以增加密度,，但設(shè)計(jì)也更加復(fù)雜。面對這種不斷提高的復(fù)雜性,，我們該如何保持并提高設(shè)計(jì)師的生產(chǎn)力呢,？答案是同樣增加設(shè)計(jì)工具的功能。

例如：不久前,，一個典型的設(shè)計(jì)可能包含一些必須遵守長度和鄰近規(guī)則的高速網(wǎng)絡(luò),。這些網(wǎng)絡(luò)可由設(shè)計(jì)師輕松管理。現(xiàn)在,，大讀數(shù)設(shè)計(jì)都擁有超過50%的高速網(wǎng)絡(luò),，甚至有些高達(dá)90%。另外一個例子是BGA針數(shù)和密度的增加,。這將成為PCB扇出時的一個挑戰(zhàn),。這類情況提出了一個復(fù)雜性問題，沒有先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具,，將導(dǎo)致生產(chǎn)力嚴(yán)重下降,，上市時間顯著延長,。

策略優(yōu)勢

可靠性至關(guān)重要。

多年來關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用取決于Rogers的微波材料,。Rogers的軍用級層壓板能經(jīng)受時間和溫度的考驗(yàn)而保持穩(wěn)定一致的性能,，這對航空和國防應(yīng)用而言是至關(guān)重要的。

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圖4: 遵循規(guī)則的自動高速互連路由來滿足性能目標(biāo)

如果我們查看增加高速網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容的第一個示例，現(xiàn)存的工具有助于設(shè)計(jì)師遵守所有的延遲和信號完整性規(guī)則,。工程師在約束條款中設(shè)置這些規(guī)則,，然后CAD設(shè)計(jì)師按規(guī)定路線發(fā)送個體互聯(lián)或總線結(jié)構(gòu),，自動調(diào)整高速網(wǎng)絡(luò),，然后匹配最低/最高限制的長度，以及匹配差異化配對等網(wǎng)絡(luò),。這樣的任務(wù)顯然是無法靠手動完成的,。

技術(shù)策略5:

跨學(xué)科合作

產(chǎn)品研發(fā)和交付需要跨學(xué)科合作。在電子領(lǐng)域,，我們擁有集成電路,、封裝、FPGA,、RF,、模擬和數(shù)字化方面的專家；而在機(jī)械領(lǐng)域,，我們擁有設(shè)計(jì)外殼和執(zhí)行CAE分析的工程師,；我們擁有采購、供應(yīng)鏈和制造人員,；我們擁有嵌入式軟件研發(fā),。所有這些都需要在開發(fā)過程中有效合作。過去是通過紙張和電子郵件進(jìn)行,，現(xiàn)在主要通過電子媒介,，但團(tuán)隊(duì)成員之間的大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存依然存在問題。如何有效地確定發(fā)生了何種改變,，在你的領(lǐng)域內(nèi)該如何應(yīng)對,，以及你實(shí)際采用了何種控制？此類問題在不久的將來必須得到處理,。

實(shí)際上,，大多數(shù)交互是一種協(xié)商,。例如，如果一名機(jī)械工程師發(fā)現(xiàn)PCB上的一個組件將會干涉物理產(chǎn)品外殼,，則該工程師可以提議更換該組件的位置,。這將采取一種漸進(jìn)（僅在更換時）提議的形式傳達(dá)給PCB設(shè)計(jì)師——不同于大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存，PCB設(shè)計(jì)師必須經(jīng)過排序來確定提議,。最近漸進(jìn)式變化性能已經(jīng)由Mentor Graphics,、PTC和用戶發(fā)展成為標(biāo)準(zhǔn)（“EDMD”），并獲得了ProSTEP的批準(zhǔn),。

該提議將以圖形的形式展示給PCB設(shè)計(jì)師,，后者將根據(jù)PCB的實(shí)際情況接受、拒絕或提出一個更適合此PCB的提議,。協(xié)商過程將持續(xù)到達(dá)成一致為止,，屆時機(jī)械和電氣數(shù)據(jù)庫都將進(jìn)行更新。 這個完全電子化的合作僅僅是目前許多實(shí)際操作的示例之一,。

技術(shù)策略6:

知識產(chǎn)權(quán)（IP）管理

最后一流電子公司確定未來成功的關(guān)鍵在于他們的工作進(jìn)程和數(shù)據(jù)庫的管理,。

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員，無論位于本地還是分散在世界各地,，都需要創(chuàng)建一個有效的權(quán)限,，并嚴(yán)格管理公司認(rèn)為最重要的資產(chǎn)。公司數(shù)據(jù)庫管理員將合格組件的信息輸入經(jīng)過批準(zhǔn)的管理基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi),，可由設(shè)計(jì)師進(jìn)行評估,。預(yù)先設(shè)計(jì)的全部或部分PCB可以增加到庫中，便于日后項(xiàng)目的重新使用,。

隨著PCB設(shè)計(jì)的進(jìn)展,，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了原理圖、約束和PCB布局?jǐn)?shù)據(jù),。該工作進(jìn)程數(shù)據(jù)管理非常復(fù)雜,，需要專門創(chuàng)建用于管理電子版知識產(chǎn)權(quán)（IP）的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)。不同團(tuán)隊(duì)成員編輯的數(shù)據(jù)將面臨版本管理和同步化的問題,。公司可以聘用服務(wù)機(jī)構(gòu)來設(shè)計(jì)部分產(chǎn)品,，并希望僅共享部分IP。這就是排除使用標(biāo)準(zhǔn)PLM系統(tǒng)的復(fù)雜性（圖5）,。也就是說,，隨著產(chǎn)品的成熟開發(fā)，最終的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)必須上傳到公司的PLM,、ERP等系統(tǒng)內(nèi),，進(jìn)行生命周期管理。因此,，ECAD供應(yīng)商必須不僅提供PCB特別IP管理,，而且要提供與企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)對接的支持標(biāo)準(zhǔn),。

圖5: 電子產(chǎn)品IP的管理極其復(fù)雜，需要ECAD的專業(yè)軟件,。標(biāo)準(zhǔn)的PLM系統(tǒng)無法保持內(nèi)部關(guān)系和同步

2012,，讓工作更智能

如果我們回顧2011年，會發(fā)現(xiàn)電子公司面對經(jīng)濟(jì)危機(jī)以及復(fù)蘇緩慢的狀況,，為了努力保持在競爭中領(lǐng)先,，發(fā)展需求出現(xiàn)顯著增加。這在Mentor的“技術(shù)領(lǐng)先獎”項(xiàng)目中表現(xiàn)得尤為明顯,。每年我們都會邀請世界各地的公司提交他們最先進(jìn)的設(shè)計(jì),，然后交由一批獨(dú)立的行業(yè)專家進(jìn)行評比。2011年入圍的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜,，設(shè)計(jì)流程中使用的方法和工具也更加先進(jìn),。在未來使用本文描述的技術(shù)推動要素將不再是一種奢侈品，而是發(fā)展的必需品,。

John Isaac是Mentor Graphics公司的市場開發(fā)總監(jiān),，目前負(fù)責(zé)系統(tǒng)設(shè)計(jì)部門的全球市場開拓工作。他在電子設(shè)計(jì)自動化(EDA)行業(yè)的PCB和IC技術(shù)領(lǐng)域擁有四十多年的工作經(jīng)驗(yàn),。加入Mentor Graphics公司后,，Isaac先后擔(dān)任過PCB和IC產(chǎn)品領(lǐng)域的Markeking職務(wù),。