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作者：John Isaac 電子行業正在努力從經濟危機中復蘇，為從設計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品以更快的速度和更低的成本推向市場，并且由于經濟的疲軟該趨勢還將持續下去。即使在中國的PCB市場，系統設計和制造支持工具也亟待利用最新技術以提高生產率。 在Aberdeen集團的一次調查中，眾多一流電子公司確認了能積極滿足業務目標的6種設計技術最佳實踐。隨著經濟形勢的緩慢復蘇，這些基本的PCB技術實踐將成為各公司在2012年發展的必要組成部分。 以下是對這6種使公司工作更智能化的關鍵策略的概述，我們相信這些策略將成為2012年發展的關鍵。 技術策略1:產品協同開發流程 協同通常是指將串行操作變成并行的能力，并具有兩種模式。首先是讓多名設計師同時在同一個設計流程中工作的能力。這一做法并非新生事物，但新技術在效力上與原來相比有巨大的差異。設計師始終能夠操作PCB設計數據庫，并將其進行拆分。然后每個設計師都在設計環節工作——但最后數據庫必須重新合并起來。合并過程非常耗時，并且容易出錯，但最終結果可以縮短設計周期。 “未來的方案就是在軟件中進行模擬，如虛擬樣機�！� 目前，我們有能力讓多名設計師同時在同一個數據庫中工作，無需數據庫分拆。這適合于PCB設計中的許多流程，包括原理圖輸入、約束（高速和制造規則）輸入和管理，以及物理布局。另外，每個設計師都能看到同事實時操作的結果。這不僅顯著縮短了設計周期時間，而且提高了設計師的生產率和產品的質量。該技術的部分用戶報告節省了30~70%的設計時間。為了在2012年保持競爭力，各公司都必須達到相似的設計周期方面的改進(圖1)。 
圖1：協同設計通常要求PCB設計數據庫分拆后再重組，而現在則可以在多名設計師操作時保持完整 協同的第二種模式是以不同于序列的并行方式，運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，從而進一步提高設計師的生產力，并縮短設計周期。但是，該模式需要帶有版本管理、同步校準、權限和更新控制的復雜設計數據管理，稍后本文會對此進行闡述。 技術策略2:虛擬樣機 通常各公司通過建立和測試多個原型來驗證他們的產品。設計一個PCB，構建物理原型，在實驗室中測試，確定需要做出哪些改變，重新設計，然后重復相關流程。 這種方法存在幾個問題。首先，建立并調試樣機非常耗時和昂貴。如果上市時間很緊迫，就很可能錯過市場時機。其次，在實驗室中測試可能無法發現所有潛在問題。例如，你希望產品在劇烈震動等惡劣環境中使用多年，但是“震動和熱處理”實驗室可能無法運行足夠長的時間以發現長周期性的問題。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驗室中獲得。 未來的解決方案是在軟件中進行模擬，如：虛擬樣機。該操作可以在PCB設計流程中執行，并且會覆蓋許多可能的領域：信號（數字、模擬、射頻）和電源網絡完整性；集成電路、封裝、PCB和全系統模擬中的熱管理；振動和沖擊(圖2)；PCB制造和組裝實踐；3D 機械接口等等。在整個設計流程中執行可以確保設計持續進行，無需備份和校正。此外，軟件可以探測極端臨界條件，并且可以在數小時內模擬實驗室中數周和數月出現的問題。雖然設計師喜歡手中盡快拿到實物，而執行廣泛的虛擬樣機可能有所延遲，但后者可以縮短周期，減少成本，并且提高設計師的生產力和產品質量/可靠性。
圖2:振動虛擬樣機可以用幾個小時的軟件模擬來代替實驗室內數周和數月的操作，并突出顯示各個部件的潛在失效問題（紅、黃、藍） 技術策略3:從設計到制造的流程支持 上市時間和產品成本是許多行業的關鍵。即使軍事/航空和汽車等行業，在過去也面臨較長開發時間和/或高成本的限制，現在對此問題也有更加積極的目標。此外，PCB設計師決不能忘記，即使數據進入制造流程，他們的責任也還沒有結束。同時，從EDA供應商的角度來看，重要的是支持不是到設計階段結束，不是讓設計者輕松履行對可制造產品的責任，而要和制造商一起優化他們的生產線，實現最低成本的產品交付。 圖3 表明流程是不斷發展的。從幫助制造商定義規則和實踐能力的支持開始，對制造和組裝流程中的產量和可靠性產生積極影響。這些DFM（可制造性設計）規則將被PCB設計師用于設計流程。DFM軟件可在設計環境中找出問題，然后由設計師進行糾正。巧合的是，大多數制造商也使用相同的規則和軟件來檢查接收的設計數據。這樣可以確保一旦設計進入制造流程，就可以持續執行，無需設計返工。
圖3: 全面的設計到制造流程支持，能夠確保高產量、高產品可靠性和低生產成本。 一旦設計通過智能化接口，如ODB++，進入制造流程，制造商可以利用軟件進行生產線建模，并優化其利用。在生產線運行時，軟件將持續監控零件按時交付、機器停工以及產品可追溯性等問題。即使發生質量缺陷，也可以確保跟蹤并突顯低于可接受故障率的設備或流程。 技術策略4:復雜性管理 對于擊敗競爭對手的差異化產品，公司必須利用最新和最先進的技術，將更多功能壓縮到更小空間內，同時仍能滿足積極的市場時機，這在2012年將變得更為重要。集成電路技術在高密度、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提高。PCB（印刷電路板）制造技術，如HDI/微孔技術，可以增加密度，但設計也更加復雜。面對這種不斷提高的復雜性，我們該如何保持并提高設計師的生產力呢？答案是同樣增加設計工具的功能。 例如：不久前，一個典型的設計可能包含一些必須遵守長度和鄰近規則的高速網絡。這些網絡可由設計師輕松管理�，F在，大讀數設計都擁有超過50%的高速網絡，甚至有些高達90%。另外一個例子是BGA針數和密度的增加。這將成為PCB扇出時的一個挑戰。這類情況提出了一個復雜性問題，沒有先進的設計工具，將導致生產力嚴重下降，上市時間顯著延長。 策略優勢 - 可靠性至關重要。 多年來關鍵任務應用取決于Rogers的微波材料。Rogers的軍用級層壓板能經受時間和溫度的考驗而保持穩定一致的性能，這對航空和國防應用而言是至關重要的。 Rogers微波材料的穩定性能提供了大多數關鍵任務應用所需的高性能和高可靠性。你能承受減少材料的應用嗎？若需了解更多有關Rogers的航空和國防微波材料解決方案的信息，請訪問我們的網站：www.rogerscorp.com/military
圖4: 遵循規則的自動高速互連路由來滿足性能目標 如果我們查看增加高速網絡內容的第一個示例，現存的工具有助于設計師遵守所有的延遲和信號完整性規則。工程師在約束條款中設置這些規則，然后CAD設計師按規定路線發送個體互聯或總線結構，自動調整高速網絡，然后匹配最低/最高限制的長度，以及匹配差異化配對等網絡。這樣的任務顯然是無法靠手動完成的。 技術策略5:跨學科合作 產品研發和交付需要跨學科合作。在電子領域，我們擁有集成電路、封裝、FPGA、RF、模擬和數字化方面的專家；而在機械領域，我們擁有設計外殼和執行CAE分析的工程師；我們擁有采購、供應鏈和制造人員；我們擁有嵌入式軟件研發。所有這些都需要在開發過程中有效合作。過去是通過紙張和電子郵件進行，現在主要通過電子媒介，但團隊成員之間的大量數據轉存依然存在問題。如何有效地確定發生了何種改變，在你的領域內該如何應對，以及你實際采用了何種控制？此類問題在不久的將來必須得到處理。 實際上，大多數交互是一種協商。例如，如果一名機械工程師發現PCB上的一個組件將會干涉物理產品外殼，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（僅在更換時）提議的形式傳達給PCB設計師——不同于大量數據轉存，PCB設計師必須經過排序來確定提議。最近漸進式變化性能已經由Mentor Graphics、PTC和用戶發展成為標準（“EDMD”），并獲得了ProSTEP的批準。 該提議將以圖形的形式展示給PCB設計師，后者將根據PCB的實際情況接受、拒絕或提出一個更適合此PCB的提議。協商過程將持續到達成一致為止，屆時機械和電氣數據庫都將進行更新。 這個完全電子化的合作僅僅是目前許多實際操作的示例之一。 技術策略6:知識產權（IP）管理 最后一流電子公司確定未來成功的關鍵在于他們的工作進程和數據庫的管理。 設計團隊成員，無論位于本地還是分散在世界各地，都需要創建一個有效的權限，并嚴格管理公司認為最重要的資產。公司數據庫管理員將合格組件的信息輸入經過批準的管理基礎設施內，可由設計師進行評估。預先設計的全部或部分PCB可以增加到庫中，便于日后項目的重新使用。 隨著PCB設計的進展，團隊創建了原理圖、約束和PCB布局數據。該工作進程數據管理非常復雜，需要專門創建用于管理電子版知識產權（IP）的基礎設施系統。不同團隊成員編輯的數據將面臨版本管理和同步化的問題。公司可以聘用服務機構來設計部分產品，并希望僅共享部分IP。這就是排除使用標準PLM系統的復雜性（圖5）。也就是說，隨著產品的成熟開發，最終的設計數據必須上傳到公司的PLM、ERP等系統內，進行生命周期管理。因此，ECAD供應商必須不僅提供PCB特別IP管理，而且要提供與企業基礎設施系統對接的支持標準。
圖5: 電子產品IP的管理極其復雜，需要ECAD的專業軟件。標準的PLM系統無法保持內部關系和同步 2012，讓工作更智能 如果我們回顧2011年，會發現電子公司面對經濟危機以及復蘇緩慢的狀況，為了努力保持在競爭中領先，發展需求出現顯著增加。這在Mentor的“技術領先獎”項目中表現得尤為明顯。每年我們都會邀請世界各地的公司提交他們最先進的設計，然后交由一批獨立的行業專家進行評比。2011年入圍的設計更加復雜，設計流程中使用的方法和工具也更加先進。在未來使用本文描述的技術推動要素將不再是一種奢侈品，而是發展的必需品。 John Isaac是Mentor Graphics公司的市場開發總監，目前負責系統設計部門的全球市場開拓工作。他在電子設計自動化(EDA)行業的PCB和IC技術領域擁有四十多年的工作經驗。加入Mentor Graphics公司后，Isaac先后擔任過PCB和IC產品領域的Markeking職務。 |
