電子行業(yè)正在努力從經(jīng)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(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)設計和制造支持工具也亟待利用最新技術以提高生產(chǎn)率,。

在Aberdeen集團的一次調(diào)查中,，眾多一流電子公司確認了能積極滿足業(yè)務目標的6種設計技術最佳實踐,。隨著經(jīng)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(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鍵策略的概述,，我們相信這些策略將成為2012年發(fā)展的關鍵。

技術策略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(shù)據(jù)庫，并將其進行拆分,。然后每個設計師都在設計環(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(shù)據(jù)庫中工作，無需數(shù)據(jù)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(guī)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(chǎn)率和產(chǎn)品的質量,。該技術的部分用戶報告節(jié)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(xié)同設計通常要求PCB設計數(shù)據(jù)庫分拆后再重組，而現(xiàn)在則可以在多名設計師操作時保持完整

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(chǎn)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(shù)據(jù)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(chǎn)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(diào)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(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”實驗室可能無法運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(zhí)行,，并且會覆蓋許多可能的領域：信號（數(shù)字、模擬,、射頻）和電源網(wǎng)絡完整性,；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制造和組裝實踐,；3D 機械接口等等,。在整個設計流程中執(zhí)行可以確保設計持續(xù)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(shù)小時內(nèi)模擬實驗室中數(shù)周和數(shù)月出現(xiàn)的問題,。雖然設計師喜歡手中盡快拿到實物,，而執(zhí)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(chǎn)力和產(chǎn)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(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）

技術策略3:

從設計到制造的流程支持

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,。此外,，PCB設計師決不能忘記，即使數(shù)據(jù)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(chǎn)品的責任，而要和制造商一起優(yōu)化他們的生產(chǎn)線,，實現(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（可制造性設計）規(guī)則將被PCB設計師用于設計流程,。DFM軟件可在設計環(huán)境中找出問題，然后由設計師進行糾正,。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計數(shù)據(jù)。這樣可以確保一旦設計進入制造流程,，就可以持續(xù)執(zhí)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(chǎn)量,、高產(chǎn)品可靠性和低生產(chǎn)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(chǎn)線建模,，并優(yōu)化其利用。在生產(chǎn)線運行時,，軟件將持續(xù)監(jiān)控零件按時交付,、機器停工以及產(chǎn)品可追溯性等問題。即使發(fā)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(chǎn)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(nèi),，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(xù)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(chǎn)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(guī)則的高速網(wǎng)絡,。這些網(wǎng)絡可由設計師輕松管理?，F(xiàn)在，大讀數(shù)設計都擁有超過50%的高速網(wǎng)絡,，甚至有些高達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雜性問題,，沒有先進的設計工具，將導致生產(chǎn)力嚴重下降,，上市時間顯著延長,。

策略優(yōu)勢

可靠性至關重要。

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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

如果我們查看增加高速網(wǎng)絡內(nèi)容的第一個示例，現(xiàn)存的工具有助于設計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置這些規(guī)則,，然后CAD設計師按規(guī)定路線發(fā)送個體互聯(lián)或總線結構，自動調(diào)整高速網(wǎng)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(wǎng)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(chǎn)品研發(fā)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(shù)字化方面的專家,；而在機械領域，我們擁有設計外殼和執(zhí)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(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行,，現(xiàn)在主要通過電子媒介，但團隊成員之間的大量數(shù)據(jù)轉存依然存在問題,。如何有效地確定發(fā)生了何種改變,，在你的領域內(nèi)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(shù)交互是一種協(xié)商,。例如,，如果一名機械工程師發(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（僅在更換時）提議的形式傳達給PCB設計師——不同于大量數(shù)據(jù)轉存,，PCB設計師必須經(jīng)過排序來確定提議。最近漸進式變化性能已經(jīng)由Mentor Graphics,、PTC和用戶發(fā)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(jù)PCB的實際情況接受,、拒絕或提出一個更適合此PCB的提議,。協(xié)商過程將持續(xù)到達成一致為止,，屆時機械和電氣數(shù)據(jù)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(chǎn)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(shù)據(jù)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(chuàng)建一個有效的權限,，并嚴格管理公司認為最重要的資產(chǎn)。公司數(shù)據(jù)庫管理員將合格組件的信息輸入經(jīng)過批準的管理基礎設施內(nèi),，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(chuàng)建了原理圖、約束和PCB布局數(shù)據(jù),。該工作進程數(shù)據(jù)管理非常復雜,，需要專門創(chuàng)建用于管理電子版知識產(chǎn)權（IP）的基礎設施系統(tǒng)。不同團隊成員編輯的數(shù)據(jù)將面臨版本管理和同步化的問題,。公司可以聘用服務機構來設計部分產(chǎn)品,，并希望僅共享部分IP,。這就是排除使用標準PLM系統(tǒng)的復雜性（圖5）。也就是說,，隨著產(chǎn)品的成熟開發(fā),，最終的設計數(shù)據(jù)必須上傳到公司的PLM、ERP等系統(tǒng)內(nèi),，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(yè)基礎設施系統(tǒng)對接的支持標準,。

圖5: 電子產(chǎn)品IP的管理極其復雜，需要ECAD的專業(yè)軟件,。標準的PLM系統(tǒng)無法保持內(nèi)部關系和同步

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)濟危機以及復蘇緩慢的狀況,，為了努力保持在競爭中領先,，發(fā)展需求出現(xiàn)顯著增加。這在Mentor的“技術領先獎”項目中表現(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的設計,，然后交由一批獨立的行業(yè)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(fā)展的必需品,。

John Isaac是Mentor Graphics公司的市場開發(fā)總監(jiān),，目前負責系統(tǒng)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(yè)的PCB和IC技術領域擁有四十多年的工作經(jīng)驗,。加入Mentor Graphics公司后,，Isaac先后擔任過PCB和IC產(chǎn)品領域的Markeking職務。