为什么PCB设计课程在工程课程中至关重要

Zachariah Peterson
|  已创建:March 15, 2022  |  已更新:December 24, 2023
PCB设计课程

如果说半导体像人体的器官,那么印刷电路板(PCB)就像是电子设备结构的骨架和血管。没有PCB,我们今天所知道的现代电子产品就不可能实现,而且PCB作为电子元件封装的使用在短时间内不会消失。从智能手机到家用电器,电子设备中的PCB必须经过精确设计和精心制造,否则产品将无法正常工作。

尽管PCB在当今上市的几乎所有电子产品中都非常重要,但您会惊讶地发现,大学系统很少重点培养以印刷电路设计和制造为重点的教育项目。可以理解的是,由于遵守摩尔定律所涉及的巨大工程挑战,半导体行业已占据主导地位。结果是PCB有时被视为一种过于夸张的计算机芯片连接方式。

现实情况是,如果电路板设计和制造不正确,我们喜欢或依赖的电子产品都无法正常工作。电路板设计和制造还借鉴了电子以外的其他工程领域。PCB设计课程可以帮助学生做好应对设计和制造等式两方面的准备,最终使他们在走进劳动力市场时更具价值。

为什么将PCB设计纳入工程课程?

PCB设计结合了电气和电子工程中的许多基本概念,重点是设计物理产品。创建可制造的PCB就像解决一个复杂的难题,其中的规则基于电气工程的基本概念。这是一个趣味且具有意义的专业,每个项目都包含多个工程挑战。

除了趣味之外,PCB设计也是电子行业的一项关键功能,但在过去的几十年里一直被忽视。因此,随着当前劳动力的退休,预计未来几十年对合格PCB设计师的需求将增加。如果学生以硬件工程为职业,PCB设计课程将为他们提供一个良好的开端。作为常规电气工程课程的一部分,学生可以从PCB设计课程中获得一些重要的益处。

接触行业设计流程和软件

与其他工程领域相比,PCB设计更遵循特定的工程工作流程,从产品概念到完全可制造的设计,指导设计团队完成完整流程。PCB设计课程可帮助学生了解整个电子行业中实施的标准化工作流程。该工作流程在PCB设计软件中强制执行,学生将有机会了解如何在专业环境中完成实际项目。这是宝贵的经验,通常需要学生参加实习。

PCB设计结合了多个工程学科

PCB设计的核心在于电气工程的坚实基础,要求学生在完成单项设计时通常要借鉴数字、模拟、功率和微波电子学的概念。在任何项目中,设计师都必须借鉴多个工程学科的概念来完成原理图(物理布局),并最终实现完全可制造的设计。这包括:

  • 基本电路设计和原理图输入
  • 仿真和分析,包括SPICE和全波3D场求解器等
  • 物理布局,通常在机械限制内
  • 电磁学概念,特别是关于波传播和辐射

鉴于单个PCB项目可以从许多工程领域汲取概念,因此PCB设计是从实际意义上展示这些领域之间融合的绝佳机会。即使学生在完成学位后最终没有在PCB行业工作,学生也将接触到他们在走进劳动力市场时将遇到的协作、多学科工程项目的类型。

接触制造

归根结底,硬件工程就是创建一种可批量生产的设计。PCB设计非常注重制造设计(DFM),在创建物理布局时会考虑制造过程施加的限制。PCB设计为学生提供了有关DFM策略的精彩介绍,并帮助学生制定处理适用制造限制的项目的思维过程。了解DFM的学生可以更好地准备走进劳动力市场并开始研究可批量生产的产品。

PCB设计课程
了解并能够管理PCB制造过程的电子工程师的需求量很大。

接触PCB制造过程的一个“副作用”是,学生可能会对PCB制造领域方面的工作产生兴趣。随着对外包的重新关注以及对先进制造技术的新投资,学生将在该领域发现有趣的工程挑战。如果学生选择投身制造业,PCB设计课程可以为其成功做好准备。
在开始全面制造之前,学生可以通过功能原型设计和构建概念验证,获悉对前端设计和工程流程的精彩介绍。提高学生技能和知识的下一步是,设计和生产与第一轮原型的功能相匹配的定制电路板。宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院ESE实验室计划主任Siddharth Deliwala表示:
“了解原型设计技能是ECE学生成为RF和高速数字设计领域优秀设计师的必要步骤。Altium Education是学生在参加任何高级工程课程之前学习PCB设计的完美入门课程。”

PCB设计师需求旺盛

也许最重要的是,由于劳动力短缺,预计未来几十年对PCB设计师的需求将会非常高。即使在今天,随着北美大多数PCB设计师接近退休年龄,劳动力危机也迫在眉睫。根据最近发表在《Printed Circuit Design & Fab》(PCD&F)杂志上的调查结果,北美PCB设计师群体的劳动力短缺预计只会变得更加严重。他们的调查发现:

  • 61%的设计师年龄在50岁以上,而只有23%的设计师年龄在35岁以下
  • 55%的设计师计划在未来10年内退出职业
  • 其中,超过25%将在未来五年内退休
  • 78%的设计师表示,由于年龄过大,他们将在未来15年内不再从事该领域的工作

了解Altium Education

电子行业和学术界有机会、也有责任开始培养下一代设计工程师。由于前所未有的劳动力短缺以及在线寻找优质教育资源方面遇到的困难,Altium着手为高中、社区学院和大学创建免费教育计划。

Altium Education计划使讲师和学生能够将行业领先的PCB设计教学内容纳入自己的课程或独立学习。该课程旨在以模块化格式使用;教师可以将各个模块纳入现有的工程课程,也可以按原样使用整个课程。对PCB设计感兴趣的学生也可以独立完成这些课程。最重要的是,这些课程都是免费提供的。只要学生拥有教育机构提供的有效电子邮件地址,他们就可以申请Altium Designer的教育凭证,以完成课程中的设计示例。

如果您有兴趣进一步了解面向大学生的Altium Education课程,请立即注册以获取课程访问权限。您可以免费注册并开始探索我们的教育资源。我们希望这些资源能够激励您将PCB设计主题纳入您的电气工程课程中。

关于作者

关于作者

Zachariah Peterson拥有学术界和工业界广泛的技术背景。在从事PCB行业之前,他曾在波特兰州立大学任教。他的物理学硕士研究课题是化学吸附气体传感器,而应用物理学博士研究课题是随机激光理论和稳定性。他的科研背景涵盖纳米粒子激光器、电子和光电半导体器件、环境系统以及财务分析等领域。他的研究成果已发表在若干经同行评审的期刊和会议论文集上,他还为多家公司撰写过数百篇有关PCB设计的技术博客。Zachariah与PCB行业的其他公司合作提供设计和研究服务。他是IEEE光子学会和美国物理学会的成员。

相关资源

相关的技术文档

返回主页
Thank you, you are now subscribed to updates.