Bill Brooks forciert einen „Design-basierten“ anstelle eines „Werkzeug-basierten“ Lehrplans

Judy Warner: Wie lange entwerfen Sie schon PCBs und wie sind Sie zu diesem Beruf gekommen?

Bill Brooks: Ich entwerfe Leiterplatten seit ungefähr 1970. Mein Vater hat mich an die Elektronik herangeführt. Er war beruflich in der Luft- und Raumfahrttechnik tätig und arbeitete in der Forschung und Entwicklung bei Hughes Aircraft, an der University of California und später bei Aerospace Incorporated. Als ich noch in der Junior High School war, beschloss er, in unserer Garage in Vista, Kalifornien, eine Firma für Leiterplatten zu eröffnen. 1969 brachte er meinen Brüdern und mir alle Prozesse für die Fertigung von PCBs bei. Er führte mich in den Entwurf von Leiterplatten mit einem Schaltplan ein, den ich aus den „Texas Instruments Datebooks“ für einen auf Halbleiter-Transistoren basierenden 10-Watt-Audioverstärker ausgewählt hatte. Ich entwarf die Schaltung mit Buntstiften auf Pergament und erstellte dann die Druckvorlage auf einem Leuchttisch mit Die-Cut-Band und Mustern von Bishop Graphics auf Mylar für integrierte Schaltkreise mit der Dicke 7 Mil, führte danach die Foto-Reduktion der Druckvorlage im Maßstab 2:1 mit etwas orthochromatischem Film und unserer Reprokamera durch, um die Arbeitsfotovorlagen zu bekommen. Ich bereitete das kupferverkleidete Material vor, indem ich es säuberte und mit Fotolack beschichtete, belichtete es unter Verwendung der gedruckten und gestanzten Filme mit UV-Licht und entwickelte das Bild in einem Vakuumrahmen, um es zum Ätzen vorzubereiten. Nach dem Ätzen habe ich es gebohrt und mit Lot beschichtet und die Platine auf die gewünschte Größe zugeschnitten. Dann trug ich die Bauteile zusammen und montierte sie auf die Leiterplatte, überprüfte meine Arbeit, legte Spannung an und testete sie... und sie funktionierte!

Ich nahm Elektronikunterricht in Sommerkursen und lernte, mein eigenes auf Röhren basierendes Superheterodyn-Radio und ein 400-Watt-DC-Netzteil zu bauen.  Wir arbeiteten in diesem Kurs mit Eisenchlorid als Ätzmittel, um auch eine gedruckte Schaltung herzustellen, obwohl das primitiver war als der Prozess, den wir im Geschäft meines Vaters verwendeten. In jenem Jahr habe ich auch ein elektronisches Metronom als Projekt für die Wissenschaftsmesse gebaut.

Schließlich schloss mein Vater sein Geschäft und ich begann, als Zeichner für andere Firmen zu arbeiten. Schaltpläne, Fertigungszeichnungen und Druckvorlagen für Leiterplatten sorgten für eine Weile für meinen Lebensunterhalt. Danach wurde ich Techniker und begann schließlich, Layouts zu erstellen. Ich habe auch bei einigen Unternehmen als Zeitarbeiter etliche Mechanikdesigns und Gehäuse für elektronische Schaltungen entworfen. Während dieser Zeit arbeitete ich für Dutzende von Unternehmen, einige mit so bekannten Namen wie Teledyne, SAIC und Hughes Aircraft.

Ich bin seit etwa 2000 beim IPC Designers Council. Ich habe am Palomar College in San Marcos, Kalifornien, über einen Zeitraum von 10 Jahren Kurse zum PCB-Design gehalten und für das „PCB Design Magazine“ geschrieben.

Warner: Da Sie so viel Erfahrung im Layout haben, was ist Ihrer Meinung nach die größte Herausforderung für einen jungen Designer heutzutage?

Brooks: Neueinsteiger sehen sich vielen Herausforderungen gegenüber. Eine der größten Herausforderungen besteht darin, eine fachkundige Quelle zu finden, von der sie lernen können, wie man PCB-Designs erstellt, die zuverlässig, kosteneffektiv, einfach zu bestücken und zu testen sind, funktionieren und alle Zulassungsgenehmigungen erfüllen, um dann ein Produkt auf den Markt zu bringen oder den Bedürfnissen der Kunden und Verbraucher sowie kommerziellen, industriellen, militärischen oder medizinischen Anforderungen zu entsprechen.

Warner: Welcher Leiterplatten-Komplexität sehen Sie sich heute beim PCB-Design gegenüber und in welche Richtung, glauben Sie, wird oder sollte sich die EDA-Technologie entwickeln?

Brooks: Die Leiterplatten, die ich heute entwerfe, können ziemlich komplex sein. Einige davon sind flexible, andere starre Schaltungen. Die Umwelt- und Zuverlässigkeitsanforderungen sind ziemlich extrem: starke Vibrationen, EMS/EMV-Anforderungen, Umwelttests, HALT/HAST- und EMS-Tests werden für alle unsere Baugruppen durchgeführt. Unsere Kunden erwarten, dass ihre Geräte langlebig sind. Zehn Jahre Betriebsdauer werden als normal angesehen. Es gibt einen Mix aus analogen und digitalen Schaltkreisen, spezialisierten Geräteschnittstellen, Robotersteuerung von Maschinenoperationen, Fließbandprozessen, Energieeffizienz und geringen Emissionen elektromagnetischer Strahlung oder Störungen. Wir müssen eine Mischung aus Kommunikationsprotokollen bewältigen, einschließlich Glasfaserkommunikation. Typischerweise haben wir auf unseren Leiterplatten Differentialpaare.

EDA muss gute Werkzeuge anbieten, um schwierige Designs wie HF- und Mikrowellen-Designs, digitale Hochgeschwindigkeitskommunikation, flexible Schaltkreise, mechanische Schnittstellen, Multi-Board-Baugruppen, Toleranzen und Leistungsreduzierung, Schwingungsanalyse, EMS/EMV-Erfordernisse und Anforderungen der Sicherheits- und Aufsichtsbehörden zu bewältigen. Expertensysteme sollten Designern helfen, fundierte und intelligente Entscheidungen zu ihren Designs zu treffen, und sie bei der Fehlervermeidung unterstützen, um ihnen Geld, Zeit und Aufwand zu sparen. 

Warner: Wenn Sie einem weniger erfahrenen Designer nur drei praktische Ratschläge geben können, welche wären das?

Brooks:

1. Lernen Sie so viel wie möglich und lassen Sie sich durch IPC- und CID-Kurse zertifizieren. Wissen in den Bereichen Elektronik, Fertigung, Mechanik-Design und Entwurfsstandards ist von zentraler Bedeutung.
2. Bitten Sie Ihren Arbeitgeber, Sie an der PCB West und anderen Trainingsmöglichkeiten teilnehmen zu lassen, um mehr über bestimmte Aspekte des Designs zu erfahren. Informieren Sie sich über Gerätesicherheit, Zuverlässigkeit, Testbarkeit, Herstellbarkeit, EMS/EMV, sachgemäße Abschirmung, Überbrückungskondensatoren und deren Verwendung usw.
3. Beteiligen Sie sich an den lokalen Benutzergruppen, die Ihr CAD-Werkzeug unterstützen.

Warner: Bill, Sie haben in den letzten Jahren schon immer gern Designer unterrichtet. Bitte erzählen Sie uns etwas über die Zeit, als Sie am Palomar College PCB- Design unterrichtet haben, und wo steht dieses Programm heute?

Brooks: Als ich das Programm übernahm, wurde PADS PCB als Software benutzt. Es wurde für einige Jahre von verschiedenen Dozenten eingesetzt. Ich habe versucht, das Curriculum von einem „Werkzeug-basierten“ zu einem „Design-basierten“ Programm zu verschieben. Ich wollte, dass die Studenten mehr über Design lernen, damit sie nicht nur im Umgang mit den Werkzeugen geschult werden.  Die Universitätsleitung wurde von Mentor Graphics umworben, um ihre neue Expedition Software für das Leiterplattendesign als Upgrade von PADS durchzusetzen, aber wir hatten viel Ärger damit und sie wurde für das Lernen aufgrund der Besonderheiten der Werkzeugschnittstellen zu unzuverlässig. Strukturierte Eingabeanforderungen machten es für Anfänger unmöglich, das Werkzeug schnell genug zu beherrschen, um dann tatsächlich Designprinzipien zu erlernen. Ich empfahl Altium Designer wegen seiner Benutzeroberfläche und Benutzerfreundlichkeit als Werkzeug für den Unterricht. Sobald wir eine Vereinbarung hatten, wurde es einfacher, über das Werkzeugtraining hinauszugehen, weil wir uns mehr auf das Designtraining konzentrieren konnten, anstatt unsere ganze Zeit damit zu verbringen, das Werkzeug wie gewünscht zum Funktionieren zu bringen. Probleme bei der Finanzierung und Teilnahme sowie administrative Voreingenommenheit bereiten uns aber einiges Kopfzerbrechen. Nachdem ich weggegangen war, hat jemand anderes das Programm unterrichtet. Ich denke, dass sie noch nach jemandem suchen, um das Programm heute am Leben zu erhalten. Die Studenten kamen aus allen sozialen Schichten, einige waren außergewöhnlich gut, andere haben sich zuerst schwer getan, aber wir schafften es, viele von ihnen im PCB-Design auszubilden.

Warner: Manche vergleichen PCB-Design mit Kunst. Stimmen Sie als talentierter Bildhauer dem zu oder nicht, und warum?

Brooks: Es gibt da einen Aspekt beim PCB-Design, der mir künstlerisch erscheint. Ein Künstler spürt Dinge wie Symmetrie, Raumökonomie, Muster und Wege durch ein Muster und das trifft auch für den Designer zu. Ich glaube, fast jeder gute Designer, den ich kenne, hat Interesse an Kunst, ob sie nun malen, zeichnen, fotografieren, musizieren oder sich mit Bildhauerei beschäftigen. PCB-Design ist nicht nur eine technische Herausforderung für die linke Gehirnhälfte, es ist auch physisch, ästhetisch und hat Aspekte der menschlichen Kreativität genauso wie von Benutzerfreundlichkeit und Funktionalität. Ein guter Designer braucht eine gute Visualisierungsfähigkeit. Vor 2006 hatten wir nicht den Vorteil, unsere Bauteile in 3D darstellen zu können. Als Altium Designer diese Funktion hinzufügte, revolutionierte das die Art und Weise, wie Designer arbeiten können. Alle anderen CAD-Unternehmen folgten nach, sobald sie sehen konnten, was für ein enormer Vorteil es war, die mechanischen Beziehungen zwischen den PCB-Designs und deren Umgebung zu sehen. Design-Werkzeuge haben einen langen Weg hinter sich gebracht, seit ich damals Klebebänder benutzt habe!

Warner: Das haben sie! Vielen Dank für Ihre spannende Erzählung über PCB-Design, Lehrmethoden und alles, was Sie zur Branche beigetragen haben.

Brooks: Es war mir eine Freude, Judy. Meine Karriere war ganz sicher eine spannende Reise!