Как стать разработчиком печатных плат в современном мире

В электронной промышленности ощущается кадровый дефицит. По мере того как опытные разработчики уходят на пенсию, компании лихорадочно ищут квалифицированных специалистов, понимающих современную разработку аппаратного обеспечения. Речь идет не просто о рисовании линий; речь идет о проектировании физической нервной системы устройств AI, EV и IoT.

Независимо от того, ищете ли вы бесплатную загрузку программы для 3D-проектирования PCB, чтобы начать обучение, или вы уже опытный hardware-инженер и хотите специализироваться, путь к профессии PCB-дизайнера сегодня стал быстрее и выгоднее, чем когда-либо.

Опыт PCB-дизайнера и карьерный путь

Печатные платы стали популярны в 1950-х годах и изначально считались в некотором смысле ремесленной специальностью. Первые PCB-дизайнеры вручную выклеивали проекты плат на листах фанеры и бакелита на чертежных столах в масштабе в четыре, а иногда и в десять раз больше реального размера, используя ленту, ножи, наклейки и твердую руку. После завершения эти чертежи переснимались на пленку с помощью редукционной камеры, а затем эта пленка использовалась для создания производственной оснастки для PCB на фабрике. PCB-дизайнер был в равной степени художником и начинающим инженером, которому необходимо было освоить основы электротехники.

Сегодня компоновка и трассировка PCB выполняются в современных системах автоматизированного проектирования (CAD), а выходные файлы используются для создания производственной оснастки для печатной платы. PCB-дизайнер создает все — от моделей отдельных компонентов (условных обозначений на схеме и посадочных мест PCB) до медных соединений, которые появляются на готовой плате. После размещения всех необходимых посадочных мест на плате он соединяет все электрические цепи линиями, представляющими металл, в процессе, называемом трассировкой проводников. PCB-дизайнеры также должны задавать все остальные конструктивные аспекты платы, такие как:

• Структура слоев (или стек слоев PCB)
• Материалы печатной платы, используемые для формирования стека слоев
• Где медь будет открыта через внешний слой паяльной маски
• Все печатные обозначения и маркировка на шелкографии
• Конструкции переходных отверстий, используемых для маршрутизации сигналов между слоями
• Как все эти аспекты должны выглядеть в файлах, передаваемых производителю

Из приведенного выше списка видно, что PCB-дизайнеру необходимо понимать, как пользоваться CAD-инструментами, как работают электронные компоненты, а также разбираться в стандартном процессе производства PCB, который включает изготовление голой платы и сборку PCB. Это лишь часть базовых аспектов, в которых дизайнер должен преуспеть. По мере того как дизайнер набирается опыта и лучше осваивает процесс проектирования PCB, он обычно берет на себя больше инженерных функций и становится важной частью разработки продукта. Это включает проектирование схем и выбор компонентов, а также размещение в компоновке PCB, чтобы гарантировать, что конечный продукт будет работать так, как задумано.

Некоторые PCB-дизайнеры также являются embedded-разработчиками. На самом деле это отличный способ войти в сферу PCB-дизайна, одновременно осваивая навыки программирования. Многие современные продукты работают с embedded-приложением (в виде прошивки) или со встроенной операционной системой. PCB-дизайнерам часто приходится работать с программистами и разработчиками, чтобы гарантировать, что требования к физической конструкции будут корректно переведены в программные требования.

Hardware Engineer и PCB Designer: в чем разница?

В небольших компаниях один человек может делать все. Но в крупных корпоративных командах это разные роли с разными областями ответственности.

• Hardware Engineer: Сосредоточен на архитектуре системы. Он выбирает компоненты (процессоры, датчики), определяет ограничения проектирования PCB и управляет созданием принципиальной схемы. Его цель — обеспечить работоспособность логики.
   
• PCB Layout Designer: Сосредоточен на технологичности и физической целостности конструкции. Он берет принципиальную схему и выполняет проектирование топологии PCB. Его экспертиза заключается в планировании стека слоев, трассировке дифференциальных пар и обеспечении прохождения проверок EMI при проектировании PCB.

Совет по карьере: многие инженеры начинают с предоставления услуг по проектированию топологии PCB на фрилансе, чтобы собрать портфолио, прежде чем переходить на штатные позиции hardware-дизайнеров.

Ожидания по зарплате и спрос

Высокий спрос на квалифицированных специалистов привел к росту зарплат. В США начальные позиции PCB layout designer часто стартуют в диапазоне $75,000 - $90,000, в то время как senior hardware designer со специализированными навыками в области высокочастотного проектирования PCB или rigid-flex PCB design нередко получают более $130,000.

Поскольку инструменты workflow для проектирования PCB, такие как Altium, перешли в облако, этот карьерный путь теперь открывает значительные возможности для удаленной работы и фриланса.

Какое образование требуется, чтобы стать PCB-дизайнером?

Любой карьерный путь начинается с образования, особенно в такой технической области, как проектирование PCB. Сегодня проектирование PCB нечасто преподается в университетах в формальном виде, и качество обучения может заметно различаться в разных учебных заведениях. Тем не менее существуют варианты изучения PCB-дизайна в рамках инженерной программы, а также отраслевые курсы, которые помогают дизайнерам развивать свои навыки. Большинство компаний требуют 4-летнюю инженерную степень даже для вакансий в области проектирования PCB.

В прошлом PCB-дизайн можно было освоить непосредственно в работе, поскольку это была в определенной степени ремесленная специальность с акцентом на черчение масштабных рисунков и моделей. Сегодня, поскольку необходимая широта и глубина навыков значительно возросли, PCB-дизайнерам рекомендуется получать образование в области электротехники или, возможно, компьютерной инженерии. Если вы хотите работать в производстве или разработке процессов, рекомендуется степень в области материаловедения или химии. Это даст дизайнерам доступ к широкому спектру навыков, которые требуются современным описанием вакансий в области PCB-дизайна.

Некоторые из курсов, которые вам могут понадобиться для изучения PCB-дизайна в рамках инженерной программы, включают:

• Проектирование и моделирование схем
• Курсы по компоновке PCB, которые доступны в некоторых местных колледжах
• Базовые курсы по электромагнетизму
• Курсы по RF-проектированию и антеннам
• Курсы по энергетическим системам

А как насчет отраслевых курсов по проектированию PCB?

Для тех, кто занимается именно компоновкой PCB, не существует отдельной степени, посвященной PCB-дизайну или созданию печатных плат. Однако в рамках образовательной программы доступны отраслевые курсы, которые помогают преодолеть разрыв между типичной университетской инженерной программой и отраслевыми требованиями к профессиональным дизайнерам. Два таких отраслевых курса — это курс IPC Certified Interconnect Designer (CID) и курс PCE-EDU course от Printed Circuit Engineering Association.

Наконец, если вы хотите стать PCB-дизайнером, вам нужно научиться работать с CAD-инструментом! Если вы только начинаете свое обучение, хорошим вариантом для освоения процесса проектирования PCB может быть open-source программа для проектирования PCB. Однако если вы хотите работать в профессиональной среде, вы быстро обнаружите, что open-source CAD-программы практически не используются, и требуется более мощный CAD-инструмент. Курсы по платным CAD-инструментам доступны с образовательными лицензиями, поэтому, если вы планируете строить карьеру в проектировании, обязательно рассмотрите такой вариант, как Altium Education: вы можете получить бесплатную лицензию и учебные материалы, которые подготовят вас к более продвинутым отраслевым курсам, таким как CID или PCE-EDU.

Каково будущее профессии PCB-дизайнера?

Потребность в проектировании современных и развивающихся технологий PCB растет. По мере того как все больше электроники, такой как IoT-устройства, становится заметной частью повседневной жизни, будущее электронного проектирования выглядит очень многообещающе. Однако число опытных PCB-дизайнеров и производственного персонала сокращается, поскольку многие специалисты приближаются к пенсионному возрасту. Новые инициативы по возвращению производства в страну и волна новых вакансий в сфере проектирования делают PCB-дизайн привлекательным карьерным выбором.

Вам нравится создавать вещи и заставлять их работать? Если да, то проектирование печатных плат может быть именно тем, что вы ищете. Если вы готовы начать карьеру PCB-дизайнера, обратите внимание на Altium. Altium Designer, входящий в состав Altium Develop, — это самое популярное в отрасли приложение для проектирования PCB, созданное для PCB-инженеров и дизайнеров, чтобы разрабатывать PCB мирового уровня. Это программное обеспечение не только поможет вам во всех аспектах проектирования, но и Altium предлагает обучение по своему ПО, которое поможет вам быстро войти в рабочий ритм.

Независимо от того, нужно ли вам создавать надежную силовую электронику или передовые цифровые системы, Altium Develop объединяет все дисциплины в единую совместную силу. Без изолированности. Без ограничений. Это место, где инженеры, дизайнеры и новаторы работают как единое целое, создавая без границ. Попробуйте Altium Develop уже сегодня!

FAQ: начало карьеры в PCB-дизайне

В: Нужна ли мне степень по электротехнике?

Хотя наличие степени помогает, она не всегда обязательна. Многие ведущие специалисты начинали как техники. Программы сертификации (например, IPC CID) и сильное портфолио, демонстрирующее умение выполнять проектирование топологии PCB, часто могут заменить 4-летнюю степень.

В: Какое ПО лучше всего изучать первым?

Начинайте с профессионального инструмента. Многие студенты ищут варианты бесплатной загрузки ПО для 3D-проектирования PCB; Altium предлагает образовательные лицензии, которые позволяют изучать те же PCB CAD-инструменты, которыми пользуются профессионалы в Tesla и NASA.

В: PCB-дизайн — это умирающая профессия?

Отнюдь нет. По мере того как электроника становится меньше и быстрее, растет потребность в человеческой экспертизе в анализе целостности сигнала и проектировании PCB с учетом требований EMI. AI может помогать, но не способен заменить основанное на законах физики принятие решений, которое выполняет квалифицированный специалист.