前言
本系列博客为本人学习Expert电子实验室EDA系列课程的学习笔记，自用为主，不是教学或者经验分享，若有错误，大佬轻喷，同时欢迎交流学习
一、核心基础：电磁学与电子器件的铺垫（PCB 诞生前提）
1. 电磁学理论奠基
- 关键人物：詹姆斯・克拉克・麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831-1879）
- 核心贡献：1864 年发表《电磁场的动力学理论》，集电磁学研究之大成，为电子元器件互联通信奠定理论基础，推动人类进入电气时代和信息时代。
2. 电子器件发明（PCB 萌芽的直接动力）
- 前期铺垫：1876 年贝尔发明电话、1879 年爱迪生发明白炽灯、1888 年特斯拉发明电动机，为电子学诞生创造条件。
- 关键实验与发明：
- 1887 年，德国 H.R. 赫兹通过实验证实电磁波存在，验证麦克斯韦预言。
- 1897 年，德国科学家布朗（Braun）制造出第一个真空管，开启电子学的真空管时期。
- 后续发展：英国弗莱明发明真空二极管；1906 年德佛雷斯特在二极管中加入栅极，发明三极真空管。
- 核心意义：电磁波是电子器件互联的基石，电子管的发明直接催生了 PCB 的需求（解决电子管之间的布线问题）。
二、PCB 技术的诞生与早期发展（1900s-1940s）
1. PCB 概念的提出（解决人工布线痛点）
- 背景：早期电子设备依赖人工焊接涂绝缘树脂的导线连接电子管，效率低、成本高、可靠性差，急需简化配线的方法。
- 关键节点：
- 1903 年，德国发明家阿尔伯特・汉森（Albert Hanson）申请英国专利，首创 "线路" 观念，用金属箔切割成导体，上下粘石蜡纸，通过导通孔实现层间互联。
- 1907 年，比利时裔美国化学家利奥・亨德里克・贝克兰（Leo Hendrik Baekeland）改进酚醛树脂生产技术，实现工业化，为 PCB 基板提供关键材料。
- 1925 年，美国 Charles Ducas 在绝缘基板上印刷线路图案，再通过电镀形成导体配线，"PCB（印刷电路板）" 名词正式诞生。
- 1936 年，奥地利 Paul Eisler 博士（"印刷电路之父"）在收音机中采用印刷电路，但因电子管体积大、发热量大，未被广泛重视，仅应用于美国军工。
三、PCB 技术的爆发与产业化（1950s-1990s）
1. 技术突破与规模化应用
- 1950 年代：晶体管实用化推动单面 PCB 发展，金属箔腐蚀法制成的单面 PCB 在美国开发成功并工业化，蚀刻工艺成为主导。
- 1951 年：聚酰亚胺材料诞生，为 PCB 性能提升提供支持。
- 1958 年：仙童公司 Robert Noyce 与德仪公司相继发明集成电路，开创微电子学历史，PCB 成为集成电路载体的核心需求。
- 1960 年代：
- 多层 PCB（4 + 层数）开始生产，电镀贯穿孔金属化双面 PCB 实现大规模生产，配线密度大幅提升。
- Motorola 双面板问世，推动多层 PCB 技术成熟。
- 1970 年代：
- 1971 年，Intel 推出 1kb DRAM（大规模集成电路标志）和全球首个微处理器 4004（MOS 工艺），PCB 成为电子产品生产的必需环节。
- 多层 PCB 向高精度、高密度、细线小孔、高可靠性、低成本和自动化连续生产方向发展，适配摩尔定律（1964 年 Intel 摩尔提出，晶体管集成度每 18 个月翻倍）。
- 此时 PCB 设计仍依赖人工完成。
2. 设计与制造效率革新：PCB 软件出现
- 背景：1980 年代个人计算机普及（1981 年微软 MS-DOS1.0、1984 年苹果 Macintosh、1984 年联想成立），为设计软件提供硬件基础。
- 核心突破：基于 DOS 的 CAD 软件出现，实现三大提升：
- 提高绘图效率和设计复用率，节约重复设计时间。
- 设计完成后可直接导出 Gerber 文件输入光绘设备，衔接制造环节。
- 制造环节机械替代人工，生产效率大幅提升（交付周期从几周缩短至几小时），快板厂应运而生。
- 产业阶段：1990 年代至今，PCB 产业走向成熟。
四、现代 PCB 技术发展（2000s 至今）
1. 核心技术演进
- 尺寸与精度：2000 年代初，5-6 密耳（mil）线宽 / 线距成为常规工艺，高端厂商实现 3.5-4.5mil；HDI 板线宽 / 线距最终达到 40μm。
- 形态创新：柔性 PCB 应用日益普遍。
- 关键工艺：
- 2006 年，每层互连（ELIC）工艺开发，通过堆叠铜填充微孔实现任意两层连接，提升互连密度，2010 年代后广泛应用。
- 21 世纪初，第二代 HDI 板诞生，采用激光钻微通孔、堆叠通孔替代交错导通孔，结合 "任意层" 构建技术；2017 年 HDI 板从减成法工艺转向图形电镀工艺。
2. 应用驱动：移动电子的推动
- 智能手机等移动设备的小型化、高性能需求，促使 PCB 向更薄、更复杂、高密度方向发展（如 iPhone 系列产品的 PCB 层数、电路面积与手机尺寸的优化适配）。
五、EDA 软件：PCB 设计的核心工具
1. EDA 技术定义与目标
- 全称：Electronic Design Automation（电子设计自动化）
- 核心基础：计算机辅助设计（CAD）技术，融合综合、布局、布线、仿真等功能。
- 核心目标：实现电路设计的自动化 / 半自动化，提升设计速度与准确性。
2. 板级 EDA 软件（PCB 设计软件）的作用
- 核心功能：覆盖电路板布局、布线、验证、生产全流程，是绘制电路原理图、进行板级布局的关键工具，是电子工程师不可或缺的帮手。
- 主流软件：Cadence、Pads、KiCad、立创 EDA 等。
3. 立创 EDA 的版本与特性（国产重点软件）
| 版本 | 适用人群 | 核心特性 |
|---|---|---|
| 标准版（STD） | 电子爱好者、教育工作者 | 支持 300 个器件以下的简单电路设计；易用易上手；支持 Altium Design 格式导入导出、3D 预览、团队协作；内置 30W + 立创商城库文件、100W + 用户贡献库文件 |
| 专业版（PRO） | 专业开发人员 | 针对复杂电路设计；支持层次图、多页原理图、3D STEP 文件导出、子系统设计、多板设计；增强 PDF 导出；兼容 Protel、AD、KiCad 等格式 |
- 共性优势：国产、易用、免费、轻量、资源丰富、用户广泛。