電子整機(jī)制造技術(shù) 100 年發(fā)展史，有蘋果華為中興小米的 ...

小米搞機(jī)員

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本文由半導(dǎo)圈轉(zhuǎn)載自最牛博弈
第一章：從電視、電話+PC、手機(jī)到智能汽車，電子整機(jī)產(chǎn)品制造業(yè)屢攀新高
1978 年，中國(guó)開始改革開放，正好趕上全球電子信息產(chǎn)業(yè)騰飛。因?yàn)榫哂芯薮蟮闹圃旒t利和工程師紅利，中國(guó)一躍長(zhǎng)大為全球最大的電子整機(jī)產(chǎn)品制造地。
1、80 年代，電視機(jī)在中國(guó)大陸普及，引入日本技術(shù)，國(guó)內(nèi)有了 100 多條生產(chǎn)線。。
2、90 年代，電話通信網(wǎng)絡(luò)普及，互聯(lián)網(wǎng)啟蒙，電腦需求也暴漲。

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圖注：電話機(jī)控制板，同時(shí)使用了 SMT 和 COB 工藝

單純的個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）主要是專業(yè)用途（打字、科研、設(shè)計(jì)等），需求并不大。
電話機(jī)普及后，通過細(xì)細(xì)的電話線進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)啟蒙，世界變成「平的」（the world is flat），地球成為村落。
PC 需求暴漲，進(jìn)入千家萬戶。2000 年的臺(tái)式組裝機(jī)還高達(dá)一萬元（我很肉疼），后來需求量上去后，價(jià)格就暴跌了。
基于 PC 的互聯(lián)網(wǎng)有句話：On the Internet, nobody knows you're a dog（互聯(lián)網(wǎng)上，沒人知道你是一條狗）。
3、00 年代，GSM 功能手機(jī)全球普及到個(gè)人，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)誕生。
中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)也隨之崛起。科技老兵戴輝做出重要貢獻(xiàn)。
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)有詩曰：少壯不努力，長(zhǎng)大玩手機(jī)；春眠不覺曉，醒來玩手機(jī)；舉頭望明月，低頭玩手機(jī)；排隊(duì)測(cè)核酸，悶聲玩手機(jī)。

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4、2007 年蘋果重新定義的智能手機(jī)誕生，是「美中聯(lián)合創(chuàng)新」
最早是在富士康龍華廠成功制造，很多新工藝在這里得以實(shí)現(xiàn)。然后有了三星和「華米 OV 榮傳」。當(dāng)前，九成蘋果手機(jī)依然在中國(guó)制造，蘋果制造供應(yīng)鏈很發(fā)達(dá)。千萬別讓蘋果跑了！

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圖注：2008 富士康的 iPhone girl

5、疫情中，智能電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)爆發(fā)。
時(shí)代大潮滾滾向前，一浪推一浪。全世界努力了 70 年，在人工智能（AI）上獲得突破，就是深度學(xué)習(xí)（deep learning）。人工智能革命又誕生了。
特斯拉在上海臨港的超級(jí)工廠開工引爆產(chǎn)業(yè)，再一次締造了「美中聯(lián)合創(chuàng)新」篇章。傳統(tǒng)車廠、新勢(shì)力、手機(jī)廠都蜂擁進(jìn)入這個(gè)賽道。
中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)會(huì)士陳上華先生告訴我：不智能，無汽車。同濟(jì)大學(xué)朱西產(chǎn)教授告訴我：自動(dòng)駕駛是「詩和遠(yuǎn)方」，如果真的可以實(shí)現(xiàn)，那我們就要重新思考，汽車是不是還只是一個(gè)交通工具？！
券商們對(duì)特斯拉和比亞迪的電動(dòng)車進(jìn)行了拆解，發(fā)現(xiàn)有好多電路板，還有密密麻麻的元件。汽車也從經(jīng)典的機(jī)械變得越來越像一個(gè)大號(hào)的電子設(shè)備。

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圖注：比亞迪電動(dòng)車智能座艙域電路板（海通證券組織拆解）

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圖注：特斯拉電動(dòng)車智能駕駛域電路板（中信證券）

6、燃油車和電動(dòng)車?yán)p斗百年，中國(guó)成兵家必爭(zhēng)之地
因?yàn)槠偷哪芰棵芏缺入姵馗吆芏?，很多年里，油車一直是占?jù)了決定性的優(yōu)勢(shì)。
我曾赴德國(guó)汽車城斯圖加特參觀奔馳汽車博物館和保時(shí)捷汽車博物館。從 1886 年卡爾·奔馳發(fā)明汽車開始，燃油車持續(xù)繁榮上百年。

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圖注：斯圖加特奔馳汽車博物館展出的老爺車

我見過 1914 年的油電混動(dòng)汽車——The Galt Gasoline-Electric，依靠電池可續(xù)航 30 公里。而 1881 年誕生于柏林的有軌電車因走固定路線，該技術(shù)一直延續(xù)到今天。

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圖注：1914 年的混合動(dòng)力汽車

隨著技術(shù)的進(jìn)步，燃油車面臨著智能化和電動(dòng)化的巨大挑戰(zhàn)，而中國(guó)市場(chǎng)成為了兵家必爭(zhēng)之地。需要說明一下：傳統(tǒng)燃油車也可有輔助智能駕駛功能（如防前撞 AEB），還可提供混合動(dòng)力（hybrid）。
德國(guó)品牌汽車（如 BBA）的 1/3 市場(chǎng)在中國(guó)。2022 年 11 月 4 日，德國(guó)總理奧拉夫·朔爾茨訪華，大眾和寶馬 CEO 隨行。寶馬在沈陽建電動(dòng)車廠（i3、mini 電動(dòng)等）和高壓電池廠，在南京和誠(chéng)邁成立汽車軟件合資企業(yè)。
來自西方的 Tier 1（汽車零部件一級(jí)供應(yīng)商，最有名的是博世）普遍在中國(guó)有廠，對(duì)本土造車新勢(shì)力幫助挺大。
7、中國(guó)成為全球電子整機(jī)制造中心，國(guó)產(chǎn)裝備行業(yè)也隨之起舞。
資深 SMT 工藝專家陳志光表示：本世紀(jì)的第一個(gè)十年里，本土 SMT 相關(guān)裝備產(chǎn)業(yè)群順勢(shì)而為，迅速崛起，如錫膏印刷機(jī)、回流爐、波峰焊爐、AOI/SPI 機(jī)、上下料機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、激光機(jī)、鐳雕機(jī)等的國(guó)產(chǎn)化比例在逐步提升。
資深可靠性專家王文利認(rèn)為全流程的自動(dòng)視覺檢測(cè)（AOI）對(duì)保證焊接質(zhì)量很重要，對(duì)新興的汽車電路板尤其如此，因?yàn)椤杠囌稹雇芗ち摇?br /> 視覺檢測(cè)設(shè)備早已是不可或缺的生產(chǎn)設(shè)備了，我顧問的明銳理想就為電動(dòng)汽車（特斯拉、比亞迪、寶馬、豐田等）和 Tier 1（零部件一級(jí)供應(yīng)商如博世、法雷奧、采埃孚、麥格納等）都提供了 AOI（自動(dòng)視覺檢測(cè)），并有響亮的 SLOGAN：明于心，銳于眼。我的表妹在德國(guó)采埃孚（ZF）珠海工廠任工程師時(shí)，對(duì) magicRay 豐富的 AOI 算法就如數(shù)家珍。面對(duì)小到芝麻大小的零件，人多少都會(huì)有些密集恐懼癥，但機(jī)器卻無所畏懼。

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圖注：SMT China 頒發(fā)「中華成就大獎(jiǎng)」予明銳理想

8、電子整機(jī)產(chǎn)品制造技術(shù)的核心是印制板（PCB）和表面貼裝技術(shù)（SMT）。
印制電路板（PCB，Printed Circuit Board）指的是空白板（裸板），也稱印刷電路板、印刷線路板。
組裝電路板（PCBA，Printed Circuit Board Assembly)，就是經(jīng)過一道道工序的加工，將一塊 PCB 空板，將各種集成電路和器件都組裝上。
過去這么多年，電子裝聯(lián)的技術(shù)看似沒有大的變化，依舊是元件通過焊料與電路板形成可靠的連接，形成電路連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。但其實(shí)，每一天都在發(fā)生著變化。
組裝技術(shù)主要有兩種：表面貼裝（組裝）技術(shù)（SMT，Surface-mount technology）廣泛使用，但也還有有一些器件采用傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的通孔焊接技術(shù)（Through-Hole Technology），以及特殊的技術(shù)如 COB（chip on board）工藝中采用的引線鍵合 (wire bonding）等。
科技老兵戴輝開始講歷史了，本文 1.1 萬字，長(zhǎng)文慎入！
第二章：原生態(tài)配線方式在百年前電子管收音機(jī)發(fā)展
100 年前的 1920 年代，電臺(tái)開始運(yùn)營(yíng)，電子管收音機(jī)開始進(jìn)入百姓家。
早期的電子管收音機(jī)上的電子管、電阻、電容器等器件都是先安裝在基板或底座上，再用導(dǎo)線焊接聯(lián)接而成。這種原生態(tài)的配線方式只適用于器件很少的場(chǎng)景。
上海無線電博物館的鎮(zhèn)館之寶是 1920 年代的板式收音機(jī) AK10C（美國(guó) ATWATERKENT 公司制造），是用木板作為裝配底座，通過導(dǎo)線把 5 個(gè)電子管等元器件連接起來的。

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少年科普的礦石收音機(jī)也是這樣的方式?！笇W(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕」。

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圖注：《童年的收音機(jī)》里 1960 年代山西孩子裝礦石收音機(jī)

這個(gè)技術(shù)流傳到了今天。30 年前老兵戴輝讀大學(xué)的時(shí)候，《數(shù)字邏輯電路》有一個(gè)課程設(shè)計(jì)，是在面包板上用最基礎(chǔ)的「邏輯門」來做一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘電路。本質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)小型數(shù)字集成電路。

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圖注：面包板上用眾多「邏輯門"電路做一個(gè)數(shù)字鐘（來源網(wǎng)絡(luò)）

要連很多導(dǎo)線，我們班同學(xué)在雅尼（Yanni）作曲的天籟之音《河西走廊之夢(mèng)》（dream of hexi corridor）陪伴下，奮斗了一個(gè)通宵。青春無悔！
第三章、印制電路板從二戰(zhàn)發(fā)展
人們?yōu)榱撕?jiǎn)化電子機(jī)器的制作、減少電子零件間的配線、降低制作成本，因而積極鉆研取代配線的方法。
20 世紀(jì)初，印制電路板（PCB，Printed Circuit Board; PWB，Printed Wiring Board，也稱印刷電路板) 的概念產(chǎn)生，并在西歐、北美、東亞（日本）等地同時(shí)發(fā)展。
第二次世界大戰(zhàn)帶來巨大的災(zāi)難，但也催熟了很多科技，堪稱「黑色幽默」。有人將無線電近炸引信、雷達(dá)、原子彈并稱為「二戰(zhàn)軍事裝備的三大發(fā)明」。

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圖注：二戰(zhàn)盟軍的近炸引信 Mark 53 示意圖，來源 WIKI

高射炮彈發(fā)射后在接近飛機(jī)時(shí)（并不需要直接碰撞到）爆炸，破壞力就能最大。早期采用的是機(jī)械式的鐘表時(shí)間引信，發(fā)射后延時(shí)爆炸，發(fā)射前需要彈藥手用扳手來人工調(diào)節(jié)或者用引信測(cè)合機(jī)調(diào)節(jié)時(shí)間。得益于無線電技術(shù)的突破，美國(guó)在 1942 年成功研制出了無線電近炸引信，用在高射炮彈上。近炸引信（英語：Proximity fuze，日語：近接信管）亦稱近爆引信或近發(fā)引信，也被稱為「VT」（VT 指 Variable Time，變時(shí)），是一種可自動(dòng)感應(yīng)目標(biāo)（飛機(jī)）距離而決定引爆的雷管。近炸引信控制系統(tǒng)利用多普勒效應(yīng)感知敵機(jī)距離，一旦飛機(jī)進(jìn)入 21 米范圍內(nèi)就會(huì)引爆炮彈。在沒有無線電引信之前，2000 枚高射炮彈才能擊落 1 架飛機(jī)，而有了無線電引信之后 500 枚高射炮彈就可擊落 1 架飛機(jī)，可見無線電近炸引信的出現(xiàn)大大提高了高射炮命中率。無線電近炸引信還可用在火箭彈、水雷、魚雷、防空/空空導(dǎo)彈上。
近炸引信是消耗品，為了大量生產(chǎn)，就用上了印制電路板技術(shù)。

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圖注：在滑石上漆上銅膏作配線，用于近炸引信，來源 WIKI

插個(gè)小故事。1990-91 年在南京浦口山里讀書，邊上就是空軍的高射炮陣地，坐上去可轉(zhuǎn)動(dòng)炮管朝天，還有學(xué)生去空軍食堂里蹭飯吃。郭沫若撰文記錄了一段奇事，說是 1937 年 9 月 25 日，位于浦口的高射炮曾「一炮三機(jī)」，就是一炮打中一架飛機(jī)，機(jī)上炸彈爆炸后自行打傷了另外兩架飛機(jī)，一并墜落下來。他說：這比舊時(shí)的「一箭射雙雕」更來得摩登而可紀(jì)念。
言歸正傳。1947 年，環(huán)氧樹脂開始用作制造基板，1951 年，聚酰亞胺的出現(xiàn)，使樹脂的耐熱性再進(jìn)一步，也制造聚亞酰胺基板。
自 20 世紀(jì) 50 年代起，體積小功耗低的晶體管（貝爾實(shí)驗(yàn)室 1947 年發(fā)明）大量取代了真空電子管的地位，印刷電路板技術(shù)也開始在民用市場(chǎng)里廣泛采用了。
由于覆銅板（ 覆銅箔層壓板 CCL，Copper Clad Laminate) 的銅箔（copper foil）和層壓板（Laminate）的粘合強(qiáng)度和耐焊性問題得到解決，性能穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化大生產(chǎn)。銅箔蝕刻法成為了 PCB 制造技術(shù)的主流，開始大量生產(chǎn)單面板。
摩托羅拉是將這一工藝引入消費(fèi)電子產(chǎn)品的早期領(lǐng)導(dǎo)者，于 1952 年 8 月宣布在家用電子管收音機(jī)中采用「電鍍電路」（plated circuits）。1953 年，摩托羅拉開發(fā)出「電鍍貫穿孔」法的雙面板。在板子外層需保留的銅箔部分上，也就是電路的圖形部分上預(yù)鍍一層鉛錫抗蝕層，然后用化學(xué)方式將其余的銅箔腐蝕掉（蝕刻）。
單面（層）板（Single-sided）是最基本的 PCB，零件集中在其中一面，銅箔與導(dǎo)線則在另外一面且布線間不能交叉，僅能用于構(gòu)造較為簡(jiǎn)單的電子產(chǎn)品。雙層板的兩面都具有導(dǎo)線，可以進(jìn)行雙面布線焊接，中間為絕緣層，功能及穩(wěn)定性均較單面板更強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于白色家電等不需要信號(hào)源的電子設(shè)備中。

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圖注：?jiǎn)螌影迨纠?，元器件在另外一面，來?WIKI

有貼吧大神「特斯拉線圈 tc」復(fù)原了用「覆銅板」手工做 PCB 的整個(gè)過程，在覆銅板上手繪線路后腐蝕，只有劃線保護(hù)下的銅會(huì)保留下來。采用的耐腐蝕印墨一般由瀝青漆、膠印樹脂油墨，酚醛清漆或醇酸清漆加一些填料組成。

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1960 年代，多層印刷電路板開始出現(xiàn)，進(jìn)一步提高了配線與基板面積之比。
第四章：傳統(tǒng)通孔焊接技術(shù)
1960 年代，晶體管收音機(jī)在日本和歐美興起。

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圖注：上海無線電博物館展示的晶體管和分立器件，有長(zhǎng)長(zhǎng)的「腳」

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圖注：電子人的求婚戒指（電阻），來源網(wǎng)絡(luò)

因?yàn)槭鞘止ず附?，所以是勞?dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。港臺(tái)因?yàn)橛械土膭趧?dòng)力成本，于是大量進(jìn)口了日本、美國(guó)、西歐的晶體管來組裝「原子粒」收音機(jī)，并遠(yuǎn)銷全世界。

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注：香港制造的袖珍型原子粒收音機(jī)，圖源：《乜乜物物 :老香港的庶民風(fēng)情》

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圖注：香港電子廠手工焊接場(chǎng)景，來源香港電視節(jié)目

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圖注：「原子?！故找魴C(jī)電路板，來源 RTHK

早期的手工焊接是焊工拿著工具手焊，課程設(shè)計(jì)中手焊過一個(gè)無線麥克風(fēng)。1994 年在無錫的生產(chǎn)線上實(shí)習(xí)，就是手工焊電路板電路。下圖這樣象拿筆一樣拿電烙鐵是錯(cuò)誤的，烙鐵桿是高溫會(huì)燙著手。

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圖注：錯(cuò)誤動(dòng)作示范，來源網(wǎng)絡(luò)

傳統(tǒng)的通孔焊接技術(shù)（THT, Through-Hole Technology），有幾個(gè)主要的步驟：鉆孔、過孔裝配、焊接、檢驗(yàn)。
在初級(jí)階段，過孔裝配完全由人工來完成。穿孔元件（插件元件、通孔元件）都設(shè)計(jì)了焊腳來穿過電路板，以達(dá)到零件焊接在電路板的目的。焊腳有其最小尺寸的限制，否則焊腳會(huì)容易被折斷，或是掉到地上而造成外力的折斷，所以這樣的零件做到 5mmx5mm 就已經(jīng)是很小了。

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圖注：1978 年香港：手工將元器件插到電路板上，來源香港電視節(jié)目

1970 年代，集成電路開始廣泛使用，雙列直插封裝（DIP，dual in-line package）元件是微電子產(chǎn)業(yè)的主流，既可以用通孔插裝技術(shù)的方式安裝，也可以利用 DIP 插座安裝。
1990 年代，我學(xué)過基于 Zilog Z80 單片機(jī)的 8 位機(jī)匯編語言編程，下圖的 Z80 就采用了 DIP 封裝。我還學(xué)過基于 8086 的 16 位機(jī)匯編語言編程并做過最小計(jì)算機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)，這些「屠龍術(shù)」我一輩子都沒機(jī)會(huì)應(yīng)用。

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圖注：Z80 管腳圖

到了今天，傳統(tǒng)的通孔焊接技術(shù)依然在使用，用于不適合表面安裝（SMT）的組件，例如大型變壓器和需要散熱的功率半導(dǎo)體（如電動(dòng)汽車?yán)锎罅渴褂玫?IGBT 和 SiC）。值得說明的是，同一塊 PCB 上，可以部分元器件采用 SMT，部分元器件采用通孔技術(shù)。
當(dāng)然，自動(dòng)化能力大大提高。自動(dòng)插件機(jī)的應(yīng)用很普遍了，絕大部分的標(biāo)準(zhǔn)化器件不再需要人工過孔裝配了。焊接也不需要人工了，可以采用波峰焊 (wave soldering)。如果穿孔器件少，也可以考慮采用通孔回流焊接工藝。

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第五章：中國(guó)印制電路板產(chǎn)能占全球 50%
1956 年，中國(guó)大陸開始 PCB 的研制工作。收音機(jī)因?yàn)楫a(chǎn)量巨大，率先使用了這個(gè)技術(shù)。
上海無線電器材廠用國(guó)產(chǎn)鍺晶體管，于 1959 年國(guó)慶 10 周年的前夕組裝出美多牌便攜式 7 管中波段超外差式收音機(jī) 300 臺(tái)并投放市場(chǎng)，首次實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)晶體管收音機(jī)商品化。

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正是從這里開始，中國(guó)開始采用 PCB 印制電路板，并有了生產(chǎn)線。

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圖注： 上海美多 28A 裝配線

1960 年代，批量生產(chǎn)出單面板，小批量生產(chǎn)雙面板并開始研制多層板。
1970 年代，由于受當(dāng)時(shí)歷史條件的限制，PCB 印制板技術(shù)發(fā)展緩慢，使得整個(gè)生產(chǎn)技術(shù)落后于國(guó)外先進(jìn)水平。
1980 年代改革開放。與其是抱殘守缺，不如一步到位引入西方最先進(jìn)的技術(shù)。世界已經(jīng)進(jìn)入了集成電路時(shí)代，PCB 印制電路板的制作也更加精密化。
1990 年代后，港臺(tái)地區(qū)和西方廠商紛紛來中國(guó)設(shè)廠，引進(jìn)了先進(jìn)水平的單面、雙面、多層印制板生產(chǎn)線，產(chǎn)量和技術(shù)都突飛猛進(jìn)。
我是在 1997 年底第一次摸到用于通信設(shè)備的 16 層板（深南電路制造），嘆為觀止。
在 2000 年之前，全球最大的 PCB 制造基地是在美國(guó)、歐洲和日本，那時(shí)候中國(guó)大陸只占到 6%。
2002 年，中國(guó)成為第三大 PCB 產(chǎn)出國(guó)。
2003 年，PCB 產(chǎn)值和進(jìn)出口額均超過 60 億美元，首度超越美國(guó)，成為世界第二大 PCB 產(chǎn)出國(guó)，產(chǎn)值的比例也由 2000 年的 8.54% 提升到 15.30%，提升了近 1 倍。
自 2006 年開始，中國(guó)超越日本成為全球第一大 PCB 生產(chǎn)國(guó)，PCB 的產(chǎn)量和產(chǎn)值均居世界第一。
2017 年開始，中國(guó)的 PCB 產(chǎn)量占全球一半左右的產(chǎn)能。
有不少內(nèi)資 PCB 大廠。趙浩先生介紹，蘇州東山精密通過收購(gòu)了維信（MFLEX）和超毅（Multek，偉創(chuàng)力子公司），并進(jìn)入軟板、硬板、IC 載板（封裝基板）、SMT 領(lǐng)域，服務(wù)蘋果等最終用戶。在深圳華僑城活動(dòng)時(shí)，經(jīng)常能看到深南電路的總部大院，同時(shí)做 PCB 和 SMT。還有鵬鼎（富士康子公司，原深圳福永的富葵）、興森、景旺、滬電、超聲、勝宏、安捷利美維等眾多本土廠家。
PCB 生產(chǎn)過程中要用到很多化學(xué)物質(zhì)，所以環(huán)保上的投入是很大的。
近年來，隨著智能手機(jī)、平板電腦等電子產(chǎn)品向大規(guī)模集成化、輕量化、高智能化方向發(fā)展，PCB 制造工藝要求不斷提升，對(duì) PCB 制造中的曝光精度（最小線寬）要求越來越高，多層板、HDI 板、柔性板及 IC 載板（封裝基板）等中高端 PCB 產(chǎn)品的市場(chǎng)需求也再不斷增長(zhǎng)。去年缺芯，蔡志匡教授告訴我：封裝基板緊缺，聞「基」起舞。
以色列奧寶科技（Orbotech）從 AOI（自動(dòng)視覺檢測(cè)）起家，發(fā)展為著名 PCB 制造解決方案提供商，并于 2018 年被美國(guó) KLA（科磊）以 34 億美元收購(gòu)。創(chuàng)始人科比·里克特 (Kobi Richter) 曾經(jīng)是戰(zhàn)斗機(jī)王牌飛行員。他還成功創(chuàng)立了一家醫(yī)療企業(yè)，「將寶劍鍛成鋤頭」（意為降維應(yīng)用創(chuàng)新）是他帶來的重要啟示之一。

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圖注：奧寶是以色列最早的高科技創(chuàng)業(yè)企業(yè)之一

名字雖然叫＂印刷＂，但它傳統(tǒng)上是用照相制版術(shù)的方法制作的。
PCB 曝光設(shè)備分為傳統(tǒng)曝光（線寬只能達(dá)到 50μm 左右）和直接成像設(shè)備（能實(shí)現(xiàn)最高 5μm 線寬）。傳統(tǒng)曝光需要在基板表面貼一層特殊的感光膜，之后通過曝光和顯影將線路圖形轉(zhuǎn)移到基板上。直接成像是通過光學(xué)成像系統(tǒng)將圖形光束聚焦成像至已涂覆感光材料的基板表面上，完成圖形的直接成像和曝光。國(guó)產(chǎn)設(shè)備在逐漸進(jìn)入市場(chǎng)，如芯碁微裝等一些公司提供的直寫光刻設(shè)備。

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第六章：SMT（表面貼裝）技術(shù)的發(fā)展歷程

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圖注：SMT（表面貼裝）電路板示例

表面貼裝技術(shù) (SMT，Surface Mounted Technology) 最初稱為平面安裝，是一種將電氣元件直接安裝到印制電路板 (PCB) 表面的方法。不用穿孔了，焊點(diǎn)和元件也在同一面。
相比傳統(tǒng)裝配組件的通孔技術(shù)構(gòu)造方法，采用 SMT 之后，一般情況下可以獲得很多好處。電子產(chǎn)品體積縮小 40%-60%，重量減輕 60%-80%；允許更高的電路密度和更小的電路板；可靠性高、抗振能力強(qiáng)；焊點(diǎn)缺陷率低；高頻特性好，減少了電磁和射頻干擾；易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率。
1、表面貼裝器件（SMD，Surface Mounted Devices）
SMD 的大小和重量只有對(duì)應(yīng)穿孔插裝元件的 1/4 到 1/10，并且成本只有 1/2 到 1/4。
一類是分立元器件如電阻（resistor）、電容 (capacitor)、電感 (inductance)，體積可以很小。早年形容它們比「米粒」還要小，現(xiàn)在要形容它們比「芝麻」還要小了，體積可以到 01005（(0.4 x 0.2mm）、008004(0.25×0.125mm)。

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圖注：一些 SMD 類型

另外一類是集成電路，現(xiàn)在有了很多五花八門的封裝技術(shù)，如 BGA（球柵陣列封裝）、Flip Chip（覆晶、倒晶封裝）、CSP（芯片級(jí)封裝）、WLCSP（晶圓級(jí)芯片封裝）、MCM（多芯片模塊）、SIP（系統(tǒng)級(jí)封裝）等。
2、60 年代，IBM 在航天中應(yīng)用 SMT 原型技術(shù)
讓我們回顧歷史。美蘇冷戰(zhàn)中的「太空競(jìng)賽」也拉動(dòng)了科技的進(jìn)步。
IBM 在 1960 年，開發(fā)了一款小型電腦（Launch Vehicle Digital Computer，LVDC），并被作為土星 IB 和土星五號(hào)運(yùn)載火箭的儀器組件。在這個(gè)電腦里，電子組件經(jīng)過機(jī)械重新設(shè)計(jì)，具有可以直接焊接到 PCB 表面的小金屬片或端蓋。

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圖注：IBM 研發(fā)的用在火箭中的電腦，來源 WIKI

3、80 年代始，SMT 廣泛應(yīng)用在彩色電視機(jī)調(diào)諧器（高頻頭）。
SMT 技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家的大型電子集團(tuán)公司間重點(diǎn)開發(fā)與競(jìng)爭(zhēng)而得到了蓬勃的發(fā)展。
1970 年代，飛利浦公司推出第一塊表面貼裝集成電路，這是一種鈕扣狀微型器件，后來發(fā)展成小外形集成電路（SOIC)，它的引線分布在器件兩側(cè)，呈鷗翼形。由于表面貼裝器件（SMD）無引線或短小引線，便于改善電子產(chǎn)品高頻性能，因此應(yīng)用在量大面廣的彩色電視機(jī)電子調(diào)諧器上。
彩色電視使用的電子調(diào)諧器是電視接收終端中的重要器件，俗稱高頻頭，完成接收放大、選通、變頻、圖聲解調(diào)的過程，若其中有畸變和失真，會(huì)使接收的圖像和伴音質(zhì)量變差。電子調(diào)諧器不同于傳統(tǒng)機(jī)械調(diào)諧器，使用了大量的芯片組件，采用 SMT 工藝后性能會(huì)更好。
下面是一個(gè)飛利浦的調(diào)諧器，用到了不少 SMD 元件。

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圖注：飛利浦的電視機(jī)調(diào)諧器 UV916E/IEC-long， 來源：Philips TV Tuner History pt5: 1990-2000

4、自動(dòng)貼片機(jī)群體崛起，日本貢獻(xiàn)最大。
全自動(dòng)貼片機(jī)是用來實(shí)現(xiàn)高速、高精度地全自動(dòng)地貼放元器件的設(shè)備，是整個(gè) SMT 生產(chǎn)中最關(guān)鍵、最復(fù)雜的設(shè)備。
1970 年代末，日本率先研制成功了自動(dòng)貼片機(jī)，由內(nèi)部的專用設(shè)備逐步改進(jìn)為商品化的通用設(shè)備，大批量地應(yīng)用在家用電子產(chǎn)品生產(chǎn)中。SMT 作為新型一大門類的先進(jìn)電子板級(jí)組裝工藝技術(shù)，由于自動(dòng)貼片關(guān)鍵工藝設(shè)備的突破而正式啟動(dòng)。
富士是一個(gè)代表性企業(yè)。于 1971 年完成第一臺(tái)自動(dòng)組裝機(jī)，1978 年推出了電子元件的自動(dòng)插件機(jī)。1981 年，推出了第一臺(tái)電子元件的自動(dòng)貼片機(jī)。

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圖注：早期貼片機(jī)的內(nèi)部視圖 WIKI

日本貼片機(jī)群體崛起，當(dāng)前的主要品牌有雅馬哈（收購(gòu)天龍成立 iPulse、收購(gòu)日立和三洋）、松下、富士、日本重機(jī) JUKI（收購(gòu)索尼）等，過去還有卡西歐品牌。

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圖注：雅馬哈的貼片機(jī)歷史，84 年首推

自動(dòng)貼片機(jī)在美、韓、德、荷也很發(fā)達(dá)，有名品牌有環(huán)球（美，目前前屬于臺(tái)達(dá)）、西門子 (德，目前屬 ASM-PT)、飛利浦（荷，目前屬 K&S)、韓國(guó)的 MIRAE（未來）和三星、中國(guó)臺(tái)灣的 EVEST（元利盛）等。
一條完整的 SMT 產(chǎn)線包括錫膏印刷（左 1）、貼片（左 3、4、4）、回流爐（最長(zhǎng)設(shè)備）、AOI 自動(dòng)視覺檢測(cè)（左 2、6、9）等設(shè)備。

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圖注：完整的 SMT 自動(dòng)化產(chǎn)線示例

目前，中國(guó)使用的全自動(dòng)貼片機(jī)依然高度依賴進(jìn)口品牌，本土貼片機(jī)目前主要應(yīng)用在專用的 LED 貼片上。
近年，芯片的系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）、MINI LED 的制造，都采用了和 SMT 類似的技術(shù)。
5、個(gè)人隨身電子是發(fā)展的最大動(dòng)力。
到 1986 年，表面貼裝元件（SMD）最多占市場(chǎng)的 10%，但迅速普及。 到 1990 年代后期，絕大多數(shù)高科技電子印刷電路組件由表面貼裝器件（SMD）主導(dǎo)。
我第一親眼看到 SMT 產(chǎn)品是在 1990 年代初，一臺(tái)日本產(chǎn) WALKMAN 摔裂了，露出了電路板，看著那么多密密麻麻貼著的元器件，我感覺大開眼界，嘆為觀止。下面是博主 yasden 的拆解記錄：磁帶隨身聽維修：索尼磁帶 walkman 換皮帶+更換齒輪的方法。

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第七章：中國(guó)表面貼裝（SMT）產(chǎn)業(yè) 40 年
1980 年代改革開放以后，中國(guó)一步到位和世界最先進(jìn)技術(shù)接軌。
SMT 的普及為我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。中國(guó)的 SMT 產(chǎn)業(yè)從無到有、從小到大，目前已成為世界上最具規(guī)模的 SMT 應(yīng)用大國(guó)。
第一步是原型時(shí)代。中國(guó)內(nèi)地最早引進(jìn)雛形 SMT 工藝，以手工貼片方式（不是自動(dòng)貼片）生產(chǎn)的時(shí)間可追溯到 1982 年。上海無線電六廠派員赴英國(guó) DEK 公司（現(xiàn)屬于 ASM-PT）考察引進(jìn)印刷機(jī)，引進(jìn)工藝技術(shù)，批量生產(chǎn)厚膜電路，技術(shù)升級(jí)換代，明顯地提高了產(chǎn)量與質(zhì)量。

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圖注：厚膜電路，搜狗百科圖

第二步是引入自動(dòng)貼片生產(chǎn)線生產(chǎn)電視調(diào)諧器。
80 年代，全國(guó)的彩電業(yè)迅速升溫，全國(guó)引進(jìn)大大小小彩電生產(chǎn)線 100 多條，主要是從日本引進(jìn)。到 1987 年，我國(guó)電視機(jī)產(chǎn)量已達(dá) 1934 萬臺(tái)，超過了日本，成為世界最大的電視機(jī)生產(chǎn)國(guó)，社會(huì)擁有量突破 1 億臺(tái)。
我家為了避免我高考備考分心，到 1991 年春節(jié)才擁有了一臺(tái)凱歌牌（上海產(chǎn)）黑白電視機(jī)（14 寸），2001 年換成了康佳（深圳產(chǎn)）24 寸彩電。
1985 年開始，在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的指導(dǎo)下，國(guó)內(nèi)彩電調(diào)諧器工廠開始引進(jìn) SMT 自動(dòng)貼片機(jī)生產(chǎn)線設(shè)備，開始批量生產(chǎn)以電視調(diào)諧器為代表的小型電子產(chǎn)品。從 1985 開始的五年時(shí)間共計(jì)引進(jìn)了貼片機(jī) 60 多臺(tái)，形成年近千萬只電視調(diào)諧器的生產(chǎn)能力，有效地滿足了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的爆發(fā)式需求。
桂林電子工業(yè)學(xué)院陳冠方教授早在 1980 年代初期懷著極大的興趣進(jìn)行跟蹤研究，并在 1990 年開辦了第一個(gè) SMT 課程，學(xué)生深受行業(yè)的歡迎。明銳理想 AOI 的創(chuàng)始合伙人張志曉就是這里的學(xué)生。
第三步是錄像機(jī)時(shí)代。
看錄像是 80、90 年代的共同回憶，大街小巷，嘿嘿哈哈的夸張動(dòng)作聲不絕于耳。
1990 年代錄像機(jī)生產(chǎn)線的引進(jìn)掀起了另一次 SMT 引進(jìn)高潮。以松下錄像機(jī)為例，從 L15 開始大量采用片式元器件。這一期間大連華錄、北京電視設(shè)備廠、上海錄音器材廠、南京 714 廠、夏新等一批錄像機(jī)生產(chǎn)廠家開始引進(jìn) SMT 生產(chǎn)線。
第四步：遍地開花
90 年代伊始，三資企業(yè)引入，加速了電子產(chǎn)業(yè)規(guī)模化，SMT 生產(chǎn)線引進(jìn)出現(xiàn)高潮。
據(jù)國(guó)外某調(diào)查機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，至 1997 年底為止，中國(guó)貼片機(jī)的保有量為 3700 臺(tái)，SMT 生產(chǎn)線總數(shù)為 1500 條-2000 條之間。
進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，手機(jī)等個(gè)人電子（如 MP3、平板）的使用量急劇放大，成為 SMT 的最重要需求。曾有人說：沒有 SMT 就沒有手機(jī)，沒有手機(jī)也就沒有 SMT 的今天。
我國(guó)海關(guān)公布貼片機(jī)引進(jìn)數(shù)據(jù)起始于 2000 年，當(dāng)年公布的貼片機(jī)年引進(jìn)量為 1370 臺(tái)，以后平均每年遞增率達(dá) 50% 以上。
2003 年以后進(jìn)入快速發(fā)展階段，每年引進(jìn)貼片機(jī) 5000 臺(tái)以上。2005 年引進(jìn)貼片機(jī)達(dá) 8992 臺(tái)，2007 年引進(jìn)了 10189 臺(tái)，約占全球當(dāng)年貼片機(jī)產(chǎn)量的 1/2。
2007 年，中國(guó)貼片機(jī)保有量在 30000 臺(tái)以上、SMT 生產(chǎn)線在 15000 條左右。中國(guó)成為全球最大、最重要的 SMT 市場(chǎng)。中國(guó)基本淘汰了 THT 老一代電子組裝技術(shù)，完成了 SMT 在在國(guó)內(nèi)的普及。
目前，估計(jì)中國(guó)有超過 3 萬條 SMT 生產(chǎn)線，占有超過全球一半產(chǎn)能。

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圖注：NEPCON 的 SMT 行業(yè)展覽時(shí)間軸

第八章：應(yīng)用 SMT 的三大體系，有中興和小米故事
目前中國(guó)大陸有超過 3 萬條 SMT 生產(chǎn)線。根據(jù)我的觀察，大體有幾個(gè)體系。
1、原廠自建貼片廠，中興手機(jī)較早干
幾乎每個(gè)品牌電子大廠都有自己的 SMT 產(chǎn)線。
《中興通信》一書中記錄了 2002 年中興手機(jī)事業(yè)部，購(gòu)買了自動(dòng)貼片機(jī)自建 SMT 產(chǎn)線的過程。

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2、國(guó)產(chǎn) ODM 產(chǎn)業(yè)在山寨機(jī)時(shí)代群雄崛起
IDH（Independent Design House）是提供設(shè)計(jì)方案的代工企業(yè)，一般俗稱為方案公司。IDH 沒有自己的廠，如果有廠（或者管理外包廠），就成為了 ODM 了。
ODM(即 ORIGINAL DESIGN MANUFACTURER) 意為「原始設(shè)計(jì)制造商」，是指一家公司根據(jù)另一家公司的規(guī)格來設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品。
手機(jī) ODM 公司按照行業(yè)出貨量份額排名，前三大是華勤技術(shù)、聞泰科技和龍旗科技三家。巧得很，他們都是上述中興手機(jī)核心員工的創(chuàng)業(yè)系。
華勤技術(shù)邱文生是中興手機(jī) 007 號(hào)員工，華勤也從手機(jī)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入到筆記本電腦，甚至?xí)r髦的汽車電子領(lǐng)域。疫情期間，三星的不少手機(jī)以 ODM 方式轉(zhuǎn)回中國(guó)生產(chǎn)。
電子制造服務(wù)企業(yè)簡(jiǎn)稱「EMS」（Electronic Manufacturing Services），這個(gè)概念也被稱為電子合同制造（ECM），中文又譯為專業(yè)電子代工服務(wù)，指為電子產(chǎn)品品牌擁有者提供制造、采購(gòu)、部分設(shè)計(jì)以及物流等一系列服務(wù)的生產(chǎn)廠商。
2021 年全球十大 EMS 企業(yè)為富士康（臺(tái)資）、和碩（臺(tái)資）、緯創(chuàng)（臺(tái)資）、捷普（美資）、偉創(chuàng)力（美資）、比亞迪（內(nèi)資）、環(huán)旭（內(nèi)資）、新美亞（美資）、新金寶（臺(tái)資）、天泓（加資），都在中國(guó)有廠。

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本章第一節(jié)提到的旭電（Solectron Corporation）就是 EMS 企業(yè)，于 2007 年被偉創(chuàng)力以 36 億美元收購(gòu)。2012 年，偉創(chuàng)力還收購(gòu)了摩托羅拉天津廠和代管了巴西廠。
全球最大的 EMS 企業(yè)富士康大陸總部（深圳龍華）就在我家附近，每天早晚都可以看到絡(luò)繹不絕的年輕人流，就如過江之鯽。
大陸誕生了比亞迪、深科技（屬中電）、光弘科技、立訊精密（王來春創(chuàng)立，曾工作于富士康）、環(huán)旭、卓翼等大型 EMS 企業(yè)。
比亞迪開始做 EMS 業(yè)務(wù)的時(shí)候，和富士康有一些過節(jié)。富士康于是一度不讓比亞迪汽車進(jìn)入廠區(qū)，成為一段趣事。
在上海愚園路長(zhǎng)大的光弘科技唐建興曾說：其實(shí)在電子制造這一塊，我們?cè)谄焚|(zhì)、技術(shù)上一點(diǎn)都不亞于偉創(chuàng)力、旭電、捷普這些跨國(guó)企業(yè)，跟他們最大的區(qū)別的就是我們還不夠大。
4、小米起家找到了合適的 EMS 代工商
講述小米十年歷史的書《一往無前》一書中寫了起家的時(shí)候，尋找 EMS 代工廠的過程。
（2011 年，）與供應(yīng)商的合作協(xié)議正在慢慢地達(dá)成，可未來小米手機(jī)的代工廠是誰，還沒有任何進(jìn)展。周光平的團(tuán)隊(duì)將包含富士康在內(nèi)的全世界前幾大代工廠列了一個(gè)名單，輪流去談了一圈，但都無果而終。其實(shí)，越是頂級(jí)的公司，和新品牌合作就越謹(jǐn)慎。他們的產(chǎn)能都是充足的，他們的資源，只愿意劃撥給長(zhǎng)期合作的老客戶。
大家清點(diǎn)名單后，發(fā)現(xiàn)只有最后一家代工廠還沒有徹底拒絕小米，那就是位于南京的英華達(dá)。如果這家英業(yè)達(dá)集團(tuán)的子公司最終也拒絕與小米合作，那么這對(duì)創(chuàng)業(yè)者來說將是致命一擊。而且，如果代工廠談不下來，談好了的供應(yīng)商又有什么用呢？
2011 年 2 月的這天上午，坐在南京英華達(dá)總經(jīng)理辦公室的張峰，正在等待一個(gè)叫劉德的人前來拜訪。劉德來自一家他從來沒有聽說過名字的公司——小米。
英華達(dá)是小米唯一的希望，其實(shí)小米也是英華達(dá)未來的希望。小米愿意支付前期的研發(fā)費(fèi)用，而張峰也給予了小米一個(gè)非常厚道的價(jià)格。這對(duì)于小米來說，是軟件世界與硬件世界第一次握手的重要時(shí)刻。
第七章、手工繪制到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，有華為的故事
本人所著《華為通信科技史話》（人民郵電出版社）一書中記錄了從手工繪制來設(shè)計(jì)電路板到采用 CAD 軟件用計(jì)算機(jī)繪制電路板的轉(zhuǎn)變。
1990 年，華為在蠔業(yè)村工業(yè)大廈三樓租了場(chǎng)地做研發(fā)和生產(chǎn)。照著珠海通信 BH01 的電路板，用黑膠帶將電路貼出來，然后 1∶1 比例地復(fù)印電路板（沒有用設(shè)計(jì)軟件）。就這樣把替代產(chǎn)品搞了出來，從零件到功能都跟原來組裝的那臺(tái)一模一樣，唯一的改進(jìn)是把外形搞得更好看了一些。新產(chǎn)品命名為 BH-03，說明書和包裝也重新設(shè)計(jì)，看起來是原來產(chǎn)品的升級(jí)，價(jià)錢不變，新舊產(chǎn)品過渡得相當(dāng)順利。

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在 BH03 的逆向設(shè)計(jì)成功基礎(chǔ)之上開始正向設(shè)計(jì)，型號(hào)叫 HJD48，最初是 48 個(gè)用戶，采用的 CPU 還是上面介紹的 Z80。
因?yàn)樽陨砑夹g(shù)能力薄弱，所以挖了隔壁億利達(dá)的徐文偉來做正向設(shè)計(jì)。他對(duì)電路板的 CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）軟件、匯編語言都很熟悉。就這樣告別了手繪電路板的時(shí)代。

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圖注：一種基于 Z80 的用戶程控交換機(jī)（PABX）電路板，來源 WIKI

我的老領(lǐng)導(dǎo)李祥庭 93 年到深圳，在路邊一根電線桿上看到招聘 CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）工程師畫電路板的小廣告，就應(yīng)聘去了徐文偉領(lǐng)銜的器件室。
我有一個(gè)學(xué)長(zhǎng)是博士生，九十年代到中山市開發(fā)一個(gè) 2（根外線）拖 8（個(gè)分機(jī)）的小總機(jī)系統(tǒng)。他長(zhǎng)相甚為粗獷，是黑臉光頭，還豪氣地坐著出租車從中山回廣州。被誤以為是逃犯，車輛被截停，好幾支沖鋒槍直頂在了他的腦門上。他抖抖索索地掏出了一大把中大食堂的飯票，這才自證了清白。
PCB 設(shè)計(jì)軟件屬于 EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）范疇，而 EDA 則屬于廣義 CAD。目前常用的 PCB 設(shè)計(jì)軟件有很多種，市場(chǎng)上主要有：Cadence Allegro、Mentor EE、Mentor Pads、Altium Designer、Protel。國(guó)產(chǎn)的立創(chuàng) EDA 提供了在線 PCB 設(shè)計(jì)工具。

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圖注：國(guó)產(chǎn)立創(chuàng) EDA 界面

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