来源:读特

中国专利奖是我国知识产权领域的最高奖项。近日,国家知识产权局公布第二十二届中国专利奖授奖决定,深圳市共获101项奖项,获奖数量仅次于北京,居全国第二。

印刷电路板(PCB)是由相互连接的电子元件组成的独立模块,从我们身边日常使用的电子设备,如:***、路由器、个人电脑到复杂的雷达、导弹、卫星上,都能找到它们的身影,只是它们靓丽的光芒被设备外壳给遮盖住了,你那天才般的设计往往被用户所忽视,直到设备出现故障或者需要功能扩展,拆开设备外壳的刹那才能领略它的美。

PCB史前时代

电子学的起源可以追溯到1897年,约瑟夫·汤姆森发现电子的存在,电子学是在早期的电磁学和电工学的基础上发展起来的。在电子学诞生之前,人类对于电磁现象的研究已相当深入。一系列物理定律已经确立,如库仑定律、安培定律、 欧姆定律、 楞次定律、法拉第电磁感应定律等。

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1831年6月13日,天降男神詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831年6月13日-1879年11月5日)于英国爱丁堡的印度街14号,麦克斯韦被普遍认为是十九世纪物理学家中,对于二十世纪初物理学的巨大进展影响最为巨大的一位。他在1864年发表的论文《电磁场的动力学理论》中,集以往电磁学研究之大成,提出电场和磁场以波的形式以光速在空间中传播,并提出光是引起同种介质中电场和磁场中许多现象的电磁扰动,同时从理论上预测了电磁波的存在,将电、磁、光统归为电磁场中现象,提出了著名的麦克斯韦方程组,建立了第一个完整的电磁学理论体系,为电磁学在生产生活中应用奠定了强大的理论基础。

电磁学是现代科技生活最重要的学科,它的高速发展,将人类带入了电气时代和信息时代。可以说,没有电磁学的发展,就没有人类的现代文明;这一自然科学理论的成果,奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。

这些奖项中包括中国专利金奖4项、中国外观设计金奖1项。深圳市知识产权局成为唯一荣获中国专利奖最佳组织奖的副省级城市知识产权主管部门。

这次都有哪些深圳企业的专利获得殊荣?深圳为何能够获得专利奖项的“大丰收”?7月14日播出的《晚间报道》邀请了获奖企业代表中兴通讯副总裁、知识产权部部长胡毅,先健科技(深圳)有限公司知识产权总监尹新以及深圳市市场监督管理局(知识产权局)知识产权促进处处长张学斌在线解读。

有了电磁学理论的支撑,人们便开始利用电磁学的理论服务于人类的生产活动,进而引发了第二次产业革命和第三次产业革命。

(点击观看视频)

1831年法拉第发表了《法拉第电磁感应定律》,在发现了电磁感定律之后,1831年法拉第发明了圆盘发电机,这是人类创造出的第一个发电机。电磁感定律的发现也促进了电报通信应用的发展。

1839年,首条真正投入使用营运的电报线路于1839年在英国最先出现。它是大西方铁路装设在两个车站之间作通讯之用。这条线路长13英里,属指针式设计,由查尔斯·惠斯通及威廉·库克发明。两人并为发明在1837年取得英国的专利。

在美国,萨缪尔·摩尔斯在接近同一时间同时发明了电报,并在1837年在美国取得专利。摩尔斯还发展出一套将字母及数字编码以便拍发的方法,称为摩斯电码。

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最早期的电线属于单线式,需要透过地面完成回路,传送距离有限。这里老wu马克一下,这个地回路的影响老wu在专栏后边的【PCB上没有地】章节里还会提到 。

获奖企业中“熟面孔”频现

成为中国专利奖金奖大户,深圳凭什么?

公示榜单上,中兴通讯股份有限公司、腾讯科技(深圳)有限公司、比亚迪股份有限公司等企业,都已多次斩获中国专利金奖。

到了1850年,首条海底电缆横越英吉利海峡,把英国及欧洲大陆连接起来。首条横越大西洋的电报电缆则在1857年敷设完毕。但由于技术原因,这条越洋电缆只使用了数天便告失灵。这里老wu再次马克一下,这个越洋电缆为什么失败,老wu在专栏后边的【阻抗和传输线】的相关章节里还会提到 。

最早的电报需要手工拍发,熟练的电报员使用摩斯码大约能每秒钟传送一个字母,随着电报业务的发展,这就需要大量的电报员,而且当时电报员的待遇都很不错的说,至少相当于现在互联网开发的待遇吧 你还别说,这可以算得上是第一批码农了吧,不同的是我们敲C Code而他们敲摩斯码 。

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老wu查了下资料,1879年(光绪5年)当时的大清就开始架设有电报线路,晚清时期,电报局的报务人员都由电报学堂的学生组成,每月可以拿到30两银子的薪水,这在当时算是一个比较吃香的工作了。

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大概与现在很多同学入坑互联网开发一样,“码农”电报员也成了当时年轻人就业的一个热门方向,像托马斯-爱迪生,奥利弗·亥维赛可都当个初代码农的哈。

其中,中兴通讯获得金奖的专利是“一种测量参考信号的信令配置系统及方法”,该技术可以显著提升4G和5G系统的峰值速率和频谱效率,目前已经广泛应用于全球的4G和5G通信系统的基站设备和终端产品。

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腾讯公司获得金奖的专利是“一种数据传输方法、系统及相关设备”。在去年疫情的影响下,这项专利最亮眼的应用是腾讯会议。基于这个专利,腾讯会议在极短的时间内支撑起了千万人同时在线,成为服务1亿用户的专业视频会议产品。

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中兴通讯副总裁、知识产权部部长胡毅介绍道,本次获得专利金奖的技术既能让普通用户上网更快,且相互间不干扰。

胡毅表示,中兴根植于深圳,在全球的市场拓展过程中,深刻领会知识产权保护的重要,预估2021年至2025年间知识产权的收入将会给中兴通讯带来45到60亿左右的收入,这无疑都是对于知识产权保护以及知识产权价值实现的很好验证。

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获奖企业中的“新朋友”

这里还要感谢一下奥利弗·亥维赛所做的贡献,也正是由于电报员的经历和针对电报学中的一系列问题的研究,提出了电报员方程,利用所发明的矢量微积分符号,将原来用繁杂的四元数描述的麦克斯韦方程组精简至4个,并明确给出麦克斯韦方程组的正式公式表述(麦克斯韦本人并没有明确地写出所有方程的数学形式,后来将此方程组写出的人还有海因里希·赫兹)。这项成就大举简化了这一19世纪最为重要的科学成就,使它更容易被学习者们掌握。

亚历山大-格雷厄姆-贝尔在1876年发明了***,托马斯-爱迪生1879年发明了白炽灯、尼古拉-特斯拉于1888年发明了电动机,所有这些,都为电子学的诞生准备了充足的条件。

公示榜单上,首次荣获中国专利金奖的先健科技(深圳)有限公司、深圳市韶音科技有限公司两家企业,都是细分领域的佼佼者。

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先健科技获得金奖的发明专利“左心耳封堵器”,其应用的产品是预防中风的“神器”,它创造了心血管微创介入医疗器械领域发明专利的“第一金”。韶音科技获得金奖的发明专利“骨传导领域扬声器”,主要解决的是漏音和私密性的问题,未来技术应用前景十分广阔。

先健科技(深圳)有限公司知识产权总监尹新介绍,此次获奖的发明专利“左心耳封堵器”,是通过将封堵器植入左心耳,防止血栓流出,可以很好地预防中风及脑卒中。这项专利是国内第一个拿到注册证的产品,实现了对进口产品的国产替代,在海外也深受医生喜爱。

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多层次知识产权环境体系加持

1883年,爱迪生在致力于延长碳丝白炽灯的寿命时,意外地发现了在灯丝与加有正电压的电极间有电流流过,电极为负时则无电流,这就是爱迪生效应。这一发现导致了后来电子管的发明。

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1887年,德国H.R.赫兹进行了一项实验,他用火花隙激励一个环状天线,用另一个带缝隙的环状天线接收,证实了麦克斯韦关于电磁波存在的预言,这一重要的实验导致了后来无线电报的发明。

深圳深耕知识产权沃土

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近年来,深圳强化三级联动的知识产权保护、创造、运用工作机制,搭建深圳市知识产权“一站式”协同保护平台。

推动101个行业协会成立知识产权保护工作站,组建知识产权保护工作站联盟,服务企业10万余家。

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2020年,深圳多项核心指标均居全国大中城市首位,近90%的专利申请、专利授权来源于企业。根据“开放广东”数据显示,今年1-4月,深圳市发明、实用新型、外观设计三种专利授权量共计79025件,同比增长31.95%,占全省总量30.31%,稳居全省第一。

近日,国家发改委公布了2020年中国营商环境前20名标杆城市名单,其中,深圳市知识产权创造、保护和运用指标获评全国第一。

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无线电报的发明,是人类利用电磁波的第一个巨大成就,电子学从此开始了一个研究和利用电磁波的极其兴旺的时期。

1897年德国科学家布朗(Braun)制造出第一个真空管(vacuum tube),之后电子学的真空管时期就此展开。基本上,布朗的真空管只是一个阴极射线管(Cathode Ray Tube)的雏型,功能并不大。

深圳知识产权保护都构建了一个怎样的环境体系?

深圳市市场监督管理局(知识产权局)知识产权促进处处长张学斌表示,具体来说包括,构建国内领先国际接轨的知识产权综合管理体系、智慧高效协同联动的知识产权执法体系、政府搭台企业获益的创新生态体系、全链条全方位全门类的知识产权服务体系,以及专业化多元化的海外知识产权维权援助体系,为企业安心研发、自主创新、快速成长营造了良好的环境。

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1904年,英国的弗莱明(John Fleming)发明了真空二极管(diode,当时也称作valve),是由一放射电子的加热灯丝与接收电子的屏极所组成;当屏极加入正电压便会产生电流,加入负电压便没有电流产生。

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到了1906年,德佛雷斯特(De Forest)在二极真空管内加入栅极,发明了三极真空管(audion,或称triode),可以控制电子的活动,使其具有放大信号与控制电量的强大功能,从而使得电子电路技术进入了实际应用阶段,同时也推动了无线电及其他电子行业的发展,这之后的20年中,各种电子设备不断涌现出来,德佛雷斯特也被誉为无线电之父”、“电视始祖”、“电子管之父”。

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电子管是电子器件的第一代,在晶体管发明以前的近半个世纪里,电子管几乎是各种电子设备中唯一可用的电子器件。电子学随后取得的许多成就,如电视、雷达、计算机的发明,都是和电子管分不开的。就是在固体电子学十分兴旺的现代,以大功率电子管(特别是微波功率电子管)和电子束管为代表的真空电子学也仍然是一个活跃的领域。

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通过上边的图片我们看到,在PCB技术没有大规模应用之前,生产这样一台电子设备是多么的麻烦而低效,大量的电子管,需要使用涂有绝缘树脂的导线在器件之间进行人工布线并焊接,这就带来一些问题:

人工接线效率低,没办法实现机器化大规模生产人工接线容易出现安装错误,检查困难端子的焊接可靠性低容易松动造成接触不良

当时的电路体积大而又非常笨重,同时还很脆弱。生产是劳动密集型的,这导致高额的间接成本转嫁到买方身上。为了简化电子机器的制作,减少电子零件间的配线,降低制作成本、提高电子机器的可靠性,人们开始钻研以印刷的方式取代配线的方法,以利用机器实现精密的大规模化生产。

印刷电路板的诞生与发展

1831年法拉第发表电磁感应定律之后,人们就开始研究如何利用电磁原理来实现远距离通信,萨缪尔·摩尔斯1837年发明了电报,贝尔于1876获得了***的发明专利。到了1904年美国有300万***需要靠人工***交换连接。

成为中国专利奖金奖大户,深圳凭什么?

未来深圳一方面将紧紧围绕重点产业及城市功能布局的新需求,创建一批知识产权特色园区和运营中心,布局建设重点产业知识产权分析评议中心,研究制定数字化版权生产和运营的扶持政策。

印刷电路板也是随着电子连接系统发展而来的,以解决电报/***系统的连接问题。初期,金属条或金属棒用于连接安装在木制底座上的大型电子元件。随着时间的推移,金属条被螺丝端子和可拧入其中的电缆所取代,这样连接更具有灵活性,而木制底座则被金属底板所取代。但是,随着电报/***业务的发展,***交换门数越来有多,***系统相关的电子操作也越来越复杂,这就需要更小、更紧凑的设计。

「知识分享」PCB的发展历史印刷电路板的摇篮期

与PCB有关的发明专利最早的时间节点应该在1903年,当时一位名叫阿尔伯特·汉森(Albert Hanson)的德国著名发明家申请了一项英国专利,他首创利用“线路”的观念应用于***交换机系统,利用金属箔切割成线路导体,然后线路导体上下面都粘上石蜡纸,在线路交点上设置导通孔实现不同层间的电气互联。这与我们现代的PCB制造方法有明显的区别,因为当时苯酚树脂还未发明,而化学蚀刻技术也还未成熟,阿尔伯特·汉森发明的方法可以说是现代PCB制造的雏形吧。

另一方面,深圳将紧紧围绕打造知识产权标杆城市的新定位,构建一个新体系,探索一批新试点,建设一批新中心,研究谋划知识产权出海行动计划,加强国家海外知识产权纠纷应对指导中心深圳分中心建设,筹建世界知识产权组织技术与创新支持中心。

(原标题《成为中国专利奖金奖大户,深圳凭什么?》)

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1907年,出生于比利时的美国化学家利奥·亨德里克·贝克兰(Leo Hendrik Baekeland,1863年-1944年)改进了酚醛树脂的生产技术,将树脂实用化、工业化。这也为印制电路板的问世与发展,创造了必要的条件。

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1920年代–早期的PCB板材几乎无所不包,从电木(就是上边说的酚醛树脂,俗称电木)和松石到普通的旧薄木板。 可以在材料上钻一些孔,然后将扁铜丝铆接到该材料上。 外形看起来可能不是很美观,但是后来的印刷电路板的理念就从这里诞生。 当时,这些电路板主要用于收音机和留声机。

印刷电路板的发明

还记得上边提到的赫兹吗,1887年赫兹通过实验证实了麦克斯韦关于电磁波的预测之后,到了1920年代,无线电已经引起了全世界的关注,而且电子管技术已经相当成熟,成熟到可以开始无线电广播的程度了,广播收音机将很快被引入到每个家庭,如何快速制造收音机,也在促进着印刷电路板相关技术的演进。

1925年,美国的 Charles Ducas 在绝缘的基板上印刷出线路图案,再以电镀的方式,成功建立导体作配线。这时,“PCB”这个名词就诞生了。这种方法使得制造电器变得容易。

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1936年,奥地利人Paul Eisler博士在英国发表箔膜技术,他在一个收音机装置内采用了印刷电路板;也是在1936年,日本的宫本喜之助以喷附配线法成功申请专利。而两者中 Paul Eisler 的方法与现今的印刷电路板最为相似,这类做法称为减去法,是把不需要的金属除去;而 Charles Ducas、宫本喜之助的做法是只加上所需的配线,称为加成法。

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Paul Eisler 也被称为“印刷电路之父”,但因为当时的电子管元件发热量大,体积笨重,不方便在印刷电路板上进行安装,Paul Eisler 的这一重大发明当时并未被英国所注重,而在美国也只是将PCB制造技术应用于军工产品之中。

到了1942年,Paul Eisler博士继续改进他的PCB生产方法,发明了世界最早实用化的双面PCB,并在Pye公司正式生产。该专利申请于1943年获准。

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大约在1943年,美国开始大规模使用Paul Eisler的这项技术发明来制造近炸引信,用于第二次世界大战,使用印刷电路作为炸弹上的近炸引信,以便在接近预定目标时做为炸弹的爆炸计时装置。同时还将该技术大量使用于军用收音机内。

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1947年,环氧树脂开始用作制造基板。同时NBS开始研究以印刷电路技术形成线圈、电容器、电阻器等制造技术。

1948年,美国正式认可印刷电路板发明用于商业用途。

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但是,1950年代,采用PCB的电子设备还很少。比如上图这台1948年的摩托罗拉生产的电视,依然没有出现PCB。好家伙,密密麻麻的全是电子管,这当时要是维修这机器肯定是一脸懵逼。如果你现在拥有一台还能工作的摩托罗拉的电子管电视,那得值多少钱呢?1948能用得起电视的可都是有钱人。

印刷电路板的春天

从1950年代到1990年代。这是PCB产业形成并快速成长的阶段,即PCB产业化的早期阶段,此时PCB已经成为一个产业。

1948年后,美国正式认可了PCB这个发明用于商业用途,这也意味着PCB从军事领域用途开始大规模商用的步伐。

随着电子技术的发展,到了1947年12月,美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组研发出了晶体管,发热量较低体积更小巧的晶体管从50年代开始大量取代电子管的地位,这也为印刷电路板技术的广泛使用创造了条件。

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1950年,日本公司尝试在玻璃基板上涂银作为导体,在酚醛树脂纸基板上使用铜箔作为导体。从1950年开始,印刷电路的制造技术开始被广泛接受,这时蚀刻起到了主导作用。伴随着晶体管开始走向实用化,以金属箔腐蚀法制成的单面PCB在美国开发成功,并很快地得到工业化应用。

1951年,聚酰亚胺材料诞生。

1953年,Motorola开发出电镀过孔法的双面板。大约在1955年,日本的东芝公司推出了一种在铜箔表面生成氧化铜的技术,并出现了覆铜板(CCL)。这两种技术后来都被广泛用于多层印刷电路板的制造,它们对多层印刷电路板的出现起到了推波助澜的作用。此后,多层PCB得到了广泛的应用。

印刷电路板广泛被使用10年后的1960年代,PCB技术也日益成熟。而自从Motorola的双面板问世,多层印刷电路板开始出现,使配线与基板面积之比更为提高。

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图为DEC 公司在1950年代推出的”Digital Laboratory Module”

印刷电路板已经必不可少

1958年:仙童公司Robert Noyce与德仪公司基尔比间隔数月分别发明了集成电路,开创了世界微电子学的历史;

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1960年代,多层(4+层数)PCB开始生产。而电镀贯穿孔金属化双面PCB实现了大规模生产。

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1964年:Intel摩尔提出摩尔定律,预测晶体管集成度将会每18个月增加1倍

1971年:Intel推出1kb动态随机存储器(DRAM),标志着大规模集成电路出现

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1971年:全球第一个微处理器4004由Intel公司推出,采用的是MOS工艺,这是一个里程碑式的发明。