Печатная плата

История

Печатные платы произошли от систем электрических соединений, которые использовались в 1850-х годах. Первоначально металлические полосы или стержни использовались для соединения крупных электрических компонентов, установленных на деревянных основаниях. Позже металлические полосы были заменены проводами, соединенными с винтовыми клеммами, а деревянные основания были заменены металлическими рамами. Это позволило уменьшить размеры, что было необходимо, поскольку схемы становились все более сложными и содержали все больше деталей. Томас Эдисон испытывал методы использования металлов на льняной бумаге. Артур Берри в 1913 году запатентовал в Великобритании метод печати и травления. В 1925 году Чарльз Дукас из США разработал метод с использованием гальванического покрытия. Он создал электрический путь непосредственно на изолированной поверхности, напечатав через трафарет (форму, вырезанную в картоне или бумаге) специальными чернилами, которые могли проводить электричество, подобно проводам. Этот метод получил название "печатная проводка" или "печатная схема".

В 1943 году австриец Пол Эйслер, работавший в Великобритании, запатентовал метод травления проводящего рисунка, или контуров, на слое медной фольги, прикрепленной к твердой основе, которая не проводила электричество. Техника Эйслера была замечена военными США, и они начали использовать ее в новом оружии, включая бесконтактные взрыватели во Второй мировой войне. Его идея стала очень полезной в 1950-х годах, когда появился транзистор. До этого момента вакуумные трубки и другие компоненты были настолько большими, что требовались только традиционные методы монтажа и подключения. Однако с появлением транзисторов компоненты стали очень маленькими, и производителям пришлось использовать печатные платы, чтобы соединения также были небольшими.

Технология сквозных отверстий с покрытием и ее использование в многослойных печатных платах были запатентованы американской фирмой Hazeltine в 1961 году. Это позволило создавать гораздо более сложные платы, в которых компоненты располагались вплотную друг к другу. В 1970-х годах появились микросхемы интегральных схем, и эти компоненты были быстро включены в конструкцию печатных плат и технологии их производства. Сегодня печатная плата может иметь до 50 слоев в некоторых приложениях.

Технология поверхностного монтажа была разработана в 1960-х годах и получила широкое распространение в конце 1980-х годов.

Печатная плата ручной работы

Дизайн

Основная задача при проектировании печатной платы - определить, где будут располагаться все компоненты. Обычно существует проект или схема, которая превращается в печатную плату. Стандартных печатных плат не существует. Каждая плата предназначена для своего использования и должна быть правильного размера, чтобы вписаться в требуемое пространство. Разработчики плат используют программное обеспечение для автоматизированного проектирования для компоновки схем на плате. Промежутки между электрическими дорожками могут быть 0,04 дюйма (1,0 мм) или меньше. Также намечается расположение отверстий для выводов компонентов или контактных площадок. После того как схема разложена, на прозрачном пластиковом листе печатается негативное изображение точного размера. На негативном изображении области, которые не являются частью схемы, показаны черным цветом, а схема показана как прозрачная. Затем металл удаляется с прозрачных участков, обычно с помощью химических веществ. Этот рисунок превращается в инструкции для сверлильного станка с компьютерным управлением или для автоматической паяльной пасты, используемой в процессе производства.

Производство

Карта изготавливается с внешними слоями меди. Ненужная медь удаляется, оставляя медные провода, которые будут соединять электронные компоненты. Компоненты размещаются на плате, контактируя с проводами.

Фоторезист

Печатные платы иногда изготавливаются с помощью фотолитографии. Покрытие, называемое фоторезистом, реагирует со светом, а затем печатную плату и покрытие помещают в проявитель. Этот метод дорог в расчете на одну плату, но очень дешев на начальном этапе.

Шелкография

Однако существуют различные методы изготовления печатной платы. В некоторых профессионально изготовленных печатных платах используется другой метод удаления лишней меди с печатной платы. Используется процесс, называемый шелкографией. Шелкография - это когда ткань плотно натягивается на рамку. Затем на ткань наносится изображение. Затем краска продавливается через ткань. Краска не попадает туда, где изображение было напечатано на ткани. Это называется шелкографией, потому что ткань обычно шелковая. Ткань обычно шелковая, потому что в ней очень маленькие отверстия. Шелкография используется для нанесения на плату чернил, называемых резистом. Резист - это чернила, которые противостоят травлению, используемому для изготовления печатной платы. Травитель растворяет медь на плате. Это дешевле для каждой платы, чем фоторезист, но вначале дороже.

Фрезерование

Другой способ изготовления печатной платы - использование фрезы. Фреза - это сверло, которое движется в разных направлениях. Сверло снимает небольшое количество меди при каждом движении по плате. Фреза удаляет медь вокруг проводов на плате. В результате на плате остается лишняя медь. Другие методы не оставляют лишней меди на плате. Этот метод дешевле в расчете на одну плату, но оборудование для его применения стоит дорого. Этот метод используется нечасто, поскольку два других метода проще.