Płytka drukowana

Historia

Płytki drukowane wywodzą się z systemów połączeń elektrycznych, które były używane w latach 50-tych XIX wieku. Pierwotnie metalowe paski lub pręty były używane do łączenia dużych elementów elektrycznych zamontowanych na drewnianych podstawach. Później metalowe paski zostały zastąpione przez przewody połączone z zaciskami śrubowymi, a drewniane podstawy zastąpiono metalowymi ramami. Pozwoliło to na zmniejszenie rozmiarów elementów, co było potrzebne, ponieważ obwody stawały się coraz bardziej skomplikowane i zawierały więcej części. Thomas Edison testował metody wykorzystania metali na papierze lnianym. Arthur Berry w 1913 roku opatentował w Wielkiej Brytanii metodę print-and-etch. W 1925 r. Charles Ducas z USA opracował metodę wykorzystującą galwanizację. Stworzył on ścieżkę elektryczną bezpośrednio na izolowanej powierzchni, drukując przez szablon (kształt wycięty na desce lub papierze) specjalną farbą, która mogła przewodzić prąd, tak jak przewody. Metoda ta została nazwana "drukowanym okablowaniem" lub "obwodem drukowanym".

W 1943 r. Austriak Paul Eisler, pracujący w Wielkiej Brytanii, opatentował metodę wytrawiania przewodzącego wzoru, czyli obwodów, na warstwie folii miedzianej przymocowanej do twardego podłoża, które nie przewodziło prądu. Technika Eislera została zauważona przez wojsko amerykańskie i zaczęto ją stosować w nowych rodzajach broni, w tym w zapalnikach zbliżeniowych podczas II wojny światowej. Jego pomysł stał się bardzo przydatny w latach 50-tych, kiedy wprowadzono tranzystor. Do tego momentu lampy próżniowe i inne komponenty były tak duże, że wystarczyły tradycyjne metody montażu i okablowania. Jednak wraz z wprowadzeniem tranzystorów, komponenty stały się bardzo małe, a producenci musieli stosować płytki drukowane, aby połączenia również były małe.

Technologia platerowanych otworów przelotowych i jej zastosowanie w wielowarstwowych płytkach PCB zostały opatentowane przez amerykańską firmę Hazeltine w 1961 roku. Umożliwiło to tworzenie znacznie bardziej złożonych płytek, z elementami umieszczonymi blisko siebie. W latach 70. wprowadzono układy scalone, które szybko znalazły zastosowanie w projektowaniu i produkcji obwodów drukowanych. Obecnie obwody drukowane mogą mieć do 50 warstw w niektórych zastosowaniach.

Technologia montażu powierzchniowego została opracowana w latach 60-tych i upowszechniła się pod koniec lat 80-tych.

Ręcznie wykonana płytka drukowana

Projekt

Głównym zadaniem przy projektowaniu PCB jest ustalenie, gdzie wszystkie elementy mają się znaleźć. Zazwyczaj istnieje projekt lub schemat, który zostanie przekształcony w płytkę PCB. Nie ma czegoś takiego jak standardowa płytka drukowana. Każda płytka jest przeznaczona do własnego użytku i musi mieć odpowiedni rozmiar, aby zmieścić się w wymaganej przestrzeni. Projektanci płytek używają oprogramowania do projektowania wspomaganego komputerowo, aby rozmieścić projekty obwodów na płytce. Odstępy pomiędzy ścieżkami elektrycznymi mogą być mniejsze lub równe 0,04 cala (1,0 mm). Rozmieszczane są również otwory na przewody komponentów lub punkty kontaktowe. Po rozłożeniu wzoru obwodu drukowany jest obraz negatywowy w dokładnym rozmiarze na przezroczystym plastikowym arkuszu. Z negatywu obrazu, obszary, które nie są częścią wzoru obwodu są pokazane w kolorze czarnym i wzór obwodu jest pokazany jako jasne. Metal jest następnie usuwany z przezroczystych obszarów, zwykle za pomocą środków chemicznych. Ten projekt jest tworzony jako instrukcje dla sterowanej komputerowo wiertarki lub dla automatycznej pasty lutowniczej używanej w procesie produkcyjnym.

Produkcja

Karta wykonana jest z zewnętrznych warstw miedzi. Niepotrzebna miedź jest usuwana, pozostawiając miedziane druty, które będą łączyły elementy elektroniczne. Elementy są umieszczane na płytce, stykając się z przewodami.

Fotorezystor

Płytki obwodów drukowanych są czasami wykonywane metodą fotolitografii. Pokrycie zwane fotorezystem reaguje ze światłem, a następnie płytka drukowana i pokrycie są umieszczane w wywoływaczu. Ta metoda jest droga w przeliczeniu na jedną płytkę, ale bardzo tania na początku.

Sitodruk

Istnieją jednak różne metody tworzenia obwodów drukowanych. Niektóre profesjonalnie wykonane płytki drukowane wykorzystują inną metodę do usuwania dodatkowej miedzi z płytki. Stosowany jest proces zwany sitodrukiem. Sitodruk polega na tym, że tkanina jest mocno naciągnięta na ramkę. Następnie na tkaninie drukowany jest obraz. Następnie tusz jest przeciskany przez tkaninę. Tusz nie przechodzi tam, gdzie obraz został wydrukowany na tkaninie. Nazywa się to sitodrukiem, ponieważ tkanina jest zazwyczaj jedwabna. Tkanina jest zwykle jedwabna, ponieważ ma bardzo małe otwory. sitodruku używa się do drukowania tuszu zwanego opornikiem na płycie. Rezystor to atrament, który jest odporny na działanie eteru użytego do wykonania płytki drukowanej. Wytrawiacz rozpuszcza miedź na płytce. Jest to tańsze dla każdej płytki niż fotorezystor, ale na początku jest droższe.

Frezowanie

Innym sposobem na zrobienie płytki drukowanej jest użycie młyna. Młyn to wiertło, które porusza się w wielu kierunkach. Wiertło usuwa niewielką ilość miedzi za każdym razem, gdy porusza się po płycie. Młyn usuwa miedź wokół przewodów na płycie. To pozostawia dodatkową miedź na płycie. Inne metody nie pozostawiają dodatkowej miedzi na płycie. Ta metoda jest tańsza za płytę, ale sprzęt do jej wykonania jest drogi. Ta metoda nie jest często używana, ponieważ pozostałe dwie metody są łatwiejsze.