Історія друкованих плат почалася задовго до транзисторів і мікросхем. Понад сто років тому інженери шукали спосіб замінити хаотичний навісний монтаж на щось акуратне й повторюване. Сьогодні друкована плата є в кожному телефоні, автомобілі та роутері. Розповідаємо, як вона пройшла шлях від мідної фольги на папері до багатошарових HDI-плат.
Коротко: історія друкованих плат у датах
| Рік | Подія |
|---|---|
| 1903 | Альберт Хансон описує плоскі провідники з фольги на ізоляційній основі |
| 1904 | Томас Едісон експериментує з нанесенням провідників на папір |
| 1925 | Чарльз Дукас патентує гальванічне нанесення схеми |
| ~1936 | Пауль Айслер створює радіоприймач на друкованій платі |
| 1943 | Друковані плати масово йдуть у радіопідривники снарядів |
| 1948 | США відкривають технологію для комерційного використання |
| 1956 | Патент Auto-Sembly: монтаж з вставкою виводів і паянням хвилею |
| 1960-ті | Металізовані отвори й перші багатошарові плати |
| 1980-ті | Поверхневий монтаж (SMD) і системи автоматизованого проєктування |
| 1995 | Мікроперехідні отвори та плати HDI |
Як почалася історія друкованих плат: 1903–1925
Перший відомий патент, з якого зазвичай починають історію друкованих плат, отримав німецький винахідник Альберт Хансон у 1903 році. Він запропонував вирізати плоскі провідники з металевої фольги й наклеювати їх на ізоляційну основу, причому в кілька шарів. Фактично це вже був прообраз двошарової плати з наскрізними з’єднаннями.
Рік потому Томас Едісон експериментував із хімічним нанесенням провідників на лляний папір. А в 1925 році американець Чарльз Дукас запатентував спосіб формувати малюнок схеми гальванічним осадженням металу. Саме від його методу пішла назва «друкований монтаж».
Пауль Айслер і перший радіоприймач
Справжнім батьком друкованої плати вважають австрійського інженера Пауля Айслера. Близько 1936 року, працюючи у Великій Британії, він зібрав радіоприймач, у якому провідники були витравлені з мідної фольги, наклеєної на ізоляційну пластину. Технологія травлення фольги, яку він запропонував, в основі своїй використовується й досі.
Спершу ідея не зацікавила виробників: ручний монтаж здавався дешевшим. Ситуацію змінила війна.
Друга світова війна: масове виробництво
Під час Другої світової війни друковані схеми знайшли першу масову сферу застосування. З 1943 року США у великих кількостях виготовляли радіопідривники для зенітних снарядів. Електроніка мала витримувати величезні перевантаження при пострілі, і друкований монтаж виявився набагато надійнішим за навісний.
Після війни, у 1948 році, США дозволили використовувати технологію в цивільних виробах. Друковані плати почали з’являтися в радіоприймачах, а згодом і в телевізорах.
1950-ті: Auto-Sembly і масова електроніка
Наступний крок зробили інженери Корпусу зв’язку армії США Мо Абрамсон і Станіслав Данко. Наприкінці 1940-х вони розробили процес Auto-Sembly: виводи компонентів вставляли в отвори плати, а потім усю плату паяли одним зануренням у розплавлений припій. Патент на цей процес видали в 1956 році.
Цей підхід зробив друковані плати дешевими для масового виробництва. Уже в середині 1950-х вони стали звичайними в побутовій техніці, а пайка хвилею досі використовується для вивідних компонентів.
1960–1970-ті: металізовані отвори і багатошарові плати
Ранні плати були односторонніми: компоненти з одного боку, доріжки з іншого. Коли схеми ускладнилися, знадобилися дві сторони й надійне з’єднання між ними. Рішенням стала металізація отворів: стінки отвору покривають міддю, і він з’єднує шари. Так з’явилися двошарові, а згодом і багатошарові плати, де внутрішні шари міді спресовують разом зі склотекстолітом.
У цей період історія друкованих плат тісно пов’язана з космічною та обчислювальною технікою. Саме мейнфрейми й авіоніка вимагали щільного монтажу, контрольованого імпедансу та високої надійності.
Від історії до вашого проєкту
SparSIT розробляє друковані плати від схеми до готових Gerber-файлів і допомагає із замовленням виробництва та монтажу.
Замовити розробку плати1980-ті: SMD і комп’ютерне проєктування
Технологію поверхневого монтажу (SMD) почали розвивати ще в 1960-х, але масовою вона стала на початку 1980-х. Компоненти більше не потребували отворів: їх паяли просто на площадки на поверхні плати. Це дозволило зменшити розміри, розміщувати деталі з обох боків і автоматизувати монтаж установниками.
Паралельно змінилося й проєктування. Замість ручного розведення на прозорій плівці з’явилися системи автоматизованого проєктування (САПР), а для передачі даних на виробництво закріпився формат Gerber. Розширена версія RS-274X і пізніший Gerber X2 досі є стандартом, який приймають JLCPCB, PCBWay та інші заводи. Як підготувати такі файли, ми розповідали у статті Gerber файли, BOM і OutJob в Altium.
Сучасна історія друкованих плат: HDI, гнучкі плати й Китай
У 1995 році виробники почали використовувати мікроперехідні отвори, які роблять лазером. Так з’явилися плати HDI (High Density Interconnect) зі сліпими й похованими отворами. Без них не було б сучасних смартфонів, де процесор у корпусі BGA має сотні виводів на кількох квадратних сантиметрах.
Сучасна історія друкованих плат — це також:
- гнучкі та гнучко-жорсткі плати, які згинаються всередині корпусів;
- лазерне експонування (LDI) замість фотошаблонів, що дає доріжки 0,05–0,1 мм;
- плати на алюмінієвій і мідній основі для потужних світлодіодів і силової електроніки;
- онлайн-виробництво: прототип можна замовити з браузера й отримати за тиждень.
Основна частина світового виробництва плат зосереджена в Азії, насамперед у Китаї та на Тайвані. Завдяки цьому прототипи подешевшали до кількох доларів за партію, а вимоги заводів стали стандартом для розробників. Про ці вимоги детально йдеться у статті JLCPCB і PCBWay: design rules.
Висновок: чого вчить історія друкованих плат
Історія друкованих плат — це шлях від фольги, наклеєної вручну, до багатошарових HDI-конструкцій, які виготовляють автоматично. Кожен етап відповідав на нову потребу: надійність у війну, дешевизна в масовій електроніці, щільність у комп’ютерах і смартфонах. Принцип Айслера, мідь на ізоляторі, залишився незмінним, а все інше еволюціонувало до мікронної точності.
Детальніше історію можна прочитати у статті Printed circuit board у Вікіпедії та в огляді The history of the printed circuit board.
