Lykas in protte oare grutte útfinings troch de skiednis, deprinte circuit board (PCB)sa't wy it hjoed kenne, is basearre op foarútgong makke troch de skiednis.Yn ús lytse hoeke fan 'e wrâld kinne wy de skiednis fan PCB's mear dan 130 jier werom trace, doe't de grutte yndustriële masines fan 'e wrâld krekt begûnen.Wat wy sille cover yn dit blog is net de folsleine skiednis, mar de wichtige mominten dy't omfoarme de PCB yn wat it is hjoed.
Wêrom PCB?
Yn 'e rin fan' e tiid hawwe PCB's evoluearre ta in ark foar it optimalisearjen fan de fabrikaazje fan elektroanyske produkten.Wat eartiids maklik mei de hân te kombinearjen wie makke gau plak foar mikroskopyske komponinten dy't meganyske presyzje en effisjinsje fereaskje.Nim de twa boards werjûn yn 'e figuer hjirûnder as foarbyld.Ien is in âld boerd út de jierren '60 foar rekkenmasines.De oare is it typyske moederbord mei hege tichtheid dat jo sille sjen yn 'e hjoeddeiske kompjûters.
In PCB-fergeliking tusken in rekkenmasine fan 1968 en hjoeddeistige moderne moederborden.
Yn in rekkenmasine hawwe wy miskien 30+ transistors, mar op ien chip op in moederbord fine jo mear as in miljoen transistors.It punt is, it taryf fan foarútgong yn technology en PCB-ûntwerp sels is yndrukwekkend.Alles op in rekkenmasine PCB kin no passe yn ien chip yn hjoeddeiske ûntwerpen.Dit lûkt omtinken foar ferskate opmerklike trends yn PCB-fabryk:
Wy yntegrearje mear funksjonaliteit yn avansearre apparaten lykas yntegreare circuits (IC's) en mikroprocessors.
Wy krimp passive komponinten lykas wjerstannen en capacitors omleech nei it mikroskopyske nivo.
Dit alles liedt ta tanommen komponint tichtens en kompleksiteit op ús circuit boards.
Al dizze foarútgong wurde primêr dreaun troch ferbetteringen yn 'e snelheid en funksjonaliteit fan ús produkten.Wy ferwachtsje dat ús apparaten daliks reagearje, sels in pear sekonden fertraging kinne ús yn in frenzy ride.Foar funksjonaliteit, beskôgje fideospultsjes.Werom yn 'e jierren '80 hawwe jo wierskynlik Pac-Man spile yn in arcade.No sjogge wy fotoreale foarstellings fan 'e realiteit.De foarútgong is gewoan dwylsinnich.
Visuals fan fideospultsjes binne dizze dagen hast libbendich.
It is dúdlik dat PCB's binne evoluearre yn direkte reaksje op wat wy ferwachtsje fan ús apparaten.Wy hawwe rapper, goedkeaper, machtiger produkten nedich, en de ienige manier om oan dizze easken te foldwaan is om de effisjinsje fan it produksjeproses te miniaturisearjen en te ferbetterjen.Wannear begon dizze boom yn elektroanika en PCB's?By it begjin fan 'e Gilded Age.
Gilded Age (1879 - 1900)
Wy einigen de Amerikaanske Boargeroarloch yn 'e jierren '60, en no bloeit de Amerikaanske produksje.Yntusken dogge wy wat wy kinne, fan iten oant klean, meubels en rails.De skipfeartindustry is op it offinsyf, en ús grutste yngenieurs fine út hoe't jo ien fan 'e eastkust fan' e FS nei de westkust kinne krije yn 5 oant 7 dagen ynstee fan 5 oant 7 moannen.
Spoarwegen makken reizen fan kust nei kust dagen yn plak fan moannen.
Yn dy tiid hawwe wy ek elektrisiteit yn 'e hûs brocht, earst yn 'e stêden en dêrnei yn 'e foarstêden en plattelân.Elektrisiteit is no in ferfanging foar stienkoal, hout en oalje.Tink oan it wenjen yn New York yn 'e hurde winter, besykje te koken of waarm te hâlden mei smoarge koalen of peallen brânhout.Elektrisiteit feroare dat alles.
In nijsgjirrich punt is dat Standard Oil, dy't de oaljemerk monopolisearret, gjin oalje foar benzine leveret.Har merk is oalje foar koken, fretten en ferljochting.Mei de komst fan elektrisiteit moast Standard Oil in nij gebrûk foar oalje definiearje, dat soe komme mei de yntroduksje fan 'e auto.
Yn maaie 1878, Standard Oil Company útjûn stock, en it oalje monopoalje begûn.
Yn 'e Gilded Age seagen wy inkele grutte ûntdekkingen yn elektromagnetisme.Wy hawwe de elektryske motor útfûn, dy't elektryske enerzjy omsette yn meganyske enerzjy.Wy sjogge ek generators, dy't it tsjinoerstelde dogge troch meganyske enerzjy te konvertearjen yn elektryske enerzjy.
It wie ek in tiid fan sjeny útfiners dy't noch altyd in ynfloed hawwe op ús elektroanyske wrâld hjoed, ynklusyf:
Thomas Edison útfûn de gloeilampe yn 1879, de film yn 1889, en in protte oare fernijingen.
Nikola Tesla útfûn de elektryske motor yn 1888 en de AC macht boarne yn 1895.
Alexander Graham Bell útfûn de telefoan yn 1876.
George Eastman's Kodak útfûn de earste konsumintekamera yn 1884.
Herman Hollerith útfûn de tabulearjende masine yn 1890 en gie op om IBM te finen.
Yn dizze yntinse perioade fan ynnovaasje is ien fan 'e grutste debatten dat tusken AC en DC.De wikselstroom fan Tesla waard úteinlik de ideale metoade foar it oerdragen fan macht oer lange ôfstannen.Nijsgjirrich, lykwols, wy binne noch dwaande mei AC-DC konverzje hjoed.
AC kin hawwe wûn de slach, mar DC dominearret noch elektroanika.
Sjoch op elk elektroanysk apparaat dat jo yn 'e muorre stekke, jo moatte AC nei DC konvertearje.Of, as jo sjogge nei de ynfrastruktuer dy't nedich is foar sinnepanielen, generearje se elektrisiteit yn DC, dy't werom moat wurde omboud nei AC as krêftboarne, en werom nei DC foar ús apparaten om te brûken.Je soene hast sizze kinne dat it AC-DC-debat noait foarby wie, der wie krekt in lykwicht troffen tusken twa tsjinoerstelde ideeën.
Der is in soad hinne en wer tusken AC en DC yn in sinnepaniel.
Tink derom dat it oarspronklike idee fan 'e PCB net waard útfûn yn' e Gilded Age.Sûnder de produksjemooglikheden fan dit tiidrek, en de wiidferspraat ynfloed fan elektrisiteit, soene PCB's lykwols nea wêze wat se hjoed binne.
Progressive Era (1890 - 1920)
It Progressive Era waard markearre troch in perioade fan sosjale herfoarming, mei wetjouwing lykas de Sherman Antitrust Act dy't it monopoalje fan Standard Oil ferbrekke.Dit is ek as wy de earste PCB-patinten sjogge.Yn 1903 hat de Dútske útfiner Albert Hanson in Britsk oktroai oanfrege foar in apparaat dat beskreaun wurdt as in platte foliegelieder op in mearlaachich isolearjende boerd.Klinkt bekend?
Tekening ôfbyldzjen fan Albert Hanson syn earste PCB patint.
Hansen ek beskriuwt it konsept fan troch-hole applikaasjes yn syn oktroai.Hjir lit hy sjen dat jo mei fertikale linen in gat yn twa lagen prikje kinne om in elektryske ferbining te meitsjen.
Yn dizze tiid begûnen wy te sjen dat Edison en oare bedriuwslieders in grutte druk meitsje om elektryske apparaten yn deistige huzen te bringen.It probleem mei dizze push is it folsleine gebrek oan standerdisearring.As jo wenne yn New York of New Jersey en brûkt Edison syn útfinings fan elektrisiteit foar ferljochting, ferwaarming of koken, wat soe barre as jo brûke se yn in oare stêd?Se kinne net brûkt wurde om't elke stêd syn eigen socketkonfiguraasje hat.
It probleem waard ek noch grutter makke troch it feit dat Edison net allinnich minsken in gloeilamp ferkeapje woe, hy woe ek in tsjinst ferkeapje.Edison koe jo op moannebasis elektrisiteitstsjinst leverje;dan soene jo keapje gloeilampen, apparaten, ensfh Fansels, net ien fan dizze tsjinsten ferienichber is mei oare konkurrearjende metoaden.
Wy wolle Harvey Hubbel betankje foar it einlings in ein oan dizze puinhoop.Yn 1915 patintearre hy de standert muorre socket stekker noch yn gebrûk hjoed.No hawwe wy gjin broodrooster of hite plaat yn in gloeilampe socket.Dit is in enoarme winst foar standerdisearring fan 'e yndustry.
Mei tank oan Harvey Hubbel, wy hawwe no in standerdisearre muorre outlet foar alle elektroanyske apparaten.
As lêste notysje, de Progressive Era waard markearre troch de Earste Wrâldkriich. Dit konflikt is suver rjochte op mechs en trench warfare.It PCB-konsept, of sels basiselektronika, wurdt noch net brûkt yn militêre tapassingen, mar it sil gau wêze.
Roaring Twenties (1920s)
Mei it ein fan 'e Earste Wrâldkriich binne wy no yn' e Roaring Twenties, dy't in geweldige boom yn 'e Amerikaanske ekonomy seagen.Foar it earst yn de skiednis wenje mear minsken yn stêden as op pleatsen.Wy begjinne ek te sjen dat keatlingen en merken yn 'e FS wurde yntrodusearre.Jo hawwe miskien in famyljewinkel as twa yn twa ferskillende stêden, mar no hawwe wy grutte merken en winkels dy't nasjonaal gean.
De grutste útfining fan dizze perioade wie de auto fan Henry Ford en de ynfrastruktuer dy't it nedich wie.De situaasje is fergelykber mei de jierren '90, doe't wy in grutte ynfrastruktuer bouwe moasten om te gean mei it ynternet en ús ynformaasjetiidrek troch it bouwen fan switches, routers en glêstriedkabels.Auto's binne gjin útsûndering.
De earste auto fan Henry Ford - in fjouwer-wheeler.
Hjir sjogge wy wat eartiids in smoargens wie dy't ferhurde wurdt.Minsken hiene benzine nedich om har auto's te betsjinjen, dus de needsaak foar tankstasjons.Jo hawwe ek reparaasje winkels, accessoires en mear.De hiele manier fan libjen fan in protte minsken is ûntstien út 'e útfining fan' e auto, en it is hjoed noch.
It wie ek yn dy tiid dat wy de yntroduksje seagen fan moderne apparaten dêr't wy hjoed noch op rekkenje, lykas waskmasines, stofsûgers en kuolkasten.Foar it earst kinne minsken bederflik guod yn winkels keapje en opslaan foar in langere houdbaarheid.
Mar wêr binne ús PCB's?Wy hawwe se noch altyd net sjoen brûkt yn apparaten as auto's dy't yn dizze tiid lansearre binne.Yn 1925 hat Charles Ducasse lykwols in oktroai yntsjinne dy't it proses beskreau fan it tafoegjen fan conductive inket oan isolearjende materialen.Dit sil letter resultearje yn in printe wiring board (PWB).Dit patint is de earste praktyske tapassing fergelykber mei in PCB, mar allinich as in planêre ferwaarmingspul.Wy hawwe noch gjin echte elektryske ferbinings krigen tusken it bestjoer en de komponinten, mar wy komme tichtby.
De PCB bleau te ûntwikkeljen, dizze kear wurdt brûkt as ferwaarming coil foar Charles Ducas.
Grutte depresje (1930)
Yn 1929 sakke de beurs, en alle grutte ynnovaasjes fan ús tiid sakke.Hjir sjogge wy in perioade fan wurkleazens boppe 25%, 25.000 bankmislukkingen, en in protte problemen om 'e wrâld.It wie in tragyske tiid foar it minskdom as gehiel, en it paad pleatste foar de opkomst fan Hitler, Mussolini, Stalin en ús takomstige wrâldkonflikten.PCB's kinne oant no ta stil west hawwe, mar dat sil alles feroarje.
De Grutte Depresje rekke elkenien, fan banken oant gewoane arbeiders.
Twadde Wrâldoarloch (1939 - 1945)
De Twadde Wrâldoarloch wie oan 'e gong, en de Feriene Steaten diene mei oan 'e striid nei de bombardeminten fan Pearl Harbor yn 1942. Wat nijsgjirrich is oan Pearl Harbor is de folsleine kommunikaasjemislearring dy't late ta de oanfal.De FS hiene goed bewiis fan in driigjende krisis, mar alle metoaden fan kontakt mei harren militêre basis yn Honolulu wiene net slagge, en it eilân waard fongen.
As gefolch fan dit mislearjen realisearre de DoD dat se in betrouberer kommunikaasjemiddel nedich wiene.Dit brocht elektroanika op 'e foargrûn as it primêre middel fan kommunikaasje dy't Morse-koade ferfangt.
It wie ek yn 'e Twadde Wrâldoarloch dat wy it earste gebrûk fan PCB's seagen yn tichtby fuses dy't wy hjoed hawwe.It apparaat wurdt brûkt foar projektilen mei hege snelheid dy't presysfjoer op lange ôfstân yn 'e loft of op lân nedich binne.De proximity fuze waard oarspronklik ûntwikkele troch de Britten om de opmars fan Hitler syn leger tsjin te gean.It waard letter dield mei de Feriene Steaten wêr't it ûntwerp en fabrikaazje perfeksjonearre waard.
Ien fan 'e earste militêre tapassingen om PCB's te brûken wie proximity fuses.
Yn dizze tiid hiene wy ek Paul Eisler, in Eastenryker dy't yn it Feriene Keninkryk wennet, dy't koperfolie patintearje op in net-geleidend glêzen substraat.Klinkt bekend?Dit is in konsept dat wy hjoed noch brûke om PCB's te meitsjen mei isolaasje en koper oan 'e boppe- / ûnderkant.Eisler naam dit idee in stap fierder doe't hy yn 1943 in radio út syn PCB boude, dy't it paad soe effen foar takomstige militêre tapassingen.
Paul Eisler boude in radio út it earste printe circuit board (PCB).
Baby Boomers (1940)
Doe't de Twadde Wrâldoarloch in ein rûn, seagen wy ús soldaten thúskommen, famyljes begjinne en in hiele bosk bern hawwe.Cue de babyboomers.It wie yn it nei-oarlochske tiidrek dat wy massale ferbetterings seagen oan besteande apparaten lykas stofsûgers, waskmasines, televyzjes en radio's.No't de Grutte Resesje efter ús is, kinne in protte konsuminten einlings dizze apparaten yn har huzen betelje.
Wy hawwe noch gjin PCB's fan konsumintklasse sjoen.Wêr binne de wurken fan Paul Eisler?Besjoch dizze âlde TV hjirûnder en jo sille alle komponinten sjen, mar sûnder de ûnderlizzende PCB-stifting.
In âlde Motorola TV út 1948, gjin PCB.
Nettsjinsteande it ûntbrekken fan PCB's, seagen wy de komst fan 'e transistor by Bell Labs yn 1947. It duorre noch seis jier yn 1953 foardat it apparaat einlings brûkt waard yn produksje, mar wêrom sa lang?Yn dy dagen waard ynformaasje ferspraat fia tydskriften, konferinsjes, ensfh Foar it ynformaasjetiidrek naam de fersprieding fan ynformaasje gewoan tiid om te fersprieden.
De earste transistor waard berne yn Bell Laboratories yn 1947.
Kâlde Oarloch (1947 - 1991)
De komst fan it tiidrek fan de Kâlde Oarloch markearre in flinke perioade fan spanning tusken de Feriene Steaten en de Sovjet-Uny.Troch de ferskillen tusken kapitalisme en kommunisme binne dizze twa reuzen hast yn oarloch mei elkoar en hawwe de wrâld bedrige fan nukleêre ferneatiging.
Om foarút te bliuwen yn dizze wapenrace, moatte beide kanten har fermogen ferbetterje om te kommunisearjen om te begripen wat de fijân docht.Hjir sjogge wy de PCB wurdt brûkt om syn folsleine potensjeel.Yn 1956 publisearre it Amerikaanske leger in oktroai foar in "circuit-assemblageproses."Fabrikanten hawwe no in manier om elektroanika te hâlden en ferbiningen te meitsjen tusken komponinten mei kopersporen.
Doe't PCB's begon te begjinnen yn 'e produksjewrâld, fûnen wy ússels yn' e earste romterace fan 'e wrâld.Ruslân hat yn dizze tiid wat geweldige prestaasjes hân, ynklusyf:
1957 Lansearring fan de earste keunstmjittige satellyt, Spoetnik
1959 Lansearring fan Luna 2, it earste romteskip nei de moanne
Yn 1961 waard Yuri Gagarin, de earste kosmonaut, stjoerd nei in baan om de ierde
De earste keunstmjittige satellyt fan Ruslân, Spoetnik, lansearre yn 1957.
Wêr is Amearika yn dit alles?Benammen efterbliuwend, it duorret normaal in jier as twa om deselde technology te ûntwikkeljen.As wy dizze gat oanpakke, sjogge wy dat it Amerikaanske romtebudzjet fiiffâldich groeit yn 1960. Wy hawwe ek de ferneamde presidint Kennedy-taspraak fan 1962, wêrfan in diel oan te heljen wurdich is:
"Wy kieze om nei de moanne te gean!Wy kieze om nei de moanne te gean om dizze desennia oare dingen te dwaan, net om't se maklik binne, mar om't se hurd binne;om't dit doel sil helpe om ús bêste enerzjy en feardigens te organisearjen en te mjitten, om't dizze útdagings binne wat wy ree binne om oan te nimmen, wat wy net ree binne om út te stellen, en wat wy ree binne om te winnen.– John F. Kennedy, presidint fan de Feriene Steaten, 12 septimber 1962
Dit alles late ta in histoarysk momint yn 'e skiednis.Op 20 july 1969 kaam de earste Amerikaanske man op 'e moanne telâne.
De earste man op 'e moanne, in histoarysk momint foar it minskdom.
Werom nei PCB's, yn 1963 hienen wy Hazeltyne Corporation patint foar de earste plated troch-hole technology.Hjirmei kinne komponinten ticht byinoar op 'e PCB wurde ferpakt sûnder soargen te meitsjen oer krúsferbiningen.Wy seagen ek de ynfiering fan Surface Mount Technology (SMT), ûntwikkele troch IBM.Dizze dichte gearstallingen waarden earst yn 'e praktyk sjoen yn in Saturnus-raketbooster.
1967 De earste troch-hole PCB technology patint.
Dawn of the Microprocessor (1970)
De jierren '70 brochten ús de earste mikroprosessor yn 'e foarm fan in yntegreare circuit (IC).Dit waard oarspronklik ûntwikkele troch Jack Kilby fan Texas Instruments yn 1958. Kilby wie nij foar TI, sadat syn ynnovative ideeën foar IC's foar in grut part yn 'e gaten hâlden waarden.Doe't de senior yngenieurs fan TI lykwols nei in wikelange gearkomste waarden stjoerd, bleau Kilby efter en rûn mei de ideeën yn syn holle.Hjir ûntwikkele hy de earste IC yn TI-labs, en de weromkommende yngenieurs hâlde derfan.
Jack Kilby hâldt de earste yntegrearre circuit.
Yn 'e 1970's seagen wy it earste gebrûk fan IC's yn elektroanikaproduksje.Op dit punt, as jo gjin PCB brûke foar jo ferbiningen, binne jo yn grutte problemen.
Dawn of the Digital Age (1980)
It digitale tiidrek hat in enoarme feroaring brocht yn 'e media dy't wy konsumearje, mei de yntroduksje fan persoanlike apparaten lykas discs, VHS, kamera's, spielkonsoles, walkmans, en mear.
Yn 1980 makke de Atari-fideospultsjekonsole de dreamen fan bern útkommen.
It is wichtich om te notearjen dat PCB's noch mei de hân tekene waarden mei ljochtboerden en sjabloanen, mar doe kamen kompjûters en EDA.Hjir sjogge wy EDA-software lykas Protel en EAGLE revolúsjonearje de manier wêrop wy elektroanika ûntwerpe en produsearje.Ynstee fan in foto fan 'e PCB, kinne wy no it ûntwerp bewarje as in Gerber-teksttriem, wêrfan de koördinaten kinne wurde ynfierd yn' e fabrikaazjemasjine om de PCB te meitsjen.
The Internet Age (1990)
Yn 'e jierren '90 seagen wy it gebrûk fan silisium yn folle gong kaam mei de yntroduksje fan' e BGA.No kinne wy mear poarten passe op ien chip en begjinne ûnthâld en systemen-op-chip (SoC's) tegearre yn te ynbêden.Dit wie ek in perioade fan hege miniaturisaasje fan elektroanika.Wy seagen gjin nije funksjes tafoege oan 'e PCB, mar it heule ûntwerpproses begon te feroarjen en te evoluearjen, nei it IC.
Untwerpers moatte no design-for-test (DFT) strategyen ymplementearje yn har layouts.It is net maklik om in komponint te popjen en in blauwe line ta te foegjen.Yngenieurs moatte har layouts ûntwerpe mei takomstige werynrjochting yn gedachten.Binne al dizze komponinten op sa'n manier pleatst dat se maklik fuorthelle wurde kinne?Dit is in grutte soarch.
It wie ek in tiidrek doe't lytsere komponint pakketten lykas de 0402 makke hân soldering fan circuit boards hast ûnmooglik.De ûntwerper wennet no yn syn EDA-software en de fabrikant is ferantwurdlik foar de fysike produksje en montage.
Surface mount komponinten fan grutste oant lytste.
Hybride tiidrek (2000s en fierder)
Snij nei it hjoeddeiske tiidrek fan elektroanika en PCB-ûntwerp;wat wy it hybride tiidrek neame.Yn it ferline hiene wy meardere apparaten foar meardere behoeften.Jo moatte in rekkenmasine;jo keapje in rekkenmasine.Jo wolle spylje fideospultsjes;jo keapje in fideospultsjekonsole.No kinne jo in smartphone keapje en 30 ferskillende lagen fan ynboude funksjes krije.Dit kin frij fanselssprekkend lykje, mar it is aardich ferrassend as jo feitlik alle dingen sjogge dy't ús smartphones kinne dwaan:
gaming apparatuer adresboek e-post barcode scanner zaklamp bell kamera navigaasje
muzykspiler skema VCR-kaart Ynternetblêder kalinder filmspieler rekkenmasine
Telephone notebook tickets blokfluit antwurdapparaat Koarte berjocht banking boeken
Wy binne yn it tiidrek fan apparaatkonsolidaasje, mar wat is de folgjende?PCB's wurde fêststeld en wy hawwe prosessen en prosedueres foar hast alles.Applikaasjes mei hege snelheid wurde de noarm.Wy sjogge ek dat mar 25% fan PCB-ûntwerpers ûnder de leeftyd fan 45 binne, wylst 75% har tariede op pensjoen.De yndustry liket yn in tiid fan krisis te wêzen.
Sil de takomst fan PCB-ûntwerp robots wêze?Miskien yn in wearable mei in flex circuit?Of wy kinne sjen dat protoanen elektroanen ferfange troch fotonika.Wat wy witte oer fysike PCB's, kin dat sels yn 'e takomst feroarje.D'r is gjin ferlet fan in fysyk medium om de ferbining tusken komponinten mooglik te meitsjen, mar earder it potensjeel fan golftechnology.Dit soe komponinten mooglik meitsje om sinjalen draadloos te ferstjoeren sûnder de needsaak foar koper.
Wat sil de takomst bringe?
Nimmen wit wirklik wêr't de takomst fan PCB-ûntwerp, of sels elektroanika yn 't algemien, rjochtet.It is hast 130 jier lyn dat ús produksjespieren begûnen te wurkjen.Sûnt dy tiid is de wrâld foar altyd feroare mei de yntroduksje fan grutte produkten lykas auto's, apparaten, kompjûters, smartphones, en mear.Foarby binne de dagen dat wy ôfhinklik wiene fan stienkoal, hout of oalje foar al ús basis bestean en oerlibjen.No hawwe wy elektroanyske gadgets dy't oan ús deistige behoeften kinne foldwaan.
Mar wat hâldt de takomst yn?Dit is in grutte ûnbekende.Wy witte allegear dat elke útfining foar ús stiet op 'e skouders fan syn foargongers.Us foarâlden brochten PCB-ûntwerp nei wêr't it hjoed is, en no moatte wy ynnovearje en revolúsjonearje hoe't wy ûntwerpe en ynteraksje mei technology.De takomst kin alles wêze.De takomst hinget fan jo ôf.
Post tiid: Mar-17-2023