Seperti banyak penemuan hebat lainnya sepanjang sejarah, thepapan sirkuit tercetak (PCB)seperti yang kita ketahui hari ini didasarkan pada kemajuan yang dibuat sepanjang sejarah.Di sudut kecil dunia kita, kita dapat menelusuri sejarah PCB lebih dari 130 tahun yang lalu, ketika mesin industri besar dunia baru saja dimulai.Yang akan kami bahas dalam blog ini bukanlah sejarah lengkapnya, melainkan momen-momen penting yang mengubah PCB menjadi seperti sekarang ini.
Mengapa PCB?
Seiring waktu, PCB telah berkembang menjadi alat untuk mengoptimalkan pembuatan produk elektronik.Apa yang dulunya mudah dirakit dengan tangan dengan cepat berubah menjadi komponen mikroskopis yang membutuhkan presisi dan efisiensi mekanis.Ambil dua papan yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini sebagai contoh.Salah satunya adalah papan lama dari tahun 1960-an untuk kalkulator.Yang lainnya adalah tipikal motherboard dengan kepadatan tinggi yang akan Anda lihat di komputer saat ini.
Perbandingan PCB antara kalkulator tahun 1968 dan motherboard modern saat ini.
Dalam kalkulator kita mungkin memiliki 30+ transistor, tetapi pada satu chip di motherboard Anda akan menemukan lebih dari satu juta transistor.Intinya, tingkat kemajuan teknologi dan desain PCB itu sendiri sangat mengesankan.Segala sesuatu pada PCB kalkulator sekarang dapat masuk ke dalam satu chip dalam desain saat ini.Ini menarik perhatian pada beberapa tren penting dalam pembuatan PCB:
Kami mengintegrasikan lebih banyak fungsi ke dalam perangkat canggih seperti sirkuit terpadu (IC) dan mikroprosesor.
Kami mengecilkan komponen pasif seperti resistor dan kapasitor hingga ke tingkat mikroskopis.
Semua ini mengarah pada peningkatan kerapatan dan kompleksitas komponen pada papan sirkuit kami.
Semua kemajuan ini terutama didorong oleh peningkatan dalam kecepatan dan fungsionalitas produk kami.Kami berharap perangkat kami merespons secara instan, bahkan penundaan beberapa detik dapat membuat kami gila.Untuk fungsionalitas, pertimbangkan video game.Di tahun 80-an, Anda mungkin memainkan Pac-Man di arcade.Sekarang kita melihat representasi fotoreal dari realitas.Kemajuannya gila-gilaan.
Visual video game hampir seperti aslinya akhir-akhir ini.
Jelas bahwa PCB telah berevolusi sebagai respons langsung terhadap apa yang kita harapkan dari perangkat kita.Kami membutuhkan produk yang lebih cepat, lebih murah, lebih kuat, dan satu-satunya cara untuk memenuhi permintaan ini adalah dengan memperkecil dan meningkatkan efisiensi proses produksi.Kapan ledakan elektronik dan PCB ini dimulai?Di awal Zaman Gilded.
Zaman Emas (1879 – 1900)
Kami mengakhiri Perang Saudara Amerika di tahun 60-an, dan sekarang manufaktur Amerika berkembang pesat.Sementara itu, kami melakukan apa yang kami bisa, dari makanan hingga pakaian, furnitur, dan rel.Industri perkapalan sedang menyerang, dan insinyur terhebat kami sedang mencari cara untuk membawa seseorang dari pantai timur AS ke pantai barat dalam 5 hingga 7 hari, bukan 5 hingga 7 bulan.
Kereta api membuat perjalanan dari pantai ke pantai memakan waktu berhari-hari, bukan berbulan-bulan.
Selama ini, kami juga membawa listrik ke rumah-rumah, pertama di kota-kota, lalu di pinggiran kota dan pedesaan.Listrik sekarang menjadi pengganti batu bara, kayu dan minyak.Pikirkan tinggal di New York selama musim dingin yang keras, mencoba memasak atau tetap hangat dengan bara kotor atau tumpukan kayu bakar.Listrik mengubah semua itu.
Hal yang menarik adalah Standard Oil yang memonopoli pasar minyak tidak menyuplai minyak untuk bensin.Pasar mereka adalah minyak untuk memasak, menggoreng, dan penerangan.Dengan munculnya listrik, Standard Oil perlu menentukan penggunaan baru untuk minyak, yang akan datang dengan diperkenalkannya mobil.
Pada Mei 1878, Standard Oil Company mengeluarkan saham, dan monopoli minyak dimulai.
Selama Zaman Gilded kami melihat beberapa penemuan hebat dalam elektromagnetisme.Kami menemukan motor listrik, yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.Kami juga melihat generator, yang melakukan sebaliknya dengan mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
Itu juga masa penemu jenius yang masih berdampak pada dunia elektronik kita saat ini, termasuk:
Thomas Edison menemukan bola lampu pada tahun 1879, film pada tahun 1889, dan banyak inovasi lainnya.
Nikola Tesla menemukan motor listrik pada tahun 1888 dan sumber listrik AC pada tahun 1895.
Alexander Graham Bell menemukan telepon pada tahun 1876.
Kodak George Eastman menemukan kamera konsumen pertama pada tahun 1884.
Herman Hollerith menemukan mesin tabulasi pada tahun 1890 dan kemudian mendirikan IBM.
Selama periode inovasi yang intens ini, salah satu perdebatan terbesar adalah antara AC dan DC.Arus bolak-balik Tesla akhirnya menjadi metode ideal untuk mentransmisikan daya dalam jarak jauh.Menariknya, bagaimanapun, kita masih berurusan dengan konversi AC-DC hari ini.
AC mungkin memenangkan pertarungan, tetapi DC masih mendominasi elektronik.
Lihatlah perangkat elektronik apa pun yang Anda colokkan ke dinding, Anda perlu mengubah AC ke DC.Atau, jika Anda melihat infrastruktur yang diperlukan untuk panel surya, mereka menghasilkan listrik dalam DC, yang harus diubah kembali ke AC sebagai sumber daya, dan kembali ke DC agar perangkat kita dapat digunakan.Anda hampir bisa mengatakan bahwa debat AC-DC tidak pernah berakhir, keseimbangan baru saja dicapai antara dua ide yang berlawanan.
Ada banyak bolak-balik antara AC dan DC di panel surya.
Perhatikan bahwa ide asli PCB tidak ditemukan pada Zaman Emas.Namun, tanpa kemampuan manufaktur di era ini, dan pengaruh listrik yang meluas, PCB tidak akan pernah seperti sekarang ini.
Era Progresif (1890 – 1920)
Era Progresif ditandai dengan periode reformasi sosial, dengan legislasi seperti Sherman Antitrust Act yang menghentikan monopoli Standard Oil.Ini juga saat kita melihat paten PCB pertama.Pada tahun 1903, penemu Jerman Albert Hanson mengajukan paten Inggris untuk perangkat yang digambarkan sebagai konduktor foil datar pada papan isolasi berlapis-lapis.Terdengar familiar?
Gambar yang menggambarkan paten PCB pertama Albert Hanson.
Hansen juga menjelaskan konsep aplikasi through-hole dalam patennya.Di sini dia menunjukkan bahwa Anda dapat melubangi dua lapisan dengan garis vertikal untuk membuat sambungan listrik.
Selama ini, kami mulai melihat Edison dan para pemimpin bisnis lainnya melakukan dorongan besar untuk menghadirkan perangkat listrik ke rumah sehari-hari.Masalah dengan dorongan ini adalah kurangnya standarisasi.Jika Anda tinggal di New York atau New Jersey dan menggunakan penemuan listrik Edison untuk penerangan, pemanas, atau memasak, apa yang akan terjadi jika Anda menggunakannya di kota lain?Mereka tidak dapat digunakan karena setiap kota memiliki konfigurasi soketnya sendiri.
Masalahnya juga diperburuk oleh fakta bahwa Edison tidak hanya ingin menjual bola lampu kepada orang-orang, dia juga ingin menjual layanan.Edison dapat memberi Anda layanan listrik setiap bulan;maka Anda akan membeli bola lampu, peralatan, dll. Tentu saja, tidak satu pun dari layanan ini yang kompatibel dengan metode pesaing lainnya.
Kami ingin berterima kasih kepada Harvey Hubbel karena akhirnya mengakhiri kekacauan ini.Pada tahun 1915, dia mematenkan steker stopkontak standar yang masih digunakan sampai sekarang.Sekarang kami tidak memiliki pemanggang roti atau hot plate yang dicolokkan ke soket bola lampu.Ini adalah kemenangan besar untuk standardisasi industri.
Berkat Harvey Hubbel, kami sekarang memiliki stopkontak standar untuk semua perangkat elektronik.
Sebagai catatan terakhir, Era Progresif ditandai dengan Perang Dunia I. Konflik ini murni terfokus pada mech dan perang parit.Konsep PCB, atau bahkan elektronik dasar, belum digunakan dalam aplikasi militer, tetapi akan segera digunakan.
Roaring Dua Puluh (1920-an)
Dengan berakhirnya Perang Dunia I, kita sekarang berada di Roaring Twenties, yang menyaksikan ledakan besar dalam ekonomi Amerika.Untuk pertama kalinya dalam sejarah, lebih banyak orang tinggal di kota daripada di pertanian.Kami juga mulai melihat rantai dan merek diperkenalkan di seluruh AS.Anda mungkin memiliki satu atau dua toko keluarga di dua kota yang berbeda, tetapi sekarang kami memiliki merek dan toko besar yang berskala nasional.
Penemuan terbesar pada periode ini adalah mobil Henry Ford dan infrastruktur yang dibutuhkannya.Situasinya mirip dengan tahun 1990-an, ketika kami harus membangun infrastruktur utama untuk menghadapi internet dan era informasi kami dengan membangun sakelar, router, dan kabel serat optik.Mobil tidak terkecuali.
Mobil pertama Henry Ford – kendaraan roda empat.
Di sini kita melihat jalan tanah yang dulunya diaspal.Orang membutuhkan bensin untuk menggerakkan kendaraan mereka, oleh karena itu diperlukan pompa bensin.Anda juga memiliki bengkel, aksesori, dan lainnya.Seluruh cara hidup banyak orang berasal dari penemuan mobil, dan masih sampai sekarang.
Pada saat itu juga kita melihat diperkenalkannya peralatan modern yang masih kita andalkan hingga saat ini, seperti mesin cuci, penyedot debu, dan lemari es.Untuk pertama kalinya, orang akan dapat membeli barang yang mudah rusak di toko dan menyimpannya untuk waktu yang lama.
Tapi di mana PCB kita?Kami masih belum melihatnya digunakan di peralatan atau mobil apa pun yang diluncurkan selama ini.Namun, pada tahun 1925, Charles Ducasse mengajukan paten yang menjelaskan proses penambahan tinta konduktif ke bahan isolasi.Ini nantinya akan menghasilkan papan kabel tercetak (PWB).Paten ini adalah aplikasi praktis pertama yang mirip dengan PCB, tetapi hanya sebagai koil pemanas planar.Kami belum mendapatkan sambungan listrik yang sebenarnya antara papan dan komponennya, tetapi kami semakin dekat.
PCB terus berkembang, kali ini digunakan sebagai koil pemanas untuk Charles Ducas.
Depresi Hebat (1930-an)
Pada tahun 1929, pasar saham anjlok, dan semua inovasi besar di zaman kita anjlok.Di sini kita melihat masa pengangguran di atas 25%, 25.000 bank bangkrut, dan banyak masalah di seluruh dunia.Itu adalah saat yang tragis bagi umat manusia secara keseluruhan, membuka jalan bagi kebangkitan Hitler, Mussolini, Stalin, dan konflik dunia kita di masa depan.PCB mungkin diam sampai sekarang, tapi itu semua akan berubah.
Depresi Hebat memengaruhi semua orang, dari bank hingga pekerja biasa.
Perang Dunia II (1939 – 1945)
Perang Dunia II sedang berlangsung, dan Amerika Serikat ikut bergabung setelah pengeboman Pearl Harbor pada tahun 1942. Yang menarik dari Pearl Harbor adalah seluruh kegagalan komunikasi yang menyebabkan serangan itu.AS memiliki bukti bagus tentang krisis yang akan segera terjadi, tetapi semua metode kontak dengan pangkalan militer mereka di Honolulu tidak berhasil, dan pulau itu lengah.
Sebagai akibat dari kegagalan ini, Departemen Pertahanan menyadari bahwa mereka membutuhkan sarana komunikasi yang lebih andal.Ini membawa elektronik ke garis depan sebagai alat komunikasi utama menggantikan kode Morse.
Itu juga selama Perang Dunia II kami melihat penggunaan pertama PCB dalam sekering jarak yang kita miliki saat ini.Perangkat ini digunakan untuk proyektil berkecepatan tinggi yang membutuhkan tembakan presisi jarak jauh di langit atau di darat.Fuze kedekatan awalnya dikembangkan oleh Inggris untuk melawan gerak maju tentara Hitler.Itu kemudian dibagikan dengan Amerika Serikat di mana desain dan pembuatannya disempurnakan.
Salah satu aplikasi militer pertama yang menggunakan PCB adalah sekering kedekatan.
Selama waktu ini, kami juga meminta Paul Eisler, seorang warga Austria yang tinggal di Inggris, mematenkan foil tembaga pada substrat kaca non-konduktif.Terdengar familiar?Ini adalah konsep yang masih kami gunakan sampai sekarang untuk membuat PCB dengan insulasi dan tembaga di bagian atas/bawah.Eisler mengambil ide ini selangkah lebih maju ketika dia membuat radio dari PCB-nya pada tahun 1943, yang akan membuka jalan untuk aplikasi militer di masa depan.
Paul Eisler membuat radio dari papan sirkuit tercetak (PCB) pertama.
Generasi Baby Boom (1940-an)
Saat Perang Dunia II hampir berakhir, kami melihat tentara kami pulang, memulai keluarga, dan memiliki banyak anak.Isyaratkan para baby boomer.Di era pascaperang kita melihat peningkatan besar-besaran pada peralatan yang ada seperti penyedot debu, mesin cuci, televisi, dan radio.Sekarang Resesi Hebat sudah berlalu, banyak konsumen akhirnya mampu membeli perangkat ini di rumah mereka.
Kami masih belum melihat PCB tingkat konsumen.Di manakah karya-karya Paul Eisler?Lihatlah TV lama di bawah ini dan Anda akan melihat semua komponennya, tetapi tanpa fondasi PCB yang mendasarinya.
TV Motorola lama dari tahun 1948, tanpa PCB.
Meskipun kekurangan PCB, kami melihat kedatangan transistor di Bell Labs pada tahun 1947. Butuh enam tahun lagi pada tahun 1953 sebelum perangkat akhirnya digunakan dalam produksi, tetapi mengapa begitu lama?Pada masa itu, informasi disebarluaskan melalui jurnal, konferensi, dll. Sebelum era informasi, penyebaran informasi hanya membutuhkan waktu untuk menyebar.
Transistor pertama lahir di Bell Laboratories pada tahun 1947.
Era Perang Dingin (1947 – 1991)
Munculnya era Perang Dingin menandai periode ketegangan yang cukup besar antara Amerika Serikat dan Uni Soviet.Karena perbedaan antara kapitalisme dan komunisme, kedua raksasa ini hampir berperang satu sama lain dan telah menempatkan dunia di bawah ancaman pemusnahan nuklir.
Untuk tetap unggul dalam perlombaan senjata ini, kedua belah pihak harus meningkatkan kemampuan komunikasi mereka untuk memahami apa yang sedang dilakukan musuh.Di sini kita melihat PCB digunakan secara maksimal.Pada tahun 1956, Angkatan Darat AS menerbitkan paten untuk "proses perakitan sirkuit".Produsen sekarang memiliki cara untuk memegang barang elektronik dan membuat koneksi antar komponen dengan jejak tembaga.
Saat PCB mulai lepas landas di dunia manufaktur, kami menemukan diri kami dalam perlombaan luar angkasa pertama di dunia.Rusia telah memiliki beberapa prestasi luar biasa selama ini, antara lain:
1957 Peluncuran satelit buatan pertama, Sputnik
1959 Peluncuran Luna 2, pesawat ruang angkasa pertama ke Bulan
Pada tahun 1961 Yuri Gagarin, kosmonot pertama, dikirim ke orbit Bumi
Satelit buatan pertama Rusia, Sputnik, diluncurkan pada tahun 1957.
Di mana Amerika dalam semua ini?Terutama tertinggal, biasanya butuh satu atau dua tahun untuk mengembangkan teknologi yang sama.Mengatasi kesenjangan ini, kita melihat anggaran ruang angkasa AS tumbuh lima kali lipat pada tahun 1960. Kita juga memiliki pidato Presiden Kennedy tahun 1962 yang terkenal, yang sebagian layak dikutip:
“Kami memilih untuk pergi ke bulan!Kami memilih pergi ke bulan untuk melakukan hal-hal lain dekade ini, bukan karena mudah, tetapi karena sulit;karena tujuan ini akan membantu mengatur dan mengukur energi dan keterampilan terbaik kita, karena itu Tantangan adalah apa yang ingin kita ambil, apa yang tidak ingin kita tunda, dan apa yang ingin kita menangkan.”– John F. Kennedy, Presiden Amerika Serikat, 12 September 1962
Semua ini mengarah pada momen penting dalam sejarah.Pada 20 Juli 1969, manusia Amerika pertama mendarat di bulan.
Manusia pertama di bulan, momen bersejarah bagi umat manusia.
Kembali ke PCB, pada tahun 1963 kami memiliki Hazeltyne Corporation yang mematenkan teknologi melalui lubang berlapis pertama.Ini akan memungkinkan komponen dikemas berdekatan pada PCB tanpa khawatir tentang koneksi silang.Kami juga melihat pengenalan Surface Mount Technology (SMT), yang dikembangkan oleh IBM.Rakitan padat ini pertama kali terlihat dalam praktik di pendorong roket Saturnus.
1967 Paten teknologi PCB melalui lubang pertama.
Fajar Mikroprosesor (1970-an)
Tahun 70-an menghadirkan mikroprosesor pertama dalam bentuk sirkuit terintegrasi (IC).Ini awalnya dikembangkan oleh Jack Kilby dari Texas Instruments pada tahun 1958. Kilby masih baru di TI, jadi ide inovatifnya untuk IC sebagian besar dirahasiakan.Namun, ketika insinyur senior TI dikirim ke pertemuan selama seminggu, Kilby tetap tinggal dan berlari dengan ide di kepalanya.Di sini, dia mengembangkan IC pertama di lab TI, dan para insinyur yang kembali menyukainya.
Jack Kilby memegang sirkuit terintegrasi pertama.
Pada tahun 1970-an, kami melihat penggunaan IC pertama kali dalam manufaktur elektronik.Pada titik ini, jika Anda tidak menggunakan PCB untuk koneksi Anda, Anda berada dalam masalah besar.
Fajar Era Digital (1980-an)
Era digital telah membawa perubahan besar pada media yang kita konsumsi, dengan diperkenalkannya perangkat pribadi seperti cakram, VHS, kamera, konsol game, walkman, dan lainnya.
Pada tahun 1980, konsol video game Atari mewujudkan impian anak-anak.
Penting untuk dicatat bahwa PCB masih digambar dengan tangan menggunakan papan lampu dan stensil, tetapi kemudian komputer dan EDA muncul.Di sini kita melihat perangkat lunak EDA seperti Protel dan EAGLE merevolusi cara kita mendesain dan memproduksi elektronik.Alih-alih foto PCB, kita sekarang dapat menyimpan desain sebagai file teks Gerber, yang koordinatnya dapat dimasukkan ke dalam mesin fabrikasi untuk menghasilkan PCB.
Era Internet (1990-an)
Di tahun 90-an, kami melihat penggunaan silikon mulai berkembang pesat dengan diperkenalkannya BGA.Sekarang kami dapat memasukkan lebih banyak gerbang pada satu chip dan mulai menyematkan memori dan sistem-on-chip (SoC) secara bersamaan.Ini juga merupakan periode miniaturisasi elektronik yang tinggi.Kami tidak melihat adanya fitur baru yang ditambahkan ke PCB, tetapi seluruh proses desain mulai berubah dan berkembang, pindah ke IC.
Desainer sekarang harus menerapkan strategi desain-untuk-pengujian (DFT) ke dalam tata letak mereka.Tidak mudah untuk mengeluarkan komponen dan menambahkan garis biru.Insinyur harus merancang tata letak mereka dengan mempertimbangkan pengerjaan ulang di masa mendatang.Apakah semua komponen ini ditempatkan sedemikian rupa sehingga mudah dilepas?Ini adalah masalah besar.
Itu juga merupakan era ketika paket komponen yang lebih kecil seperti 0402 membuat penyolderan papan sirkuit dengan tangan hampir tidak mungkin dilakukan.Perancang sekarang tinggal di perangkat lunak EDA-nya dan pabrikan bertanggung jawab atas produksi dan perakitan fisik.
Komponen pemasangan permukaan dari terbesar ke terkecil.
Era hybrid (2000-an dan seterusnya)
Dipotong ke era elektronik dan desain PCB saat ini;apa yang kita sebut era hybrid.Di masa lalu, kami memiliki banyak perangkat untuk berbagai kebutuhan.Anda membutuhkan kalkulator;Anda membeli kalkulator.Anda ingin bermain video game;Anda membeli konsol video game.Sekarang Anda dapat membeli ponsel cerdas dan mendapatkan 30 tingkatan fitur bawaan yang berbeda.Ini mungkin tampak cukup jelas, tetapi cukup mencengangkan ketika Anda benar-benar melihat semua hal yang dapat dilakukan ponsel cerdas kami:
peralatan game buku alamat e-mail pemindai kode batang navigasi kamera bel senter
jadwal pemutar musik peta VCR peramban Internet kalender pemutar film kalkulator
Perekam tiket notebook telepon mesin penjawab Buku perbankan pesan singkat
Kami berada di zaman konsolidasi perangkat, tapi apa selanjutnya?PCB dibuat dan kami memiliki proses dan prosedur untuk hampir semua hal.Aplikasi berkecepatan tinggi menjadi norma.Kami juga melihat bahwa hanya 25% desainer PCB yang berusia di bawah 45 tahun, sementara 75% bersiap untuk pensiun.Industri ini tampaknya berada dalam masa krisis.
Akankah masa depan desain PCB menjadi robot?Mungkin di perangkat yang dapat dikenakan dengan sirkuit fleksibel?Atau kita mungkin melihat proton menggantikan elektron dengan fotonik.Sejauh yang kami ketahui tentang PCB fisik, itu bahkan mungkin berubah di masa mendatang.Tidak diperlukan media fisik untuk mengaktifkan koneksi antar komponen, melainkan potensi teknologi gelombang.Ini akan memungkinkan komponen mengirim sinyal secara nirkabel tanpa perlu tembaga.
Apa yang akan terjadi di masa depan?
Tidak ada yang benar-benar tahu kemana arah masa depan desain PCB, atau bahkan elektronik pada umumnya.Sudah hampir 130 tahun sejak otot manufaktur kita mulai bekerja.Sejak saat itu, dunia telah berubah selamanya dengan diperkenalkannya produk-produk utama seperti mobil, peralatan rumah tangga, komputer, smartphone, dan banyak lagi.Lewatlah sudah hari-hari ketika kita bergantung pada batu bara, kayu atau minyak untuk semua mata pencaharian dan kelangsungan hidup kita.Sekarang kita memiliki gadget elektronik yang dapat memenuhi kebutuhan kita sehari-hari.
Tapi apa yang ada di masa depan?Ini adalah hal yang tidak diketahui.Kita semua tahu bahwa setiap penemuan sebelum kita berada di pundak para pendahulunya.Nenek moyang kami membawa desain PCB ke tempatnya sekarang, dan sekarang kami perlu berinovasi dan merevolusi cara kami mendesain dan berinteraksi dengan teknologi.Masa depan bisa apa saja.Masa depan tergantung pada Anda.
Waktu posting: Mar-17-2023