역사를 통틀어 다른 많은 위대한 발명품과 마찬가지로인쇄 회로 기판(PCB)오늘날 우리가 알고 있듯이 역사를 통해 이루어진 진보를 기반으로 합니다.세상의 작은 구석에서 우리는 세계 최고의 산업 기계가 막 시작되던 130년 이상 PCB의 역사를 추적할 수 있습니다.이 블로그에서 다룰 내용은 완전한 역사가 아니라 PCB를 오늘날의 모습으로 변화시킨 중요한 순간입니다.
왜 PCB인가?
시간이 지남에 따라 PCB는 전자 제품 제조를 최적화하기 위한 도구로 발전했습니다.한때 손으로 조립하기 쉬웠던 것이 기계적 정밀도와 효율성을 요구하는 미세한 구성 요소에 빠르게 자리를 내주었습니다.아래 그림에 표시된 두 개의 보드를 예로 들어 보겠습니다.하나는 계산기를 위한 1960년대의 오래된 판입니다.다른 하나는 오늘날의 컴퓨터에서 볼 수 있는 전형적인 고밀도 마더보드입니다.
1968년 계산기와 오늘날의 최신 마더보드 간의 PCB 비교.
계산기에는 30개 이상의 트랜지스터가 있지만 마더보드의 단일 칩에는 백만 개가 넘는 트랜지스터가 있습니다.요점은 기술 및 PCB 설계 자체의 발전 속도가 인상적이라는 것입니다.계산기 PCB의 모든 것이 오늘날의 설계에서 단일 칩에 들어갈 수 있습니다.이것은 PCB 제조의 몇 가지 주목할만한 경향에 주목합니다.
우리는 집적 회로(IC) 및 마이크로프로세서와 같은 고급 장치에 더 많은 기능을 통합하고 있습니다.
우리는 저항 및 커패시터와 같은 수동 부품을 미세한 수준으로 축소하고 있습니다.
이 모든 것이 회로 기판의 구성 요소 밀도와 복잡성을 증가시킵니다.
이러한 모든 발전은 주로 당사 제품의 속도와 기능 향상에 의해 이루어졌습니다.우리는 장치가 즉시 응답하기를 기대하며 몇 초의 지연도 우리를 열광적으로 몰아갈 수 있습니다.기능성을 위해 비디오 게임을 고려하십시오.80년대에 아케이드에서 Pac-Man을 플레이했을 것입니다.이제 우리는 현실의 포토리얼한 표현을 보고 있습니다.진행 상황은 미쳤습니다.
요즘 비디오 게임 비주얼은 거의 생생합니다.
PCB는 우리가 장치에서 기대하는 바에 직접적으로 반응하여 발전해 왔다는 것이 분명합니다.우리는 더 빠르고 더 저렴하고 더 강력한 제품이 필요하며 이러한 요구를 충족하는 유일한 방법은 제조 공정의 소형화 및 효율성 향상입니다.전자 제품 및 PCB의 이러한 붐은 언제 시작되었습니까?도금 시대의 새벽에.
도금 시대(1879~1900)
우리는 60년대에 미국 남북 전쟁을 끝냈고 지금 미국 제조업은 호황을 누리고 있습니다.그 동안 우리는 음식에서 옷, 가구, 레일에 이르기까지 우리가 할 수 있는 일을 하고 있습니다.해운 산업은 공격적이며 우리의 가장 뛰어난 엔지니어들은 누군가를 미국 동부 해안에서 서부 해안까지 5~7개월이 아닌 5~7일 안에 운송하는 방법을 알아내고 있습니다.
해안에서 해안까지 여행하는 철도는 몇 달이 아닌 며칠이 걸립니다.
이 기간 동안 우리는 처음에는 도시에서, 그 다음에는 교외와 농촌 지역에서 가정에 전기를 공급했습니다.전기는 이제 석탄, 목재 및 석유를 대체합니다.혹독한 겨울 동안 뉴욕에 살면서 더러운 석탄이나 장작더미로 요리하거나 따뜻하게 지내는 것을 생각해 보십시오.전기는 모든 것을 바꾸었습니다.
흥미로운 점은 석유 시장을 독점하고 있는 스탠다드 오일이 휘발유에 석유를 공급하지 않는다는 점이다.그들의 시장은 요리, 튀김 및 조명용 기름입니다.전기의 출현과 함께 Standard Oil은 자동차의 도입과 함께 제공될 석유의 새로운 용도를 정의해야 했습니다.
1878년 5월 Standard Oil Company가 주식을 발행하고 석유 독점이 시작되었습니다.
도금 시대 동안 우리는 전자기학에서 몇 가지 위대한 발견을 보았습니다.우리는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 전기 모터를 발명했습니다.역학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 발전기도 있습니다.
또한 다음을 포함하여 오늘날 전자 세계에 여전히 영향을 미치는 천재 발명가의 시대였습니다.
Thomas Edison은 1879년에 전구를, 1889년에 영화를 비롯한 많은 혁신을 발명했습니다.
Nikola Tesla는 1888년에 전기 모터를 발명했고 1895년에는 AC 전원을 발명했습니다.
Alexander Graham Bell은 1876년에 전화를 발명했습니다.
George Eastman의 Kodak은 1884년에 최초의 소비자용 카메라를 발명했습니다.
Herman Hollerith는 1890년에 표 작성 기계를 발명했고 계속해서 IBM을 설립했습니다.
이 강렬한 혁신 기간 동안 가장 큰 논쟁 중 하나는 AC와 DC 간의 논쟁입니다.Tesla의 교류는 결국 장거리 전력 전송을 위한 이상적인 방법이 되었습니다.그러나 흥미롭게도 우리는 오늘날에도 여전히 AC-DC 변환을 다루고 있습니다.
AC가 전투에서 이겼을지 모르지만 DC는 여전히 전자 제품을 지배하고 있습니다.
벽에 꽂는 전자 장치를 보면 AC를 DC로 변환해야 합니다.또는 태양광 패널에 필요한 인프라를 보면 DC에서 전기를 생성하는데, 이를 다시 전원으로 AC로 변환하고 장치를 사용하려면 다시 DC로 변환해야 합니다.AC-DC 토론은 결코 끝나지 않았으며 두 가지 상반된 아이디어 사이에 균형이 잡혔다고 거의 말할 수 있습니다.
태양 전지 패널에는 AC와 DC 사이에 많은 앞뒤가 있습니다.
PCB의 원래 아이디어는 도금 시대에 발명되지 않았습니다.그러나 이 시대의 제조 능력과 전기의 광범위한 영향이 없었다면 오늘날의 PCB는 결코 없었을 것입니다.
진보 시대(1890 – 1920)
진보 시대는 스탠더드 오일의 독점을 깨뜨리는 셔먼 반독점법과 같은 법안과 함께 사회 개혁의 시기로 특징지어졌습니다.이것은 또한 우리가 최초의 PCB 특허를 볼 때입니다.1903년 독일 발명가 알버트 핸슨(Albert Hanson)은 다층 절연 기판 위의 편평한 포일 전도체로 기술된 장치에 대해 영국 특허를 신청했습니다.익숙한 소리?
Albert Hanson의 첫 번째 PCB 특허를 묘사한 그림.
Hansen은 또한 그의 특허에서 스루홀 애플리케이션의 개념을 설명합니다.여기에서 그는 전기 연결을 만들기 위해 수직선으로 두 개의 레이어에 구멍을 뚫을 수 있음을 보여줍니다.
이 기간 동안 우리는 Edison과 다른 비즈니스 리더들이 전기 장치를 일상 가정에 도입하기 위해 큰 노력을 기울이는 것을 보기 시작했습니다.이 푸시의 문제는 표준화가 완전히 부족하다는 것입니다.뉴욕이나 뉴저지에 살면서 에디슨이 발명한 전기를 조명, 난방 또는 요리에 사용했다면 다른 도시에서 사용하면 어떻게 될까요?마을마다 자체 소켓 구성이 있기 때문에 사용할 수 없습니다.
문제는 에디슨이 사람들에게 전구만 팔고 싶었던 것이 아니라 서비스도 팔고 싶었다는 사실 때문에 더욱 악화되었습니다.Edison은 매월 전기 서비스를 제공할 수 있습니다.그런 다음 전구, 가전 제품 등을 구입할 것입니다. 물론 이러한 서비스 중 어느 것도 다른 경쟁 방법과 호환되지 않습니다.
마침내 이 혼란을 종식시킨 Harvey Hubbel에게 감사드립니다.1915년에 그는 오늘날에도 여전히 사용되고 있는 표준 벽 소켓 플러그에 대한 특허를 받았습니다.이제 전구 소켓에 연결된 토스터나 핫 플레이트가 없습니다.이것은 산업 표준화를 위한 엄청난 승리입니다.
Harvey Hubbel 덕분에 우리는 이제 모든 전자 장치를 위한 표준화된 벽면 콘센트를 갖게 되었습니다.
마지막으로 진보 시대는 제1차 세계 대전으로 표시되었습니다. 이 전쟁은 순전히 기계와 참호전에 초점을 맞추고 있습니다.PCB 개념 또는 기본 전자 장치는 아직 군용 애플리케이션에 사용되지 않지만 곧 사용하게 될 것입니다.
광란의 20년대(1920년대)
제1차 세계대전이 끝난 지금 우리는 미국 경제가 크게 호황을 누리던 광란의 20년대에 들어섰습니다.역사상 처음으로 더 많은 사람들이 농장보다 도시에 살고 있습니다.우리는 또한 미국 전역에 체인점과 브랜드가 도입되는 것을 보기 시작했습니다.두 개의 다른 도시에 가족 매장이 한두 개 있을 수 있지만 이제 전국적으로 진출하는 주요 브랜드와 매장이 있습니다.
이 시기의 가장 위대한 발명품은 Henry Ford의 자동차와 그에 필요한 인프라였습니다.스위치, 라우터, 광섬유 케이블 등을 구축해 인터넷과 정보화 시대에 대처하기 위해 주요 인프라를 구축해야 했던 1990년대와 비슷한 상황이다.자동차도 예외는 아닙니다.
Henry Ford의 첫 번째 자동차 – 사륜차.
여기서 우리는 한때 비포장 도로였던 곳이 포장되고 있는 것을 봅니다.사람들은 차량에 동력을 공급하기 위해 휘발유가 필요했기 때문에 주유소가 필요했습니다.수리점, 액세서리 등도 있습니다.많은 사람들의 전체 생활 방식은 자동차의 발명에서 비롯되었으며 오늘날에도 여전히 그러합니다.
세탁기, 진공청소기, 냉장고와 같이 오늘날 우리가 여전히 의존하고 있는 현대 가전 제품의 도입을 본 것도 이 시기였습니다.처음으로 사람들은 상점에서 부패하기 쉬운 상품을 구입하고 연장된 유통 기한 동안 보관할 수 있게 될 것입니다.
그러나 PCB는 어디에 있습니까?우리는 아직 이 기간 동안 출시된 가전 제품이나 자동차에 사용된 것을 보지 못했습니다.그러나 1925년 Charles Ducasse는 절연 재료에 전도성 잉크를 첨가하는 과정을 설명하는 특허를 출원했습니다.이것은 나중에 인쇄 배선 기판(PWB)이 됩니다.이 특허는 PCB와 유사한 최초의 실용적인 응용 프로그램이지만 평면 가열 코일로만 사용됩니다.우리는 아직 보드와 구성 요소 사이에 실제 전기 연결을 얻지 못했지만 점점 가까워지고 있습니다.
PCB는 계속 발전하여 이번에는 Charles Ducas의 가열 코일로 사용되었습니다.
대공황(1930년대)
1929년에는 주식 시장이 급락했고 우리 시대의 모든 위대한 혁신이 급락했습니다.여기서 우리는 25% 이상의 실업률, 25,000건의 은행 도산, 그리고 전 세계적으로 많은 문제를 겪는 시기를 봅니다.그것은 히틀러, 무솔리니, 스탈린, 그리고 미래의 세계 분쟁의 발흥을 위한 길을 닦은 인류 전체에게 비극적인 시간이었습니다.PCB는 지금까지 침묵했을지 모르지만 모든 것이 바뀔 것입니다.
대공황은 은행에서 일반 노동자에 이르기까지 모든 사람에게 영향을 미쳤습니다.
제2차 세계대전(1939~1945)
제2차 세계대전이 진행 중이었고 미국은 1942년 진주만 폭격 이후 전쟁에 가담했습니다. 진주만에 대한 흥미로운 점은 공격으로 이어진 전체 통신 실패입니다.미국은 임박한 위기에 대한 좋은 증거를 가지고 있었지만 호놀룰루의 군사 기지와 접촉하는 모든 방법이 실패했고 섬은 방심했습니다.
이 실패의 결과로 DoD는 보다 신뢰할 수 있는 통신 수단이 필요하다는 것을 깨달았습니다.이로 인해 모스 부호를 대체하는 주요 통신 수단으로 전자 장치가 최전방에 등장했습니다.
오늘날 우리가 가지고 있는 근접 퓨즈에 PCB를 처음 사용한 것도 제2차 세계 대전 중이었습니다.이 장치는 하늘이나 땅에서 장거리 정밀 사격이 필요한 고속 발사체에 사용된다.근접 신관은 원래 영국군이 히틀러 군대의 진격에 대응하기 위해 개발했습니다.이후 디자인과 제조가 완성된 미국과 공유됐다.
PCB를 사용한 최초의 군용 애플리케이션 중 하나는 근접 퓨즈였습니다.
이 기간 동안 영국에 거주하는 오스트리아인 Paul Eisler도 비전도성 유리 기판에 구리 호일을 특허했습니다.익숙한 소리?이것은 오늘날 우리가 위/아래에 절연체와 구리가 있는 PCB를 만드는 데 여전히 사용하는 개념입니다.Eisler는 1943년에 자신의 PCB로 라디오를 만들었을 때 이 아이디어를 한 단계 더 발전시켜 미래의 군사 응용 분야를 위한 길을 열었습니다.
Paul Eisler는 최초의 인쇄 회로 기판(PCB)으로 라디오를 제작했습니다.
베이비 붐 세대(1940년대)
제2차 세계대전이 끝나갈 무렵 우리는 군인들이 집으로 돌아와 가족을 꾸리고 많은 자녀를 갖는 것을 보았습니다.베이비 붐 세대에게 신호를 보냅니다.진공청소기, 세탁기, 텔레비전, 라디오와 같은 기존 가전제품이 대대적으로 개선된 것은 전후 시대였습니다.대공황이 지나간 지금 많은 소비자들은 마침내 집에서 이러한 장치를 살 수 있습니다.
우리는 아직 소비자 등급 PCB를 보지 못했습니다.Paul Eisler의 작품은 어디에 있습니까?아래의 이 오래된 TV를 보면 모든 구성 요소를 볼 수 있지만 기본 PCB 기초는 없습니다.
PCB가 없는 1948년의 구형 모토로라 TV.
PCB의 부족에도 불구하고 우리는 1947년에 Bell Labs에 트랜지스터가 도착하는 것을 보았습니다. 장치가 생산에 최종적으로 사용되기까지 1953년에 또 다른 6년이 걸렸습니다. 하지만 왜 그렇게 오래 걸렸습니까?그 당시에는 저널, 컨퍼런스 등을 통해 정보가 전파되었습니다. 정보화 시대 이전에는 정보의 확산이 확산되는 데 시간이 걸렸습니다.
최초의 트랜지스터는 1947년 벨 연구소에서 탄생했습니다.
냉전 시대(1947 – 1991)
냉전 시대의 도래는 미국과 소련 사이에 상당한 긴장의 시기를 의미했습니다.자본주의와 공산주의의 차이로 인해 이 두 거인은 거의 전쟁 상태에 있으며 세계를 핵 전멸의 위협에 빠뜨렸습니다.
이 군비 경쟁에서 앞서 나가기 위해 양측은 적의 행동을 이해하기 위해 의사소통 능력을 향상시켜야 합니다.여기에서 우리는 PCB가 최대한의 잠재력을 발휘하는 것을 볼 수 있습니다.1956년 미 육군은 "회로 조립 프로세스"에 대한 특허를 공개했습니다.제조업체는 이제 전자 장치를 고정하고 구리 트레이스로 구성 요소를 연결할 수 있는 방법을 갖게 되었습니다.
제조 세계에서 PCB가 이륙하기 시작하면서 우리는 세계 최초의 우주 경쟁에 뛰어들었습니다.러시아는 이 기간 동안 다음과 같은 몇 가지 놀라운 성과를 거두었습니다.
1957년 최초의 인공위성 스푸트니크 발사
1959년 최초의 달 탐사선 루나 2호 발사
1961년 최초의 우주비행사인 유리 가가린이 지구 궤도를 돌기 위해 파견되었습니다.
러시아 최초의 인공위성 스푸트니크는 1957년 발사됐다.
이 모든 것에서 미국은 어디에 있습니까?주로 뒤처져 같은 기술을 개발하는 데 보통 1~2년이 걸린다.이 격차를 해결하기 위해 우리는 1960년에 미국의 우주 예산이 5배로 증가하는 것을 봅니다. 또한 1962년 케네디 대통령의 유명한 연설도 있는데 그 중 일부는 인용할 가치가 있습니다.
“우리는 달에 가기로 결정했습니다!우리는 이번 10년 동안 다른 일을 하기 위해 달에 가기로 결정했습니다. 그것이 쉽기 때문이 아니라 어렵기 때문입니다.이 목표는 우리의 최고의 에너지와 기술을 조직하고 측정하는 데 도움이 될 것이기 때문입니다. 이 도전은 우리가 기꺼이 받아들이고, 미루지 않고, 기꺼이 이기는 것이기 때문입니다.”– 존 F. 케네디, 미국 대통령, 1962년 9월 12일
이 모든 것이 역사상 획기적인 순간으로 이어졌습니다.1969년 7월 20일, 미국 최초의 인간이 달에 착륙했습니다.
인류 최초의 달 착륙, 역사적인 순간.
PCB로 돌아가서 1963년에 우리는 Hazeltyne Corporation이 최초의 도금 스루홀 기술에 대한 특허를 받았습니다.이렇게 하면 교차 연결에 대한 걱정 없이 구성 요소를 PCB에서 서로 가깝게 패킹할 수 있습니다.IBM에서 개발한 SMT(Surface Mount Technology)의 도입도 보았습니다.이러한 조밀한 조립체는 실제로 새턴 로켓 부스터에서 처음으로 나타났습니다.
1967 최초의 스루홀 PCB 기술 특허.
마이크로프로세서의 새벽(1970년대)
70년대에는 집적 회로(IC) 형태의 최초의 마이크로프로세서가 등장했습니다.이것은 원래 1958년 Texas Instruments의 Jack Kilby에 의해 개발되었습니다. Kilby는 TI에 처음 왔기 때문에 IC에 대한 그의 혁신적인 아이디어는 대부분 비밀에 부쳐졌습니다.그러나 TI의 수석 엔지니어가 일주일 간의 회의에 참석했을 때 Kilby는 뒤에 남아 머릿속 아이디어를 가지고 달렸습니다.여기에서 그는 TI 연구소에서 최초의 IC를 개발했으며 돌아온 엔지니어들은 이를 좋아했습니다.
Jack Kilby는 최초의 집적 회로를 보유하고 있습니다.
1970년대에 우리는 전자 제품 제조에 IC가 처음으로 사용되는 것을 보았습니다.이 시점에서 연결에 PCB를 사용하지 않는다면 큰 문제에 봉착하게 됩니다.
디지털 시대의 시작(1980년대)
디지털 시대는 디스크, VHS, 카메라, 게임 콘솔, 워크맨 등과 같은 개인용 장치의 도입으로 우리가 소비하는 미디어에 큰 변화를 가져왔습니다.
1980년에 Atari 비디오 게임 콘솔은 아이들의 꿈을 실현시켰습니다.
PCB는 여전히 라이트 보드와 스텐실을 사용하여 손으로 그렸지만 컴퓨터와 EDA가 등장했다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.여기에서 Protel 및 EAGLE과 같은 EDA 소프트웨어가 전자 제품을 설계하고 제조하는 방식을 혁신하는 것을 볼 수 있습니다.이제 PCB 사진 대신 디자인을 Gerber 텍스트 파일로 저장할 수 있습니다. 이 파일의 좌표는 PCB를 생산하기 위해 제작 기계에 입력할 수 있습니다.
인터넷 시대(1990년대)
90년대에 우리는 BGA의 도입으로 실리콘의 사용이 본격화되는 것을 보았습니다.이제 단일 칩에 더 많은 게이트를 장착하고 메모리와 시스템 온 칩(SoC)을 함께 내장할 수 있습니다.전자제품의 초소형화 시대이기도 했다.우리는 PCB에 추가된 새로운 기능을 보지 못했지만 전체 설계 프로세스가 IC로 이동하면서 변화하고 발전하기 시작했습니다.
디자이너는 이제 DFT(design-for-test) 전략을 레이아웃에 구현해야 합니다.구성 요소를 팝하고 파란색 선을 추가하는 것은 쉽지 않습니다.엔지니어는 향후 재작업을 염두에 두고 레이아웃을 설계해야 합니다.이러한 모든 구성 요소가 쉽게 제거할 수 있는 방식으로 배치되어 있습니까?이것은 큰 관심사입니다.
또한 0402와 같은 소형 부품 패키지로 인해 회로 기판의 수작업 납땜이 거의 불가능했던 시대이기도 했습니다.디자이너는 이제 자신의 EDA 소프트웨어에 살고 있으며 제조업체는 물리적 생산 및 조립을 담당합니다.
가장 큰 것부터 가장 작은 것까지 표면 실장 부품.
하이브리드 시대(2000년대 이후)
오늘날의 전자 및 PCB 설계 시대로 전환;우리가 하이브리드 시대라고 부르는 것.과거에는 다양한 요구에 맞는 여러 장치가 있었습니다.계산기가 필요합니다.당신은 계산기를 구입합니다.당신은 비디오 게임을 하고 싶습니다.당신은 비디오 게임 콘솔을 구입합니다.이제 스마트폰을 구입하면 30가지 다양한 계층의 내장 기능을 사용할 수 있습니다.이것은 매우 당연해 보일 수 있지만 실제로 스마트폰이 할 수 있는 모든 일을 보면 매우 놀랍습니다.
게임 장비 주소록 이메일 바코드 스캐너 손전등 벨 카메라 탐색
뮤직 플레이어 스케줄 VCR 지도 인터넷 브라우저 캘린더 동영상 플레이어 계산기
전화 수첩 티켓 녹음기 자동 응답기 단문 메시지 은행 장부
우리는 장치 통합의 시대에 있지만 다음은 무엇입니까?PCB가 확립되었고 거의 모든 것에 대한 프로세스와 절차가 있습니다.고속 애플리케이션이 표준이 되고 있습니다.또한 PCB 설계자의 25%만이 45세 미만이며 75%는 은퇴를 준비하고 있습니다.업계는 위기의 시기에 있는 것 같습니다.
PCB 설계의 미래는 로봇이 될까요?플렉스 회로가 있는 웨어러블에서 가능할까요?또는 양성자가 전자를 포토닉스로 대체하는 것을 볼 수도 있습니다.우리가 물리적 PCB에 대해 알고 있는 한 그것은 미래에 바뀔 수도 있습니다.구성 요소 간의 연결을 가능하게 하는 물리적 매체가 필요하지 않고 웨이브 기술의 잠재력이 있습니다.이를 통해 구성 요소는 구리 없이 무선으로 신호를 보낼 수 있습니다.
미래는 어떻게 될까요?
PCB 설계의 미래 또는 일반 전자 제품의 미래가 어디로 향할지 아무도 모릅니다.우리의 제조 근육이 작동하기 시작한 지 거의 130년이 되었습니다.그 이후로 자동차, 가전제품, 컴퓨터, 스마트폰 등과 같은 주요 제품의 등장으로 세상은 영원히 변했습니다.모든 기본 생계와 생존을 석탄, 목재 또는 석유에 의존하던 시대는 지났습니다.이제 우리는 일상적인 필요를 충족시킬 수 있는 전자 기기를 가지고 있습니다.
하지만 미래는 어떻게 될까요?이것은 큰 미지수입니다.우리 모두는 우리 앞에 있는 모든 발명이 그 전임자들의 어깨 위에 있다는 것을 압니다.우리의 조상들은 PCB 설계를 오늘날의 위치로 가져왔으며 이제 우리는 설계하고 기술과 상호 작용하는 방식을 혁신하고 혁신해야 합니다.미래는 무엇이든 될 수 있습니다.미래는 당신에게 달려 있습니다.
게시 시간: 2023년 3월 17일