ประวัติโดยย่อของการพัฒนาแผงวงจรพิมพ์

เช่นเดียวกับสิ่งประดิษฐ์ที่ยิ่งใหญ่อื่นๆ ตลอดประวัติศาสตร์แผงวงจรพิมพ์ (PCB)อย่างที่เรารู้กันทุกวันนี้มีพื้นฐานมาจากความก้าวหน้าที่เกิดขึ้นตลอดประวัติศาสตร์ ในมุมเล็กๆ ของโลก เราสามารถย้อนรอยประวัติศาสตร์ของ PCB ย้อนกลับไปกว่า 130 ปี เมื่อเครื่องจักรอุตสาหกรรมที่ยิ่งใหญ่ของโลกเพิ่งเริ่มต้น สิ่งที่เราจะกล่าวถึงในบล็อกนี้ไม่ใช่ประวัติศาสตร์ที่สมบูรณ์ แต่เป็นช่วงเวลาสำคัญที่เปลี่ยน PCB ให้กลายเป็นสิ่งที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน

ทำไมต้อง PCB?

เมื่อเวลาผ่านไป PCB ได้พัฒนาเป็นเครื่องมือในการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ สิ่งที่ครั้งหนึ่งเคยประกอบง่ายด้วยมืออย่างรวดเร็วทำให้ได้ส่วนประกอบที่มีขนาดเล็กมากซึ่งต้องใช้ความแม่นยำและประสิทธิภาพทางกล นำกระดานทั้งสองที่แสดงในรูปด้านล่างเป็นตัวอย่าง แผ่นหนึ่งเป็นกระดานเครื่องคิดเลขเก่าจากทศวรรษ 1960 อีกอันคือมาเธอร์บอร์ดความหนาแน่นสูงทั่วไปที่คุณจะเห็นในคอมพิวเตอร์ทุกวันนี้

การเปรียบเทียบ PCB ระหว่างเครื่องคิดเลขปี 1968 กับมาเธอร์บอร์ดสมัยใหม่ในปัจจุบัน

ในเครื่องคิดเลข เราอาจมีทรานซิสเตอร์มากกว่า 30 ตัว แต่บนชิปตัวเดียวบนเมนบอร์ด คุณจะพบทรานซิสเตอร์มากกว่าหนึ่งล้านตัว ประเด็นก็คือ อัตราความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการออกแบบ PCB นั้นน่าประทับใจมาก ทุกอย่างบน PCB ของเครื่องคิดเลขสามารถใส่ลงในชิปตัวเดียวในการออกแบบในปัจจุบันได้ สิ่งนี้ดึงดูดความสนใจไปยังแนวโน้มที่โดดเด่นหลายประการในการผลิต PCB:

เรากำลังรวมฟังก์ชันการทำงานเพิ่มเติมเข้ากับอุปกรณ์ขั้นสูง เช่น วงจรรวม (IC) และไมโครโปรเซสเซอร์

เรากำลังลดขนาดส่วนประกอบแบบพาสซีฟ เช่น ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุให้เหลือเพียงระดับจุลทรรศน์

ทั้งหมดนี้นำไปสู่การเพิ่มความหนาแน่นและความซับซ้อนของส่วนประกอบบนแผงวงจรของเรา

ความก้าวหน้าทั้งหมดนี้ขับเคลื่อนโดยการปรับปรุงความเร็วและฟังก์ชันการทำงานของผลิตภัณฑ์ของเราเป็นหลัก เราคาดหวังว่าอุปกรณ์ของเราจะตอบสนองทันที แม้แต่ความล่าช้าเพียงไม่กี่วินาทีก็สามารถทำให้เราคลั่งไคล้ได้ สำหรับการใช้งาน ลองพิจารณาวิดีโอเกม ย้อนกลับไปในยุค 80 คุณอาจเล่น Pac-Man ที่อาร์เคด ตอนนี้เรากำลังเห็นภาพที่เป็นตัวแทนของความเป็นจริง ความคืบหน้าเป็นเพียงบ้า

ภาพวิดีโอเกมเกือบจะเหมือนจริงในทุกวันนี้

เห็นได้ชัดว่า PCB มีการพัฒนาเพื่อตอบสนองโดยตรงกับสิ่งที่เราคาดหวังจากอุปกรณ์ของเรา เราต้องการผลิตภัณฑ์ที่เร็วกว่า ราคาถูกกว่า และมีประสิทธิภาพมากกว่า และวิธีเดียวที่จะตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้คือการย่อขนาดและปรับปรุงประสิทธิภาพของกระบวนการผลิต ความเจริญรุ่งเรืองในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และ PCB เริ่มต้นเมื่อใด ในยามรุ่งสางของยุคทอง

ยุคทอง (พ.ศ. 2422 – 2443)

เรายุติสงครามกลางเมืองอเมริกาในยุค 60 และตอนนี้การผลิตของอเมริกากำลังเฟื่องฟู ในระหว่างนี้ เรากำลังทำสิ่งที่เราทำได้ ตั้งแต่อาหารไปจนถึงเสื้อผ้า เฟอร์นิเจอร์ และราวแขวน อุตสาหกรรมการขนส่งอยู่ในแนวรุก และวิศวกรที่เก่งที่สุดของเรากำลังหาวิธีส่งคนจากชายฝั่งตะวันออกของสหรัฐอเมริกาไปยังชายฝั่งตะวันตกภายใน 5 ถึง 7 วัน แทนที่จะเป็น 5 ถึง 7 เดือน

การรถไฟทำให้การเดินทางจากชายฝั่งหนึ่งไปอีกชายฝั่งใช้เวลาหลายวันแทนที่จะเป็นเดือน

ในช่วงเวลานี้ เรายังนำไฟฟ้าเข้ามาในบ้านด้วย อันดับแรกในเมือง จากนั้นจึงนำไฟฟ้าเข้ามาในเขตชานเมืองและชนบท ปัจจุบันไฟฟ้าเข้ามาทดแทนถ่านหิน ไม้ และน้ำมัน ลองนึกถึงการใช้ชีวิตในนิวยอร์กในช่วงฤดูหนาวอันโหดร้าย พยายามทำอาหารหรือทำให้ร่างกายอบอุ่นด้วยถ่านสกปรกหรือกองฟืน ไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงทุกสิ่ง

จุดที่น่าสนใจคือ Standard Oil ซึ่งผูกขาดตลาดน้ำมัน ไม่ได้จัดหาน้ำมันสำหรับน้ำมันเบนซิน ตลาดของพวกเขาคือน้ำมันสำหรับปรุงอาหาร ทอด และจุดไฟ ด้วยการถือกำเนิดของไฟฟ้า Standard Oil จำเป็นต้องกำหนดการใช้น้ำมันแบบใหม่ ซึ่งจะมาพร้อมกับการเปิดตัวรถยนต์

ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2421 บริษัทสแตนดาร์ดออยล์ได้ออกหุ้นและเริ่มการผูกขาดน้ำมัน

ในช่วงยุคทอง เราได้เห็นการค้นพบที่ยิ่งใหญ่บางอย่างเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้า เราคิดค้นมอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล นอกจากนี้เรายังเห็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งทำตรงกันข้ามโดยการแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า

ยังเป็นยุคของนักประดิษฐ์อัจฉริยะที่ยังคงมีผลกระทบต่อโลกอิเล็กทรอนิกส์ของเราจนทุกวันนี้ ได้แก่

โทมัส เอดิสัน ประดิษฐ์หลอดไฟในปี พ.ศ. 2422 ภาพยนตร์ในปี พ.ศ. 2432 และนวัตกรรมอื่นๆ อีกมากมาย

Nikola Tesla คิดค้นมอเตอร์ไฟฟ้าในปี พ.ศ. 2431 และแหล่งพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับในปี พ.ศ. 2438

อเล็กซานเดอร์ เกรแฮม เบลล์ ประดิษฐ์โทรศัพท์ขึ้นในปี พ.ศ. 2419

Kodak ของ George Eastman คิดค้นกล้องสำหรับผู้บริโภคตัวแรกในปี พ.ศ. 2427

Herman Hollerith คิดค้นเครื่องสร้างตารางในปี พ.ศ. 2433 และก่อตั้ง IBM ต่อไป

ในช่วงเวลาแห่งนวัตกรรมอันเข้มข้นนี้ หนึ่งในข้อถกเถียงที่ใหญ่ที่สุดคือระหว่าง AC และ DC ในที่สุดกระแสสลับของ Tesla ก็กลายเป็นวิธีที่ดีเยี่ยมในการส่งพลังงานในระยะทางไกล อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่าสนใจคือเรายังคงเผชิญกับการแปลง AC-DC ในปัจจุบัน

AC อาจชนะการต่อสู้ แต่ DC ยังคงครองอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ดูอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่คุณเสียบเข้ากับผนัง คุณต้องแปลง AC เป็น DC หรือหากคุณดูโครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับแผงโซลาร์เซลล์ พวกมันจะผลิตไฟฟ้าเป็น DC ซึ่งจะต้องแปลงกลับเป็น AC เป็นแหล่งพลังงาน และกลับเป็น DC เพื่อให้อุปกรณ์ของเราใช้งาน คุณเกือบจะพูดได้ว่าการอภิปรายของ AC-DC ไม่มีวันสิ้นสุด ความสมดุลเกิดขึ้นระหว่างสองแนวคิดที่ขัดแย้งกัน

มีการไปมาระหว่าง AC และ DC ในแผงโซลาร์เซลล์เป็นจำนวนมาก

โปรดทราบว่าแนวคิดดั้งเดิมของ PCB ไม่ได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นในยุคทอง อย่างไรก็ตาม หากไม่มีความสามารถในการผลิตในยุคนี้ และอิทธิพลของไฟฟ้าที่แพร่หลาย PCB ก็คงไม่เป็นแบบที่เป็นอยู่ทุกวันนี้

ยุคก้าวหน้า (พ.ศ. 2433 – 2463)

ยุคก้าวหน้าเป็นช่วงเวลาแห่งการปฏิรูปสังคม โดยมีกฎหมายอย่าง Sherman Antitrust Act ทำลายการผูกขาดของ Standard Oil นี่เป็นตอนที่เราเห็นสิทธิบัตร PCB ฉบับแรกด้วย ในปี 1903 นักประดิษฐ์ชาวเยอรมัน อัลเบิร์ต แฮนสัน ได้ยื่นขอสิทธิบัตรของอังกฤษสำหรับอุปกรณ์ที่เรียกว่าตัวนำฟอยล์แบบแบนบนแผ่นฉนวนหลายชั้น ฟังดูคุ้นเคยใช่ไหม?

ภาพวาดที่แสดงถึงสิทธิบัตร PCB ฉบับแรกของ Albert Hanson

Hansen ยังอธิบายแนวคิดของการประยุกต์ผ่านรูในสิทธิบัตรของเขาด้วย ที่นี่เขาแสดงให้เห็นว่าคุณสามารถเจาะรูสองชั้นด้วยเส้นแนวตั้งเพื่อเชื่อมต่อไฟฟ้าได้

ในช่วงเวลานี้ เราเริ่มเห็น Edison และผู้นำทางธุรกิจอื่นๆ ผลักดันอย่างมากในการนำอุปกรณ์ไฟฟ้าเข้ามาในบ้านทุกๆ วัน ปัญหาของการผลักดันนี้คือการขาดมาตรฐานโดยสิ้นเชิง หากคุณอาศัยอยู่ในนิวยอร์กหรือนิวเจอร์ซีย์ และใช้สิ่งประดิษฐ์ไฟฟ้าของเอดิสันสำหรับให้แสงสว่าง ให้ความร้อน หรือทำอาหาร จะเกิดอะไรขึ้นหากคุณใช้สิ่งเหล่านี้ในเมืองอื่น ไม่สามารถใช้งานได้เนื่องจากแต่ละเมืองมีการกำหนดค่าซ็อกเก็ตของตัวเอง

ปัญหายังเลวร้ายลงอีกจากการที่เอดิสันไม่เพียงแต่ต้องการขายหลอดไฟให้ผู้คนเท่านั้น เขายังต้องการขายบริการอีกด้วย เอดิสันสามารถให้บริการไฟฟ้าแก่คุณเป็นรายเดือน ถ้าอย่างนั้นคุณก็จะซื้อหลอดไฟ เครื่องใช้ไฟฟ้า ฯลฯ แน่นอนว่าบริการเหล่านี้ไม่สามารถทำงานร่วมกับวิธีการแข่งขันอื่น ๆ ได้

เราอยากจะขอบคุณ Harvey Hubbel สำหรับการยุติความยุ่งเหยิงนี้ในที่สุด ในปีพ.ศ. 2458 เขาได้จดสิทธิบัตรปลั๊กเต้ารับติดผนังมาตรฐานที่ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน ตอนนี้เราไม่มีเครื่องปิ้งขนมปังหรือจานร้อนเสียบเข้ากับเต้ารับหลอดไฟ นี่เป็นชัยชนะครั้งใหญ่สำหรับการกำหนดมาตรฐานอุตสาหกรรม

ต้องขอบคุณ Harvey Hubbel ที่ทำให้เรามีช่องจ่ายไฟติดผนังที่ได้มาตรฐานสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด

สุดท้ายนี้ ยุคก้าวหน้าถูกทำเครื่องหมายด้วยสงครามโลกครั้งที่ 1 ความขัดแย้งนี้มุ่งเน้นไปที่เครื่องจักรและสงครามสนามเพลาะเท่านั้น แนวคิด PCB หรือแม้แต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานยังไม่ได้ใช้ในการใช้งานทางทหาร แต่จะใช้ได้ในเร็วๆ นี้

คำรามยี่สิบ (1920)

เมื่อสงครามโลกครั้งที่ 1 สิ้นสุดลง ขณะนี้เราอยู่ในยุค Roaring Twenties ซึ่งเป็นช่วงที่เศรษฐกิจของอเมริกาเติบโตอย่างรวดเร็ว เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่ผู้คนอาศัยอยู่ในเมืองมากกว่าในฟาร์ม เรายังเริ่มเห็นเครือและแบรนด์ต่างๆ ถูกนำมาใช้ทั่วสหรัฐอเมริกา คุณอาจมีร้านค้าของครอบครัวสักหนึ่งหรือสองแห่งในสองเมือง แต่ตอนนี้เรามีแบรนด์และร้านค้าหลักๆ ที่จำหน่ายในระดับประเทศแล้ว

สิ่งประดิษฐ์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในยุคนี้คือรถยนต์ของ Henry Ford และโครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็น สถานการณ์นี้คล้ายกับช่วงปี 1990 เมื่อเราต้องสร้างโครงสร้างพื้นฐานหลักเพื่อจัดการกับอินเทอร์เน็ตและยุคข้อมูลของเราด้วยการสร้างสวิตช์ เราเตอร์ และสายเคเบิลใยแก้วนำแสง รถยนต์ก็ไม่มีข้อยกเว้น

รถคันแรกของ Henry Ford – รถสี่ล้อ

ต่อไปนี้เราจะเห็นว่าครั้งหนึ่งเคยเป็นถนนลูกรังที่ปูไว้ ผู้คนต้องการน้ำมันเบนซินเพื่อขับเคลื่อนยานพาหนะ จึงมีความต้องการปั๊มน้ำมัน คุณยังมีร้านซ่อม อุปกรณ์เสริม และอื่นๆ อีกมากมาย วิถีชีวิตของคนจำนวนมากมีต้นกำเนิดมาจากการประดิษฐ์รถยนต์และยังคงเป็นมาจนถึงทุกวันนี้

ในช่วงเวลานี้เองที่เราได้เห็นการเปิดตัวเครื่องใช้ไฟฟ้าสมัยใหม่ที่เรายังคงพึ่งพาอยู่ในปัจจุบัน เช่น เครื่องซักผ้า เครื่องดูดฝุ่น และตู้เย็น นับเป็นครั้งแรกที่ผู้คนจะสามารถซื้อสินค้าที่เน่าเสียง่ายในร้านค้าและเก็บไว้เพื่อยืดอายุการเก็บรักษาได้

แต่ PCB ของเราอยู่ที่ไหน? เรายังไม่เคยเห็นพวกมันใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าหรือรถยนต์ที่เปิดตัวในช่วงเวลานี้ อย่างไรก็ตาม ในปี 1925 Charles Ducasse ได้ยื่นสิทธิบัตรที่อธิบายกระบวนการเติมหมึกนำไฟฟ้าให้กับวัสดุฉนวน ซึ่งจะส่งผลให้มีแผงสายไฟแบบพิมพ์ (PWB) ในภายหลัง สิทธิบัตรนี้เป็นการใช้งานจริงครั้งแรกที่คล้ายกับ PCB แต่เป็นคอยล์ทำความร้อนแบบระนาบเท่านั้น เรายังไม่ได้รับการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าจริงระหว่างบอร์ดกับส่วนประกอบต่างๆ แต่เรากำลังใกล้เข้ามาแล้ว

PCB มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง คราวนี้ใช้เป็นคอยล์ทำความร้อนสำหรับ Charles Ducas

ภาวะเศรษฐกิจตกต่ำครั้งใหญ่ (ทศวรรษ 1930)

ในปี 1929 ตลาดหุ้นดิ่งลง และนวัตกรรมอันยิ่งใหญ่ในยุคของเราก็ดิ่งลง ที่นี่เราเห็นช่วงว่างงานมากกว่า 25% ธนาคารล้มเหลว 25,000 แห่ง และปัญหามากมายทั่วโลก มันเป็นช่วงเวลาอันน่าเศร้าสำหรับมนุษยชาติโดยรวม โดยปูทางไปสู่การผงาดขึ้นมาของฮิตเลอร์ มุสโสลินี สตาลิน และความขัดแย้งในโลกอนาคตของเรา PCB อาจจะเงียบจนถึงตอนนี้ แต่นั่นคือทั้งหมดที่กำลังจะเปลี่ยนแปลง

ภาวะเศรษฐกิจตกต่ำครั้งใหญ่ส่งผลกระทบต่อทุกคน ตั้งแต่ธนาคารไปจนถึงคนงานธรรมดา

สงครามโลกครั้งที่สอง (พ.ศ. 2482 – 2488)

สงครามโลกครั้งที่สองกำลังดำเนินอยู่ และสหรัฐอเมริกาเข้าร่วมการต่อสู้หลังจากการทิ้งระเบิดที่เพิร์ลฮาร์เบอร์ในปี 2485 สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับเพิร์ลฮาร์เบอร์คือความล้มเหลวในการสื่อสารทั้งหมดที่นำไปสู่การโจมตี สหรัฐฯ มีหลักฐานที่ดีว่ากำลังจะเกิดวิกฤติ แต่วิธีการติดต่อกับฐานทัพทหารในโฮโนลูลูทุกวิธีไม่ประสบผลสำเร็จ และเกาะแห่งนี้ก็ถูกตั้งตัวไม่ทัน

ผลจากความล้มเหลวนี้ กระทรวงกลาโหมตระหนักว่าพวกเขาต้องการวิธีการสื่อสารที่เชื่อถือได้มากขึ้น สิ่งนี้ทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กลายเป็นช่องทางหลักในการสื่อสารแทนที่รหัสมอร์ส

ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เราเห็นการใช้ PCB ครั้งแรกในฟิวส์ใกล้เคียงที่เรามีในปัจจุบัน อุปกรณ์นี้ใช้สำหรับขีปนาวุธความเร็วสูงที่ต้องการการยิงที่แม่นยำในระยะไกลบนท้องฟ้าหรือบนบก เดิมทีสายชนวนใกล้เคียงได้รับการพัฒนาโดยอังกฤษเพื่อตอบโต้การรุกคืบของกองทัพของฮิตเลอร์ ต่อมาได้มีการแบ่งปันกับสหรัฐอเมริกาซึ่งการออกแบบและการผลิตสมบูรณ์แบบ

หนึ่งในการใช้งานทางทหารครั้งแรก ๆ ที่ใช้ PCB คือฟิวส์ใกล้เคียง

ในช่วงเวลานี้ เรายังมี Paul Eisler ซึ่งเป็นชาวออสเตรียที่อาศัยอยู่ในสหราชอาณาจักร โดยได้จดสิทธิบัตรฟอยล์ทองแดงบนพื้นผิวแก้วที่ไม่นำไฟฟ้า ฟังดูคุ้นเคยใช่ไหม? นี่เป็นแนวคิดที่เรายังคงใช้อยู่ในปัจจุบันเพื่อสร้าง PCB ที่มีฉนวนและมีทองแดงอยู่ด้านบน/ล่าง Eisler ยกระดับแนวคิดนี้ไปอีกขั้นเมื่อเขาสร้างวิทยุจาก PCB ของเขาในปี 1943 ซึ่งจะปูทางไปสู่การใช้งานทางทหารในอนาคต

Paul Eisler สร้างวิทยุจากแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ตัวแรก

เบบี้บูมเมอร์ (ค.ศ. 1940)

เมื่อสงครามโลกครั้งที่สองใกล้จะจบลง เราเห็นทหารของเรากลับบ้าน สร้างครอบครัว และมีลูกมากมาย คิวเบบี้บูมเมอร์ ในยุคหลังสงครามที่เราได้เห็นการปรับปรุงครั้งใหญ่ในเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีอยู่ เช่น เครื่องดูดฝุ่น เครื่องซักผ้า โทรทัศน์ และวิทยุ ขณะนี้ภาวะเศรษฐกิจถดถอยครั้งใหญ่อยู่ข้างหลังเราแล้ว ผู้บริโภคจำนวนมากสามารถซื้ออุปกรณ์เหล่านี้ในบ้านของตนได้ในที่สุด

เรายังไม่เห็น PCB เกรดผู้บริโภค ผลงานของ Paul Eisler อยู่ที่ไหน? ลองดูทีวีเครื่องเก่าด้านล่างนี้แล้วคุณจะเห็นส่วนประกอบทั้งหมด แต่ไม่มีรากฐาน PCB อยู่ข้างใต้

ทีวี Motorola รุ่นเก่าปี 1948 ไม่มี PCB

แม้จะขาด PCB แต่เราได้เห็นการมาถึงของทรานซิสเตอร์ที่ Bell Labs ในปี 1947 ต้องใช้เวลาอีกหกปีในปี 1953 ก่อนที่อุปกรณ์จะถูกนำมาใช้ในการผลิตในที่สุด แต่ทำไมถึงใช้เวลานานขนาดนั้น ในสมัยนั้นข้อมูลถูกเผยแพร่ผ่านวารสาร การประชุม ฯลฯ ก่อนยุคข้อมูลข่าวสารจะแพร่กระจายเพียงใช้เวลาในการแพร่กระจาย

ทรานซิสเตอร์ตัวแรกเกิดที่ Bell Laboratories ในปี 1947

ยุคสงครามเย็น (พ.ศ. 2490 – 2534)

การมาถึงของยุคสงครามเย็นถือเป็นช่วงเวลาแห่งความตึงเครียดอย่างมากระหว่างสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียต เนื่องจากความแตกต่างระหว่างลัทธิทุนนิยมและลัทธิคอมมิวนิสต์ ยักษ์ใหญ่ทั้งสองนี้เกือบจะทำสงครามกันและทำให้โลกตกอยู่ภายใต้ภัยคุกคามจากการทำลายล้างด้วยนิวเคลียร์

เพื่อก้าวนำหน้าในการแข่งขันด้านอาวุธ ทั้งสองฝ่ายจะต้องปรับปรุงความสามารถในการสื่อสารเพื่อทำความเข้าใจว่าศัตรูกำลังทำอะไรอยู่ ที่นี่เราเห็น PCB ถูกใช้อย่างเต็มประสิทธิภาพ ในปี 1956 กองทัพสหรัฐฯ ได้เผยแพร่สิทธิบัตรสำหรับ "กระบวนการประกอบวงจร" ขณะนี้ผู้ผลิตมีวิธีในการยึดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ด้วยรอยทองแดง

ในขณะที่ PCB เริ่มแพร่หลายในโลกการผลิต เราก็พบว่าตัวเองอยู่ในการแข่งขันด้านอวกาศครั้งแรกของโลก รัสเซียมีความสำเร็จอันน่าทึ่งในช่วงเวลานี้ ได้แก่:

พ.ศ. 2500 การปล่อยดาวเทียมประดิษฐ์ดวงแรกชื่อ สปุตนิก

พ.ศ. 2502 ปล่อยยานลูนา 2 ยานอวกาศลำแรกไปยังดวงจันทร์

ในปี 1961 ยูริ กาการิน นักบินอวกาศคนแรกถูกส่งไปโคจรรอบโลก

สปุตนิก ดาวเทียมประดิษฐ์ดวงแรกของรัสเซีย เปิดตัวในปี พ.ศ. 2500

อเมริกาอยู่ที่ไหนทั้งหมดนี้? โดยทั่วไปแล้วจะล้าหลัง โดยทั่วไปจะใช้เวลาประมาณหนึ่งหรือสองปีในการพัฒนาเทคโนโลยีเดียวกัน เพื่อจัดการกับช่องว่างนี้ เราเห็นว่างบประมาณด้านพื้นที่ของสหรัฐฯ เพิ่มขึ้นห้าเท่าในปี 1960 นอกจากนี้เรายังมีสุนทรพจน์อันโด่งดังของประธานาธิบดีเคนเนดีในปี 1962 ซึ่งส่วนหนึ่งควรค่าแก่การกล่าวถึง:

“เราเลือกที่จะไปดวงจันทร์! เราเลือกที่จะไปดวงจันทร์เพื่อทำสิ่งอื่นในทศวรรษนี้ ไม่ใช่เพราะมันง่าย แต่เพราะมันยาก เพราะเป้าหมายนี้จะช่วยจัดระเบียบและวัดพลังและทักษะที่ดีที่สุดของเรา เพราะความท้าทายนี้คือสิ่งที่เราเต็มใจรับ สิ่งที่เราไม่เต็มใจที่จะเลื่อนออกไป และสิ่งที่เราเต็มใจที่จะชนะ” – จอห์น เอฟ. เคนเนดี ประธานาธิบดีแห่งสหรัฐอเมริกา 12 กันยายน พ.ศ. 2505

ทั้งหมดนี้นำไปสู่ช่วงเวลาสำคัญในประวัติศาสตร์ เมื่อวันที่ 20 กรกฎาคม พ.ศ. 2512 ชายชาวอเมริกันคนแรกได้ลงจอดบนดวงจันทร์

มนุษย์คนแรกบนดวงจันทร์ ช่วงเวลาแห่งประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ

ย้อนกลับไปที่ PCB ในปี 1963 เรามี Hazeltyne Corporation จดสิทธิบัตรเทคโนโลยีรูทะลุแบบชุบครั้งแรก ซึ่งจะทำให้ส่วนประกอบต่างๆ ถูกบรรจุไว้ใกล้กันบน PCB โดยไม่ต้องกังวลเรื่องการเชื่อมต่อข้าม เรายังเห็นการเปิดตัวเทคโนโลยี Surface Mount (SMT) ซึ่งพัฒนาโดย IBM การประกอบที่หนาแน่นเหล่านี้ถูกพบเห็นครั้งแรกในทางปฏิบัติในเครื่องเพิ่มกำลังจรวดของดาวเสาร์

พ.ศ. 2510 สิทธิบัตรเทคโนโลยี PCB ทะลุผ่านรูชิ้นแรก

รุ่งอรุณแห่งไมโครโปรเซสเซอร์ (1970)

ยุค 70 นำไมโครโปรเซสเซอร์ตัวแรกมาให้เราในรูปแบบของวงจรรวม (IC) เดิมได้รับการพัฒนาโดย Jack Kilby จาก Texas Instruments ในปี 1958 Kilby ยังใหม่กับ TI ดังนั้นแนวคิดเชิงนวัตกรรมของเขาสำหรับ IC จึงถูกปกปิดไว้เป็นส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม เมื่อวิศวกรอาวุโสของ TI ถูกส่งไปร่วมการประชุมหนึ่งสัปดาห์ Kilby ก็อยู่ข้างหลังและวิ่งตามความคิดในหัวของเขา ที่นี่ เขาได้พัฒนา IC ตัวแรกในห้องปฏิบัติการ TI และวิศวกรที่กลับมาก็ชอบมันมาก

Jack Kilby ถือครองวงจรรวมตัวแรก

ในทศวรรษ 1970 เราได้เห็นการใช้ไอซีครั้งแรกในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ณ จุดนี้ หากคุณไม่ได้ใช้ PCB สำหรับการเชื่อมต่อ คุณกำลังประสบปัญหาใหญ่

รุ่งอรุณแห่งยุคดิจิทัล (1980)

ยุคดิจิทัลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในสื่อที่เราบริโภค ด้วยการเปิดตัวอุปกรณ์ส่วนบุคคล เช่น แผ่นดิสก์, VHS, กล้อง, เครื่องเล่นเกม, Walkman และอื่นๆ อีกมากมาย

ในปี 1980 คอนโซลวิดีโอเกม Atari ทำให้ความฝันของเด็กๆ เป็นจริง

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่า PCB ยังคงวาดด้วยมือโดยใช้กระดานไฟและสเตนซิล แต่แล้วคอมพิวเตอร์และ EDA ก็เข้ามา ที่นี่เราเห็นซอฟต์แวร์ EDA เช่น Protel และ EAGLE ปฏิวัติวิธีที่เราออกแบบและผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แทนที่จะบันทึกรูปถ่าย PCB ตอนนี้เราสามารถบันทึกการออกแบบเป็นไฟล์ข้อความ Gerber ซึ่งสามารถป้อนพิกัดลงในเครื่องจักรในการผลิตเพื่อผลิต PCB ได้

ยุคอินเทอร์เน็ต (ทศวรรษ 1990)

ในยุค 90 เราได้เห็นการใช้ซิลิคอนเข้ามาอย่างเต็มที่ด้วยการเปิดตัว BGA ตอนนี้เราสามารถใส่เกทเพิ่มเติมบนชิปตัวเดียวได้ และเริ่มฝังหน่วยความจำและระบบบนชิป (SoC) เข้าด้วยกัน นี่เป็นช่วงเวลาของการย่อส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในระดับสูงด้วย เราไม่เห็นคุณสมบัติใหม่ๆ ที่เพิ่มเข้ามาใน PCB แต่กระบวนการออกแบบทั้งหมดเริ่มเปลี่ยนแปลงและพัฒนา โดยย้ายไปที่ IC

ขณะนี้นักออกแบบต้องใช้กลยุทธ์การออกแบบเพื่อทดสอบ (DFT) ในเค้าโครงของตน มันไม่ง่ายเลยที่จะแสดงส่วนประกอบและเพิ่มเส้นสีน้ำเงิน วิศวกรต้องออกแบบเลย์เอาต์โดยคำนึงถึงการปรับปรุงใหม่ในอนาคต ส่วนประกอบทั้งหมดเหล่านี้อยู่ในลักษณะที่สามารถถอดออกได้ง่ายหรือไม่? นี่เป็นข้อกังวลอย่างมาก

ยังเป็นยุคที่แพ็คเกจส่วนประกอบขนาดเล็ก เช่น 0402 ทำให้การบัดกรีแผงวงจรด้วยมือแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย ขณะนี้นักออกแบบอาศัยอยู่ในซอฟต์แวร์ EDA ของเขา และผู้ผลิตมีหน้าที่รับผิดชอบในการผลิตและประกอบทางกายภาพ

ส่วนประกอบยึดพื้นผิวจากใหญ่ไปเล็กที่สุด

ยุคไฮบริด (2000 และต่อๆ ไป)

ตัดมาที่ยุคปัจจุบันของการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์และ PCB สิ่งที่เราเรียกว่ายุคไฮบริด ในอดีต เรามีอุปกรณ์หลายเครื่องสำหรับความต้องการที่หลากหลาย คุณต้องมีเครื่องคิดเลข คุณซื้อเครื่องคิดเลข คุณต้องการเล่นวิดีโอเกม คุณซื้อคอนโซลวิดีโอเกม ตอนนี้คุณสามารถซื้อสมาร์ทโฟนและรับฟีเจอร์ในตัวที่แตกต่างกันถึง 30 ระดับ สิ่งนี้อาจดูค่อนข้างชัดเจน แต่ก็ค่อนข้างน่าประหลาดใจเมื่อคุณเห็นทุกสิ่งที่สมาร์ทโฟนของเราสามารถทำได้:

อุปกรณ์เล่นเกม สมุดที่อยู่ อีเมล์ เครื่องสแกนบาร์โค้ด ไฟฉาย กระดิ่ง กล้องนำทาง

ตารางเครื่องเล่นเพลง แผนที่ VCR อินเทอร์เน็ตเบราว์เซอร์ ปฏิทิน เครื่องเล่นภาพยนตร์ เครื่องคิดเลข

โทรศัพท์ โน๊ตบุ๊ค เครื่องบันทึกตั๋ว เครื่องตอบรับอัตโนมัติ สมุดธนาคารข้อความสั้น

เราอยู่ในยุคแห่งการรวมอุปกรณ์เข้าด้วยกัน แต่จะเกิดอะไรขึ้นต่อไป? PCB ได้รับการจัดตั้งขึ้นและเรามีกระบวนการและขั้นตอนสำหรับเกือบทุกอย่าง การใช้งานความเร็วสูงกำลังกลายเป็นเรื่องปกติ นอกจากนี้เรายังพบว่ามีนักออกแบบ PCB เพียง 25% เท่านั้นที่อายุต่ำกว่า 45 ปี ในขณะที่ 75% กำลังเตรียมที่จะเกษียณ อุตสาหกรรมดูเหมือนจะอยู่ในช่วงวิกฤต

อนาคตของการออกแบบ PCB จะเป็นหุ่นยนต์หรือไม่? อาจจะอยู่ในอุปกรณ์สวมใส่ที่มีวงจรดิ้น? หรือเราอาจเห็นโปรตอนแทนที่อิเล็กตรอนด้วยโฟโตนิก เท่าที่เรารู้เกี่ยวกับ PCB ทางกายภาพ สิ่งนั้นอาจมีการเปลี่ยนแปลงในอนาคต ไม่จำเป็นต้องมีสื่อทางกายภาพเพื่อให้สามารถเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ได้ แต่เป็นศักยภาพของเทคโนโลยีคลื่น สิ่งนี้จะช่วยให้ส่วนประกอบต่างๆ สามารถส่งสัญญาณแบบไร้สายได้โดยไม่ต้องใช้ทองแดง

อนาคตจะเป็นอย่างไร?

ไม่มีใครรู้จริงๆ ว่าอนาคตของการออกแบบ PCB หรือแม้แต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไปจะมุ่งหน้าไปทางใด เป็นเวลาเกือบ 130 ปีแล้วที่กล้ามเนื้อการผลิตของเราเริ่มทำงาน นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา โลกก็เปลี่ยนไปตลอดกาลด้วยการเปิดตัวผลิตภัณฑ์หลักๆ เช่น รถยนต์ เครื่องใช้ไฟฟ้า คอมพิวเตอร์ สมาร์ทโฟน และอื่นๆ อีกมากมาย หมดยุคแล้วที่เราพึ่งพาถ่านหิน ไม้ หรือน้ำมันในการดำรงชีพขั้นพื้นฐานและความอยู่รอดของเรา ขณะนี้เรามีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถตอบสนองความต้องการในชีวิตประจำวันของเราได้

แต่อนาคตจะเป็นอย่างไร? นี่เป็นเรื่องใหญ่ที่ไม่มีใครรู้จัก เราทุกคนรู้ดีว่าสิ่งประดิษฐ์ทุกอย่างที่อยู่ตรงหน้าเรายืนอยู่บนไหล่ของรุ่นก่อนๆ บรรพบุรุษของเรานำการออกแบบ PCB มาสู่จุดที่เป็นอยู่ทุกวันนี้ และตอนนี้เราจำเป็นต้องคิดค้นและปฏิวัติวิธีการออกแบบและโต้ตอบกับเทคโนโลยีของเรา อนาคตจะเป็นอะไรก็ได้ อนาคตขึ้นอยู่กับคุณ