Taal wijzigen
Introductie
Moderne elektronische componenten worden allemaal aangedreven door printplaten. Een ongelooflijk nuttige technologie die de manier waarop elektronische onderdelen met elkaar verbonden worden voorgoed heeft veranderd. Naarmate printplaten zich verder ontwikkelen, ontstaan er talloze vernieuwers en belangrijke mijlpalen. PCBTok leert je alles over de geschiedenis van printplaten, hoe ze zijn uitgevonden en hoe de technologie zich heeft ontwikkeld om ons te geven wat we vandaag de dag hebben.
Wat zijn printplaten (PCB's)?
Een printed circuit board is een niet-geleidende plaat, dat wil zeggen een dunne plaat. Het heeft geleidende lijnen, die meestal van koper zijn, erop gedrukt of geëtst. Op de plaat monteer je elektronische componenten. De componenten worden met elkaar verbonden door de koperen sporen die ze met elkaar verbinden. Deze onderdelen zijn draden op een PCB om verbinding te maken (of een compleet circuit te vormen). De soepele elektrische verbindingen en communicatie tussen de componenten via deze structuur maken het apparaat eenvoudig te laten werken.
Waarvoor worden PCB's gebruikt?
Bijna elk elektronisch apparaat bevat printplaten! De basisfunctie van een printplaat is het mogelijk maken van een eenvoudige handeling in een elektrisch apparaat. Door de printplaat te bouwen, worden er paden gecreëerd waarlangs elektriciteit en signalen kunnen worden geleid. Alle apparaten, inclusief smartphones, computers en entertainmentsystemen, gebruiken printplaten. Printplaten zijn cruciaal voor de werking van radio's , televisies en spelcomputers. Zonder printplaten zou moderne elektronica niet bestaan.
Mensen met directe invloed op de geschiedenis van PCB's
Verschillende briljante geesten, wiens werk direct van invloed was op de geschiedenis van PCB's, hebben de geschiedenis van PCB's geschreven. En dit zijn de mensen die hebben geholpen bij het pionieren van enkele van de belangrijkste PCB-technologieën. Ieder persoon speelde zijn of haar rol in het veranderen van elektronica zoals we die vandaag de dag kennen, van vroege concepten tot grote doorbraken.
Albert Hanson
In 1903 deed de Duitse uitvinder Albert Hanson een belangrijke ontdekking. Hij gebruikte platte foliegeleiders op isolatieplaten om een eenvoudige printplaat te ontwikkelen. Dit was een poging om draadverbindingen in de elektronica te vereenvoudigen. Deze primitieve verbindingsvorm vormde een stap richting moderne printplaten. Hanson maakte elektronica eenvoudiger en betrouwbaarder. Zijn werk was vooral belangrijk omdat het essentiële kenmerken introduceerde, zoals het gebruik van doorvoergaten en geleiders aan beide zijden, wat nog steeds van grote invloed is op het ontwerp van moderne printplaten.
Thomas Edison
In 1904 bracht hij een verbetering aan op eerdere PCB-ideeën. Om ze duurzamer en minder flexibel te maken, plateerde hij geleiders op linnenpapier. Deze laatste stap was essentieel voor de potentiële toekomst van de meerlaagse PCB . De geleiders en isolatoren die Edison hiervoor ontwikkelde, hebben bijgedragen aan de vormgeving van moderne PCB-ontwerpen. Hij ontwikkelde materialen die beschermen tegen kortsluiting in elektronica, waardoor deze veiliger en betrouwbaarder zijn. Hoewel de PCB later ontstond, zijn er overeenkomsten met Edisons innovatie in de elektrotechniek, die de basis vormt voor de huidige ontwikkelingen in elektronische circuits.
Arthur Berry
In 1913 redde Arthur Berry een belangrijke stap in het circuitontwerp. Een van zijn patenten was een methode voor het etsen van metaal om circuits te tekenen. Berry gebruikte een resist om te voorkomen dat er in metaal werd gesneden en etste vervolgens de ongewenste onderdelen weg. Het verminderde het aantal breuken en verbeterde de precisie. De sleutel tot moderne PCB-productie, zijn techniek was de print- en etsmethode.
Max Schol
Deze briljante uitvinder leverde in 1916 een belangrijke bijdrage aan de PCB-technologie. Hij ontving een patent voor het vlamspuiten van metaal op een printplaat via een gepatroneerd masker.
Charles Ducas
Hij leverde in 1925 een belangrijke bijdrage aan de printplaattechnologie. Later patenteerde hij een methode voor het galvaniseren van circuitpatronen. Met dit proces wordt een elektrische coating verkregen. In 1927 zette Ducas een volgende stap. Hij printte draden rechtstreeks op printplaten met behulp van een sjabloon en geleidende inkt. Op een geïsoleerd oppervlak produceerde deze methode een helder elektrisch pad. Door de basis te leggen voor moderne printplaten, wist hij dit alles te bereiken. Ducas bedacht ook meerlaagse ontwerpen, die bestaan uit het in serie schakelen van printplaten.
Paul Eisler
Hij was de uitvinder van de moderne printplaat. Voor de Tweede Wereldoorlog verliet hij Oostenrijk en verhuisde naar Engeland. Met behulp van zijn printvaardigheden printte Eisler circuits op borden. Deze procedure verving de langzame manier van handmatig solderen van draden. Het eerste gebruik van zijn PCB's was in radiotoestellen in de oorlog. De Britten en Amerikanen hadden veel te danken aan Eislers uitvinding. De elektronica die we vandaag de dag gebruiken, is allemaal door zijn werk gelegd.
John Sargrove
Hij was een Britse ingenieur die werkte aan printplaten. Geboren in 1906, heette hij oorspronkelijk John Adolphe Szabadi. In 1938 veranderde hij zijn naam. Hij experimenteerde met het spuiten van metaal op bakeliet tijdens zijn werk bij het Britse Tungsram. De verwijderde darmen werden voorzien van een structuur om weerstanden , condensatoren en elektrische verbindingen op één oppervlak te vormen terwijl dit proces plaatsvond. Zijn werk was baanbrekend voor de universele printplaat. Paul Eislers werk in 1943 legde de basis voor Sargroves technieken, die vervolgens werden gebruikt om circuitontwerp verder te ontwikkelen, voordat de kosten en het gemak van productie het haalbaarder maakten om complexe elektronica te produceren.
Vroege PCB's
Voorheen werd dit circuit op een metalen chassis met isolatoren gemonteerd. Dit waren enorm grote, zware en kwetsbare circuits. Ze waren bovendien duur en tijdrovend om te maken. In 1943 vond Paul Eisler de eerste eenvoudige, stijve printplaat uit . Zijn ontwerp elimineerde draadverbindingen, waardoor elektronica efficiënter en compacter werd. Deze methode werd snel overgenomen door ingenieurs, wat bijdroeg aan de ontwikkeling van de moderne printplaten die we vandaag de dag gebruiken, die veel lichter en stabieler zijn.
De geschiedenis van PCB's
PCB's zijn fascinerend om over de geschiedenis te leren, en hoe ze van hun begin tot nu toe een ruggengraat van moderne elektronica zijn geworden. Hieronder staan de belangrijkste mijlpalen die hielpen bij het definiëren van PCB-technologie van decennium tot decennium. U leert hoe PCB's elektronische circuits revolutioneerden, van vroege experimenten tot de meerlaagse ontwerpen van vandaag.
1879 tot 1900 – Het vergulde tijdperk
Deze periode is de periode waarin mensen een snelle groei in de hoeveelheid industriële en technologische groei doormaakten. In steden en plattelandsgebieden die waren aangesloten op een elektriciteitsnet verving elektriciteit olie en steenkool bij de komst ervan. Telefoon, gloeilamp en camera worden ontwikkeld. PCB's waren nog niet echt ontwikkeld, maar de vooruitgang in elektrische energie in deze tijd was gunstig voor de komst van PCB's. Deze cruciale ontwikkelingen in het einde van de 19e eeuw waren de oorsprong van veel, veel van de huidige technologieën.
1925 – Het eerste printplaatontwerp
De Amerikaanse uitvinder Charles Ducas patenteerde in die periode het ontwerp van de eerste printplaat. Hij creëerde een elektrisch pad door geleidende inkt op een oppervlak aan te brengen. Het werd bedekt met isolatie en met een sjabloon. Dit vertegenwoordigde het begin van het idee van 'printed circuits'. Ducas' werk was de basis voor de moderne printplaten. Het omvat bijvoorbeeld vroege suggesties voor meerlaagse platen. Zijn eerste stap in zijn uitvinding was om traditionele bedrading te vervangen door printplaten. Tegenwoordig is het een kerntechnologie van moderne elektronica.
1936 – De eerste printplaat in een radio
Dit is het moment waarop de eerste printplaat (PCB) wordt ontworpen en geassembleerd. Deze printplaat werd gebruikt in een radio voor oorlogscommunicatie. Het was een Oostenrijkse ingenieur die in het Verenigd Koninkrijk werkte. Hij vond iets uit dat de elektronica veranderde, waardoor deze kleiner en efficiënter werd. Het werd in 1941 gebruikt in Duitse zeemijnen. Het vroege gebruik toonde aan hoe nuttig de technologie was, zowel voor militaire als voor alledaagse toepassingen.
1943 – Eisler patenteert geavanceerd PCB-ontwerp
Nadat hij de eerste printplaat voor een radio had ontwikkeld, werkte hij samen met Henderson en Spalding. Hij wist investeerders te overtuigen om in zijn idee te investeren via een nieuw bedrijf genaamd Technograph. Helaas verloor Eisler door een contractfout de rechten op zijn uitvinding. Hij wist echter wel drie belangrijke patenten te bemachtigen voor verschillende toepassingen. Een van deze patenten betrof het etsen van circuits op koperfolie op een niet-geleidend, met glasvezel versterkt substraat. Zijn printplaten werden na de Tweede Wereldoorlog veelvuldig gebruikt in vliegtuigelektronica. Helaas brachten slechts weinig bedrijven hun Technograph-patenten op de markt, wat leidde tot financiële problemen. Eisler nam in 1957 ontslag.
1944 – Militaire samenwerking op het gebied van PCB-technologie
Gesponsord door de Verenigde Staten en Groot-Brittannië werden nabijheidsontstekers ontwikkeld voor militair gebruik. Tijdens de Tweede Wereldoorlog waren deze ontstekers essentieel voor mijnen, bommen en artilleriegranaten. Ze werden rond 1943 op grote schaal gebruikt. Wat ze echter nodig hadden, was een elektronisch circuit dat bestand was tegen grote krachten. De Centralab-divisie van Globe Union stelde een oplossing voor. Ze gebruikten een keramische plaat met daarop metaalverf gedrukt voor de circuits. Dit bleek een succes en leidde tot een geheim patent dat aan Globe Union werd toegekend.
1948 – PCB-technologie vrijgegeven aan het publiek
PCB-technologie werd gepubliceerd door het Amerikaanse leger. Deze release hielp bij de snelle ontwikkeling van elektronica. Deze vooruitgang werd deels geleid door Harry W. Rubinstein. In 1984 ontving hij de Cledo Brunetti Award voor zijn vroege werk. Daarnaast werd Rubinstein erkend door de University Wisconsin-Madison voor zijn innovaties. Het werk omvatte het printen van componenten op een gemeenschappelijk substraat. Het ontwikkelen van geïntegreerde schakelingen vereiste dit.
Jaren 1950 – Introductie van transistoren
De elektronicamarkt veranderde met de komst van transistors . Ze maakten apparaten kleiner en betrouwbaarder. Deze ontwikkeling maakte het eenvoudig om printplaten (PCB's) te integreren. PCB-technologie werd voor het eerst commercieel uitgebracht in de VS in 1948. PCB's werden in de jaren 1950 algemeen gebruikt in consumentenelektronica , mede dankzij het automatische assemblageproces. Motorola was een pionier op het gebied van radio's voor thuisgebruik met vergulde printplaten. Hiervoor investeerden ze $1 miljoen over een periode van zes jaar. In november 1952 introduceerde Hallicrafters ook een product met printplaten: een wekkerradio.
Jaren 1950 tot 1960 – Dubbelzijdige platen en corrosiebestendigheid
Ondertussen was de ontwikkeling van printplaten in deze periode aanzienlijk. Ze werden dubbelzijdig, met de gewenste componenten aan de ene kant en de bedrukking aan de andere kant. Nieuwe ontwerpen werden voorzien van zinkplaten, wat ze beter bestand maakte tegen corrosie en schade op de lange termijn hielp voorkomen. Ondanks deze vooruitgang bleven veel industrieën de point-to-point-methode gebruiken, die tot eind jaren 60 in televisies en hifi- apparatuur werd toegepast. De printplaten waren ontworpen om de afmetingen, het gewicht en de kosten te verlagen. In 1960 was de situatie echter anders. In die tijd gebruikte een radio slechts één printplaat, terwijl een televisie meerdere printplaten nodig had om te functioneren. Componentdraden werden in doorgeboorde gaten gestoken, een doorsteekmontage.
Jaren 1960 – Het tijdperk van geïntegreerde schakelingen en meerlagige printplaten
In de oudheid veranderden geïntegreerde schakelingen (IC's) het ontwerp van elektronica voorgoed. Deze siliciumchips bevatten duizenden componenten op één chip. Daardoor werden apparaten sneller en betrouwbaarder. Printplaten moesten zich aanpassen om deze IC's te kunnen plaatsen. Er waren nu veel meer geleiders en lagen. Printplaten werden kleiner naarmate de IC-chips kleiner werden. Het solderen van verbindingen werd lastiger. Naarmate de elektronica zich verder ontwikkelde, nam de behoefte aan grotere precisie toe.
Jaren 1970 – Verwarring tussen PCB en polychloorbifenyl
In die tijd werden polychloorbifenylen (PCB 's) verward met printplaten. Dit leidde tot bezorgdheid over de gezondheid en het milieu. Om dit te voorkomen, werden printplaten (PWB's) in plaats van PCB's gebruikt. Dit veranderde de situatie en er ontstonden minder misverstanden. Gelukkig werden polychloorbifenylen in de jaren negentig uitgefaseerd en bleef de naamswijziging van kracht. Het vertrouwen van het publiek was afhankelijk van duidelijke terminologie.
Jaren 1970 tot 1980 – Ontwikkeling van soldeermaskers
Het werd belangrijk voor printplaten (PCB's). Dit hielp corrosie van sporen en componenten te verminderen. Moderne conformal coatings lijken op de epoxyverbindingen die aanvankelijk werden gebruikt. Later werden dunne polymeer soldeermaskers ontwikkeld. Het solderen werd eenvoudiger en kortsluiting tussen circuits werd door deze maskers voorkomen. Deze innovatie maakte het mogelijk om dichtere circuitontwerpen te ontwikkelen. Uiteindelijk werden foto-afdrukbare polymeercoatings gerealiseerd. Deze konden op de circuits worden aangebracht en vervolgens door belichting worden aangepast.
Jaren 1980 – Surface Mount Technology (SMT) zorgt voor een revolutie in PCB-assemblage
Er ontstond een nieuwe assemblagetechnologie: SMT, oftewel Surface Mount Technology . Daarvoor hadden alle printplaatcomponenten aansluitdraden voor de verbinding met de buitenwereld. Deze draden werden in gaten in de printplaat gesoldeerd. Deze gaten namen ruimte in beslag die anders voor de circuitgeleiding gebruikt zou worden. Met SMT, waarbij componenten direct gesoldeerd kunnen worden, veranderde dit. Er waren geen gaten meer nodig. De oorspronkelijke benaming voor SMT was "planar mounting", een demonstratie van IBM in 1960. Later paste NASA dit ontwerp toe in zijn Launch Vehicle Digital Computer. SMT droeg bij aan de verbetering van de industriestandaard. De prestaties verbeterden en de productiekosten daalden.
Jaren 1990 – De rol van CAD/CAM-software bij PCB-miniaturisatie
PCB's begonnen kleiner te worden. De reden hiervoor was de popularisering van CAD/CAM-software. Het is een software die u kunt gebruiken om PCB's eenvoudig en snel te ontwerpen. Veel ontwerpstappen zijn geautomatiseerd. Het maakt het mogelijk om ontwerpen te maken met kleinere, kortere componenten. Ondertussen upgraden leveranciers hun apparaten. Werken op efficiëntie en laag energieverbruik zijn hun focus. Ze streven ook naar hogere betrouwbaarheid en lagere kosten. PCB's worden nog kleiner door kleinere verbindingen. Deze trend in miniaturisatie blijft nog steeds van invloed op de industrie die we vandaag de dag kennen.
2000s – Meerlagige en flexibele PCB's
Printplaten zijn enorm veranderd. Ze zijn kleiner en lichter geworden. De enorme toename in het aantal lagen heeft geleid tot een grotere complexiteit. In deze periode ontstonden meerlaagse en flexibele printplaten . Deze ontwerpen bieden meer functionaliteit in veel elektronische apparaten. Ze nemen weliswaar toe in formaat, maar behouden zoveel mogelijk functionaliteit. Bovendien verlagen ze de kosten. Printplaten passen in kleine ruimtes en hebben een flexibel ontwerp.
De printplaten die we tegenwoordig allemaal kennen
Printplaten hebben tegenwoordig een nieuwe reputatie. Ze worden niet langer geassocieerd met chemische printplaten. Nu kun je ze gewoon PCB's noemen. Printplaten en draadprintplaten worden in de industrie veelvuldig gebruikt. Maar printplaten zijn al behoorlijk populair. PCB's blijven zich ontwikkelen en worden steeds kleiner en complexer. Flexibel-rigide printplaten worden nu veel gebruikt. Bij dit ontwerp worden harde en flexibele lagen gecombineerd. Hierdoor zijn flexibel-rigide printplaten dunner en passen ze in krappe ruimtes.
De toekomst en trend van de PCB-markt
De marktwaarde zal naar verwachting USD 76.12 miljard bereiken. Sterker nog, het kan USD 93.87 miljard bereiken in 2029. Het betekent dat het bedrijf met 4.28 procent per jaar zal groeien. Er zijn verschillende groeifactoren. Mensen gebruiken eerst elektronische apparaten. Ten tweede ontwikkelt de technologie zich. Ten derde is er een toename in de wereldwijde vraag naar connectiviteit. De PCB-industrie staat op het punt om in 2023 te herstellen, wat lager is dan vorig jaar. Dit zal worden aangestuurd door innovaties.
Veelgestelde vragen over de geschiedenis van PCB's
Hoe is PCB van het leger naar de consumentenmarkt verhuisd?
Nu begon het allemaal na de aanval op Pearl Harbor in december 1941. Betere communicatie had het Amerikaanse leger misschien kunnen helpen leren. In de Tweede Wereldoorlog vonden ze namelijk een Brits apparaat dat bekendstaat als een proximity fuse. Het apparaat kon ervoor zorgen dat artilleriegranaten doelen nauwkeurig raakten. Maar in de jaren 1970 waren ze grotendeels fundamenteel voor allerlei soorten thuiscomputers en gadgets. Vrijwel elk elektronisch apparaat dat u nu gebruikt, bevat PCB's. Dat is hoe ver ze zijn gevorderd van hun militaire wortels.
Wat zijn enkele huidige trends in PCB-technologie?
De printplaatindustrie ontwikkelt zich razendsnel. 3D-printing heeft nu al een grote impact. De manier waarop printplaten worden geproduceerd, verandert door deze technologie. Toekomstige ontwikkelingen zullen zich mogelijk richten op milieuvriendelijke materialen zoals printplaten van papier. Fabrikanten zullen zich ook richten op kleinere ontwerpen met een hogere capaciteit. Geïntegreerde chips en gegoten plastic printplaten met ingebouwde componenten zullen de komende jaren naar verwachting een groei in de printplaatsector teweegbrengen.
Wat is de geschiedenis van PCB-etsen?
PCB-etsen dateert uit 1913. Arthur Berry, Engelse uitvinder, patenteerde printen en etsen. Hij liet zien hoe je circuits kunt maken door het metaal te etsen. Hij illustreerde ook hoe je een weerstandslaag op het metaal kunt aanbrengen en het vervolgens kunt etsen. Dit was veel beter dan snijden, waarbij de hoeken zo scherp waren.
Waarom zijn sommige PCB's zwart?
Het soldeermasker geeft de printplaat zijn kleur. Fabrikanten gebruiken soldeermaskers om koperen sporen te beschermen. Het voorkomt oxidatie, oftewel roest, en de vorming van soldeerbruggen. Er zijn veel kleuren beschikbaar, maar groen is het populairst. Zwart is ook een populaire kleur. Sommige fabrikanten produceren zwarte printplaten voor speciale elektronische producten. Denk bijvoorbeeld aan fabrikanten van moederborden voor computers, die verschillende kleuren gebruiken voor hun producten. Een high-end gaming-moederbord kan zwart zijn , een goedkoper model groen . De kleur van de printplaat is niet het belangrijkste – het heeft geen invloed op de kwaliteit of prestaties.
Conclusie
Samenvattend hebben we het PCB-verhaal en de geschiedenis van PCB's besproken. Je hebt geleerd wat PCB's zijn en hoe ze worden gebruikt in de moderne elektronica van vandaag. Je bespreekt sleutelfiguren zoals Charles Ducas en Paul Eisler, belangrijke mijlpalen, van de uitvinding van het printplaatontwerp. Een ander belangrijk punt is de vooruitgang van technologie zoals surface mount-technologie en flexibele PCB's. Verder onderzoekt dit PCBTok-artikel ook hoe de toekomst van PCB's zich zal ontwikkelen en geeft het antwoorden op de meest gestelde vragen.
