История инноваций в области печатных плат и их влияние

Перейти к: Что такое печатные платы? | Где используются печатные платы | История печатных плат | 1850-1900 | 1900-1950 | 1950-2000 | 2000 г. и позже | Качественные печатные платы

Печатные платы — это внутренние компоненты, передающие электрические сигналы через электронные устройства. Каждый раз, когда вы включаете компьютер или нажимаете кнопку на смартфоне, радиобудильнике или стереокомпоненте, вы взаимодействуете с печатной платой, которая находится внутри корпусов всех подобных устройств. Если электричество является источником жизненной силы электроники, то печатные платы являются жизненно важными внутренними органами.

В сегодняшнем мире, в значительной степени зависящем от устройств, большинство людей не знают о сложных схемах, содержащихся в каждом смартфоне или портативном MP3-плеере. Без печатных плат современные технологии были бы невозможны.

Что такое печатные платы?

Печатная плата (PCB) – это подложка, на которую нанесены электрические компоненты. Печатные платы бывают однослойными, двухслойными и многослойными с соответствующими медными слоями. Печатные платы с самой высокой плотностью состоят из нескольких слоев. Они содержат покрытые металлом отверстия, которые соединяют проводники на разных слоях. На более сложных печатных платах подложка часто состоит из конденсаторов, резисторов и других компонентов. Слои большинства прочных печатных плат обычно состоят из подложки из стеклоэпоксидной смолы FR-4.

Печатные платы являются неотъемлемой частью практически всех электронных устройств, за исключением самых простых продуктов. Конструкция печатной платы включает в себя сложные детали схемы, но сборка и производство печатных плат могут быть реализованы единообразно. Поскольку печатные платы состоят из смонтированных, соединенных проводами компонентов с одной деталью, массовое производство печатных плат является простым, относительно недорогим и, как правило, безошибочным процессом, особенно по сравнению с другими вариантами разводки, такими как двухточечное соединение и накрутка проводов.

Аббревиатура PCB применяется как к голым платам, так и к собранным платам. Если на плате есть медные соединения, но отсутствуют встроенные детали, более подходящим названием будет печатная плата, несмотря на фактическое устранение этого термина из технологического жаргона. Другие, более распространенные термины включают сборку печатной платы и сборку печатной платы, которая представляет собой печатную плату с электронными частями.

Где используются печатные платы?

Печатные платы необходимы в огромном количестве электронных устройств и компьютерных компонентов. ПХД в их современном виде существуют с 1960-х годов, когда они были компонентами калькуляторов, кассовых аппаратов и других простых устройств с электрическими цепями.

В 1970-х годах печатные платы начали появляться в цифровых часах и некоторых из первых в мире видеоигр и персональных компьютеров. К 1980-м годам ПХД использовались в радиоприемниках, кассетных видеомагнитофонах, игровых приставках Atari, проигрывателях компакт-дисков и лазерных дисков, а также в беспроводных телефонах. В 1990-е годы все более совершенные и миниатюрные печатные платы стали причиной распространения настольных компьютеров и периферийных устройств, таких как сканеры и принтеры, среди обычных американцев.

Быстрая эволюция компьютеризированных устройств с конца 1990-х годов привела к созданию печатных плат все меньшего и меньшего размера с большей емкостью, чем платы предыдущих десятилетий. Смартфоны, например, стали более компактными, но устойчивыми к повреждениям. Примерно 12 лет аналогичное развитие произошло с портативными MP3-плеерами, которые прошли путь от тяжелых и громоздких плееров Archos начала 2000-х до гладких и легких моделей iPod Nano, пользующихся популярностью у современных мобильных слушателей.

Разработка компонентов микросхем с большей универсальностью облегчила миниатюризацию устройств. С массивами микрошариков и более короткими платами компании теперь могут производить небольшие компьютеризированные устройства, зная, что печатные платы достаточно компактны, чтобы поместиться в корпусе под рукой. Это контрастирует с более ранними печатными платами, где размер платы часто диктовал требования к размеру закрывающего устройства.

История печатных плат

За последние полвека технологические компоненты печатных плат были количественно определены до микроуровней. В 1960-х годах печатная плата типичного калькулятора состояла примерно из 30 транзисторов. Сегодня печатная плата среднего компьютера состоит из миллионов транзисторов в одном чипе на материнской плате. Эти разработки позволили загружать все более высокие уровни функциональности на все более и более миниатюрные устройства. Более того, такие компоненты, как конденсаторы и резисторы, также уменьшились в несколько раз по сравнению с их прежними размерами.

Расширенные возможности, которые предоставляют современные печатные платы, приучили пользователей к мгновенным активациям при каждом мыслимом запросе. По всей вероятности, современного пользователя ПК или мобильного устройства расстроит всего лишь пятисекундная задержка в той или иной функции. Возможно, наиболее ярким признаком эволюции печатных плат являются видеоигры, которые прошли путь от простых систем Pong 1970-х годов до фотореалистичных сценариев, которые позволяют геймерам сражаться и участвовать в гонках на современных игровых консолях.

Мы можем проследить историю печатных плат задолго до того, как они появились в дизайне. Колеса пришли в движение в тот момент, когда Бенджамин Франклин запустил воздушного змея в грозу и открыл электрические свойства молнии.

1850-1900

Одной из отличительных черт второй половины 19-го века был технологический прогресс стремительными темпами. В течение десятилетий, последовавших за Гражданской войной, города вверх и вниз по Восточному побережью и по всему Среднему Западу были оснащены электроэнергией, которая заменила использование мазута и угля. По мере распространения электричества пригороды и сельские районы также были подключены к вновь образованной энергосистеме. Тем временем нефть почти утратила свою ценность, пока на рубеже веков не появился необходимость в бензине.

Распространение электроэнергии предвещало появление телефонов, лампочек и потребительских фотоаппаратов, которые появились на рынке в последней четверти 1800-х годов. Несмотря на то, что сама печатная плата не существовала в то время, технологические основы ее возможного развития почти полностью уходят корнями в конец 19 века.

1900-1950

В 1903 году немецкий изобретатель Альберт Хэнсон подал первый патент на устройство, похожее на печатную плату. Устройство представляло собой плоский проводник для многослойной изоляционной платы. Однако устройства этого типа не получили широкого распространения в новых технологиях начала 20 века, когда появились радиоприемники, фонографы, стиральные машины, сушилки и пылесосы.

Подобно тому, как наивное излишество Золотого века ушло в прошлое вместе с Титаником, а ужасы Великой войны сломили националистические чувства, величайшим триумфом человека над природой стало создание самолетов. На фоне неудавшегося эксперимента сухого закона американцы больше стремились уйти от машин и отправиться в ближайший спикизи, чтобы провести пропитанные джином ночи под декоративными огнями.

Великая депрессия, вызванная крахом фондового рынка в октябре 1929 года, стала еще одним препятствием на пути эволюции ПХБ. Это событие положило конец легкомыслию эпохи джаза и положило начало периоду цепных банд, очередей за хлебом и тесных многоквартирных домов, где у семей не было денег, чтобы тратить их на предметы роскоши.

Первая значительная адаптация технологии, подобной печатным платам, произошла после нападения на Перл-Харбор в декабре 1941 года, ослепившего Америку. Военная разведка полагала, что могла бы предотвратить это нападение, если бы Государственный департамент был лучше оснащен для связи с военной базой в Гонолулу, где за некоторое время до этого вырисовывались намеки на неминуемую опасность.

Когда страна оказалась втянутой во Вторую мировую войну, вооруженные силы США столкнулись с британским устройством, известным как бесконтактный взрыватель, который оснащал артиллерийские снаряды способностью поражать точные цели на обширных участках земли и моря.

Американские военные в конечном итоге подхватили и приняли концепцию бесконтактного взрывателя, улучшив конструкцию и сделав ее пригодной для массового производства. Примерно в то же время австрийский изобретатель из Великобритании Пол Эйслер усовершенствовал концепцию печатных плат с помощью устройства, в котором использовалась медная фольга на непроводящей стеклянной основе. Дизайн предвосхищает современную медную изоляцию сверху и снизу на печатных платах. Изобретатель также представил в 1943 году радиоприемник с печатной платой, который впоследствии оказался полезным в военных операциях.

1950-2000

С окончанием Второй мировой войны произошло возвращение к домашнему хозяйству, поскольку американские военнослужащие вернулись из Европы и с Дальнего Востока. Фрэнк Синатра выпускал хит за хитом, бобби соксерс меняли косметику для ног на настоящие нейлоновые чулки, а семьи радовались новым изобретениям, таким как пластинка на 33 оборота в минуту и ​​телевизор. Конец Великой депрессии ознаменовал подъем среднего класса, что стимулировало развитие пригородов на окраинах городов и по всей Америке.

Первое значительное послевоенное использование печатных плат произошло в 1947 году с транзистором Bell Labs. По мере того как в 1950-х годах между Соединенными Штатами и Советским Союзом нарастала напряженность времен холодной войны, каждая сторона должна была наращивать свои коммуникационные возможности, чтобы быть в курсе событий на фронте противника. Подобно тому, как Элвис Пресли впервые попал на телеэкраны, тряся тазом под песню «Отель разбитых сердец», в 1956 году армия США запатентовала «технологию сборки электрических цепей».

Впервые появилась возможность удерживать электричество и обмениваться данными между медными компонентами. Началась гонка за первое место в космосе, которую Советы выиграли по нескольким направлениям, запустив в 1957 году первый спутник «Спутник». орбите Земли в 1959 и 1961 годах соответственно.

В 1963 году — как раз когда США наращивали свои собственные космические подвиги, а скорбящие по Джону Кеннеди бумеры готовились к битлам и последующему британскому вторжению — в технологии печатных плат произошли два события. В одном из них использовалась технология сквозных отверстий с покрытием, патент Hazeltine Corp., которая позволяла размещать компоненты на одной печатной плате близко друг к другу без риска конфликта. Вторым нововведением того времени стала разработка технологии поверхностного монтажа, любезно предоставленная IBM. Обе инновации были важными компонентами ракетных ускорителей Saturn.

Когда психованные Technicolor 1960-х уступили место кокаиновым 1970-м, инженер Texas Instruments Джек Килби представил первый микропроцессор. Килби разработал интегральную схему, которая быстро стала применяться в сборке электроники. К этому времени печатные платы стали обычным явлением в компьютерных технологиях. Во второй половине десятилетия на рынке появились первые домашние компьютеры, начиная с MITS Altair 8800 и IMSAI 8080 в 1975 году, а затем Apple 1 в апреле 1976 года.

Несмотря на инновацию для своего времени, технология 8-трекового аналогового Super 8 1970-х быстро устарела благодаря высокотехнологичным достижениям кристально чистого цифрового объемного звука 1980-х. По мере того, как Майкл Джексон продвигал поколение X в эпоху видео, в течение десятилетия в жилых комнатах и ​​карманах обычных американцев появились устройства, основанные на печатных платах. Такие гаджеты, как видеомагнитофоны, проигрыватели компакт-дисков, плееры Walkman, беспроводные телефоны и игровые приставки, передавали сигналы через печатные платы. Персональные компьютеры и программное обеспечение EDA также получили распространение в это время.

Как бы ни недоставало 1990-х годов в отношении культурной самобытности, это было время бума для технологии печатных плат. 90-е были десятилетием, когда устройства стали меньше благодаря разработкам в дизайне печатных плат, которые позволили увеличить количество вентилей на отдельных микросхемах. По мере того, как все больше домохозяйств подключались к Интернету — сначала через коммутируемое соединение, а затем, ближе к концу десятилетия, через кабельные и DSL-линии, — персональный компьютер стал неотъемлемой частью домашнего хозяйства.

Компьютеры больше не были большими, сложными машинами, которые запускали ядерные взрывы по нажатию не той кнопки — теперь они были компактными, доступными, интерактивными устройствами, которые давали каждому кончики пальцев мира, полного информации. Печатные платы также были важным компонентом сотовых телефонов, которые быстро превзошли беспроводные телефоны с антенной и к середине 90-х годов стали обычным символом статуса.

На фоне быстрого технического прогресса и миниатюризации возникла повышенная потребность в разработке печатных плат с учетом возможности модификации. В то время как более ранние печатные платы можно было модифицировать с помощью простой перемонтажа, новые платы имели более мелкие детали, которые было физически труднее изменить, не говоря уже о пайке. Следовательно, проектирование печатных плат стало более специализированным процессом.

2000 год и позже

21-й век стал свидетелем инноваций последних 50 лет, интегрированных и сжатых в единственные легкие устройства, которые люди могут носить с собой куда угодно. Если раньше для каждой функции требовалось отдельное устройство — телефон для звонков, калькулятор для математики, стереосистема для музыки, телевизор для фильмов и шоу, ПК для доступа в Интернет, камера для фотографий и т. д., — теперь вы можете выполнять все функции и использовать любой тип мультимедиа на ноутбуке, планшете или смартфоне с мобильным подключением.

Можно только догадываться, какое будущее ждет печатные платы и технологии, которые они воплощают в жизнь. Поскольку разговоры об умных домах, беспилотных транспортных средствах и искусственном интеллекте распространяются, печатные платы различных размеров, вероятно, будут компонентами автоматических ручек и ручек в компьютеризированных зданиях и автомобилях. Точно так же печатные платы могут быть вставлены под движущиеся части ожидаемых технологий, таких как военные роботы и роботы для совместной работы.

Качественные печатные платы от Millennium Circuits Limited

С момента развития электроники и компьютеризированных технологий печатные платы содержали внутренняя схема, которая позволяет таким устройствам активироваться и функционировать. Без печатных плат послевоенные технологии никогда бы не приблизились к нынешнему уровню высокотехнологичных возможностей и сложности. Поскольку предельный потенциал компьютерных устройств приближается к своему пределу, общественность ожидает будущего от дронов для доставки, беспилотных автомобилей, роботизированного труда и интеллектуальной техники.

Чтобы оставить свой след в следующей волне технических инноваций, вам потребуются печатные платы, оснащенные необходимыми функциями. Свяжитесь с Millennium Circuits, чтобы быстро рассчитать стоимость печатных плат.