De evolutie van geprint printplaten: Innovaties en impact

Snel naar: Wat zijn geprint printplaten? | Waar worden printplaten gebruikt | De geschiedenis van PCB's | 1850-1900 | 1900-1950 | 1950-2000 | 2000 en verder | Kwaliteit printplaten

Geprint printplaten zijn de interne componenten die elektrische signalen door elektronische apparaten transmissieren. Elke keer dat u een computer aanzet of op een knop van een smartphone, radio-wekker of stereo-component drukt, interageert u met een geprint printplaat, die zich binnen de behuizingen van al dergelijke apparaten bevindt. Als elektriciteit het levensbloed van elektronica is, zijn geprint printplaten de vitale inwendige organen.

In de vandaag de dag sterk apparaatafhankelijke wereld zijn de meeste mensen zich niet bewust van de complexe circuits die in elke smartphone of draagbare MP3-speler zitten. Zonder geprint printplaten had moderne technologie nooit mogelijk kunnen worden.

Wat zijn geprint printplaten?

Een geprint printplaat (PCB) is een substraatapparaat dat geëtste elektrische componenten bevat. PCB's komen in enkelzijdige, dubbelzijdige en meervoudige varianten met overeenkomstige koperlagen. De hoogste-dichtheid PCB's bestaan uit meerdere lagen. Deze bevatten geplateerde gaten die geleiders op verschillende lagen verbinden. Op meer uitgebreide PCB's zal het substraat vaak gelaagd zijn met condensators, weerstanden en andere componenten. De lagen van de meeste starre PCB's bestaan meestal uit een substraat gemaakt van FR-4 glas epoxy.

PCB's zijn integraal voor vrijwel alle elektronische apparaten, met uitzondering van de simpelste producten. Het ontwerp van een PCB omvat ingewikkelde circuitdetails, maar de assemblage en productie van PCB's kan uniform geïmplementeerd worden. Aangezien PCB's bestaan uit gemonte, bedrahte componenten met een enkel deel, is de massaproductie van PCB's een eenvoudig, relatief goedkoop en over het algemeen foutloos proces, vooral in vergelijking met andere bedradingsopties als point-to-point en wire wrap.

De PCB-acroniem geldt voor zowel onbestukte als bestukte borden. Als een bord koperverbindingen heeft, maar geen ingebouwde onderdelen, zou de meer geschikte naam printed wiring board zijn, ondanks de virtuele eliminatie van die term uit de technologische terminologie. Andere, meer gangbare termen zijn printed circuit board assembly en printed circuit assembly, wat een PCB met elektronische onderdelen is.

Waar worden geprint printplaten gebruikt?

Geprint printplaten zijn essentieel in een enorme reeks elektronische apparaten en computercomponenten. PCB's in hun moderne vorm bestaan al sinds de jaren 60, toen ze componenten waren in rekenmachines, kassaregisters en andere eenvoudige apparaten met elektrische circuits.

In de jaren 70 begonnen PCB's te verschijnen in digitale horloges en enkele van de eerste videospellen en personal computers. In de jaren 80 zaten PCB's in radio-wekkers, videocassette-recorders, Atari-spelcomputers, CD- en laserdisc-spelers en draadloze telefoons. In de jaren 90 was een steeds geavanceerder en geminiaturiseerde PCB verantwoordelijk voor de verspreiding van desktopcomputers en randapparatuur zoals scanners en printers onder gewone Amerikanen.

De snelle evolutie van gecomputeriseerde apparaten sinds de late jaren 90 heeft geleid tot steeds kleinere PCB's met grotere capaciteit dan borden uit eerdere decennia. Smartphones zijn bijvoorbeeld compacter geworden, maar toch schadebestendig. Een vergelijkbare ontwikkeling vond plaats over ongeveer 12 jaar met draagbare MP3-spelers, die vorderden van de zware, onhandige Archos-spelers van de vroege jaren 2000 naar de strakke, lichtgewicht iPod Nano-modellen die nu in de guns zijn bij luisteraars op weg.

De ontwikkeling van chipcomponenten met grotere veelzijdigheid heeft de miniaturisering van apparaten gefaciliteerd. Met micro ball grid arrays en kortere borden kunnen bedrijven nu kleine gecomputeriseerde apparaten produceren, wetende dat PCB's voldoende compact zijn om in de behuizing te passen. Dit staat in contrast met eerdere PCB's, waar de grootte van het bord vaak de grootte-eisen van het omhullende apparaat dicteerde.

De geschiedenis van PCB's

De afgelopen half eeuw zijn de technologische componenten van PCB's gekwantificeerd tot micro-niveaus. In de jaren 60 bestond de PCB in een typische rekenmachine uit ongeveer 30 transistors. Vandaag de dag bevat de PCB in een gemiddelde computer miljoenen transistors binnen een enkele chip op het moederbord. Deze ontwikkelingen hebben het mogelijk gemaakt om toenemende functionaliteitsniveaus op tinere en tinere apparaten te laden. Bovendien zijn componenten zoals condensatoren en weerstanden ook gekrompen tot fracties van hun eerdere groottes.

De vooruitgaande mogelijkheden die moderne PCB's bieden, hebben gebruikers gewend aan split-seconde activaties op elke denkbare prompt. In alle waarschijnlijkheid zal een hedendaagse gebruiker van een PC of mobiel apparaat onrustig worden bij een blote vijf-seconden vertraging op een gegeven functie. Misschien wel de meest vertellende teken van PCB-evolutie zit in videospellen, die zijn gevorderd van de eenvoudige Pong-systemen van de jaren 70 tot de fotorealistische scenario's die gamers in staat stellen om te vechten en te racen via de huidige gameconsoles.

We kunnen de geschiedenis van geprint printplaten terugtraceren tot een tijd lang voordat ze in ontwerp bestonden. De wielen waren in beweging vanaf het moment dat Benjamin Franklin een vlieger in een onweer liet opstijgen en de elektrische kwaliteit van bliksem ontdekte.

1850-1900

Een kenmerk van de tweede helft van de 19e eeuw was technologische vooruitgang met zevenliggen. In de decennia na de Burgeroorlog werden steden op en neer de Oostkust en door het Middenwesten voorzien van elektrische energie, wat het gebruik van verwarmingsolie en steenkool verdreef. Naarmate elektriciteit zich uitbreidde, werden voorsteden en landelijke gebieden ook aangesloten op het net nieuwvormde energienet. Olie verloor onderwijl bijna zijn doel tot automobielen benzine noodzakelijk maakten aan de eeuwwisseling.

De verspreiding van elektriciteit voorspelde de introductie van telefoons, gloeilampen en consumentencamera's, die allemaal tijdens het laatste kwart van de 1800er jaren op de markt kwamen. Hoewel de PCB zelf niet bestond binnen deze tijdsperiode, waren de technologische fundamenten voor de eventuele ontwikkeling ervan bijna uitsluitend geworteld in de late 19e eeuw.

1900-1950

In 1903 diende de Duitse uitvinder Albert Hanson het eerste octrooi in voor een PCB-achtig apparaat. Het apparaat was een platte geleider voor een meervoudig isolerend bord. Echter, apparaten van dit type zouden niet wijdverspreid gebruikt gaan worden in de opkomende technologieën van de vroege 20e eeuw, een periode die de introductie zag van radio's, grammofoons, wasmachines, drogers en stofzuigers.

Net als de naive overschot van de Gouden Eeuw zonk met de Titanic, en de gruwelen van de Grote Oorlog de nationalistische gevoelens vernederden, was de grootste overwinning van de mens over de natuur de ontwikkeling van vliegtuigen. Tegen de mislukte proef van het alcoholverbod, waren Amerikanen geneigd om weg te gaan van machines en naar de dichtstbijzijnde speakeasy te gaan voor gin-geweekte nachten onder Art Deco-verlichting.

De Grote Depressie, getriggerd door de beurskrach van oktober 1929, was een verdere terugslag voor PCB-evolutie. Het evenement bracht de frivolitijd van de Jazz Age tot een einde en introduceerde een periode van kettinggangers, broodrijden en krappe huurwoningen waar families geen geld hadden om uit te geven aan luxe-items.

De eerste significante aanpassing van PCB-achtige technologie vond plaats na de aanval op Pearl Harbor in december 1941 die Amerika verraste. Militaire inlichtingen geloofden dat ze deze aanval hadden kunnen voorkomen als het State Department beter uitgerust was geweest om te communiceren met de Honolulu-militaire basis, waar aanwijzingen van dreigende gevaar al enige tijd loomden.

Naarmate de natie betrokken raakte bij de Tweede Wereldoorlog, ondervonden Amerikaanse militaire krachten een Brits apparaat bekend als de proximity fuse, dat artillerieschillen voorzag van de capaciteit om nauwkeurige doelen over enorme strekken land en zee te raken.

De Amerikaanse militaire krachten omarmden en adopteerden uiteindelijk het concept achter de proximity fuse, verbeterden het ontwerp en maakten het geschikt voor massaproductie. Rond dezelfde tijd vorderde de in het VK gevestigde Oostenrijkse uitvinder Paul Eisler het PCB-concept met een apparaat dat koperfolie op een niet-geleidend glasbasis gebruikte. Het ontwerp zou de moderne top/bottom koperisolatie op PCB's voorspellen. De uitvinder introduceerde ook een PCB-uitgeruste radio in 1943 die later nuttig zou blijken in militaire operaties.

1950-2000

Met het einde van de Tweede Wereldoorlog kwam een terugkeer naar domesticiteit als Amerikaanse dienstplichtigen terugkeerden uit Europa en het Verre Oosten. Frank Sinatra scoorde hit na hit, bobby soxers ruilden beengrim voor echte nylon en families verwarmden zich voor nieuwe uitvindingen als de 33 rpm plaat en de televisie. Het einde van de Grote Depressie introduceerde de opkomst van de middenstand, wat voorstadsontwikkeling stimuleerde door de uitlopers van steden en door mid-Amerika.

De eerste significante naoorlogse toepassing van PCB's kwam in 1947 met de Bell Labs-transistor. Toen de Koude Oorlogsspanningen in de jaren 50 opkwamen tussen de Verenigde Staten en de Sovjet-Unie, moest elke kant zijn communicatiemogelijkheden verbeteren om op de hoogte te blijven van ontwikkelingen op de vijandelijke front. Net toen Elvis Presley voor het eerst TV-schermen hitte met zijn bekkenbewegingen op 'Heartbreak Hotel', octrooeerde het Amerikaanse leger de 'Processing of Assembling Electrical Circuits' in 1956.

Voor het eerst was de capaciteit om elektriciteit vast te houden en te communiceren tussen koper-spoorcomponenten tot vrucht gekomen. De race was nu open om de eerste in de ruimte te zijn, wat de Sovjets op meerdere fronten wonnen door de eerste satelliet, Sputnik, in 1957 op te schieten. Ze volgden deze prestatie op met de eerste onbemande lancering naar de maan en de eerste bemande baan om de aarde in 1959 en 1961 respectievelijk.

In 1963 – net toen de VS hun eigen ruimtevaartactiviteiten opgang gaven en JFK-rouwende boomers zich voorbereidden op de Beatles en de daaropvolgende British Invasion – vonden twee ontwikkelingen in PCB-technologie plaats. Een betrof een plated hole-through technologie, een Hazeltine Corp. octrooi dat het mogelijk maakte om componenten op dezelfde PCB dicht bij elkaar te plaatsen zonder risico op conflict. De tweede innovatie was de ontwikkeling van surface mount technologie, dankzij IBM. Beide innovaties waren essentiële componenten van Saturn-raketboosters.

Toen de psychedelische, Technicolor jaren 60 plaatsmaakten voor de coke-gevoede, wijd-gepakte jaren 70, introduceerde Texas Instruments-ingenieur Jack Kilby de eerste microprocessor. Kilby ontwikkelde de geïntegreerde schakeling, die snelle adoptie zag in elektronica-assemblage. Op dat moment waren PCB's de rigueur in computergtechnologie. Tijdens de tweede helft van het decennium kwamen de eerste thuiskomputers op de markt, beginnend met de MITS Altair 8800 en IMSAI 8080 in 1975, gevolgd door de Apple 1 in april 1976.

Hoewel innovatief voor zijn tijd, werd de technologie van de 8-track, Super 8, analoge jaren 70 snel verouderd door de high-tech vooruitgang van de surround-sound, kristalheldere, digitale jaren 80. Toen Michael Jackson generatie X in de video-leeftijd moonwalkte, zag het decennium PCB-gebaseerde apparaten verschijnen in de woonkamers en zakken van gewone Amerikanen. Gadgets als VHS-recorders, compact disc-spelers, Walkmans, draadloze telefoons en gameconsoles transmittalen allemaal signalen via PCB's. Persoonlijke computers en EDA-software maakten ook indruk tijdens deze tijd.

Wat de jaren 90 ook misten qua culturele identiteit, het was een bloeiende tijd voor PCB-technologie. De jaren 90 was het decennium waarin apparaten kleiner werden dankzij ontwikkelingen in PCB-ontwerp die meer gates op enkele chips toelieten. Naarmate meer huishoudens aangesloten raakten op het internet – eerst via dial-up diensten en dan, nabij het einde van het decennium, via kabel en DSL-lijnen – werd de personal computer een huishoudelijk vasten.

Computers waren niet langer de grote, gecompliceerde machines die kernexplosies ontketenden bij het indrukken van de verkeerde knop – ze waren nu compacte, toegankelijke, interactieve apparaten die een wereld vol informatie aan ieders vingertoppen brachten. PCB's waren ook een significant component van mobiele telefoons, die de draadloze antenne-telefoon snel uitklasten om een veelvoorkomend statusymbool te worden bij de midden jaren 90.

Te midden van de snelle technologische vooruitgang en miniaturisering kwam een verhoogde behoefte om PCB's te ontwerpen met modificatiepotentieel in gedachten. Terwijl het mogelijk was om eerdere PCB's te modificeren met eenvoudige herbedrading, hadden nieuwere borden kleinere onderdelen die fysiek moeilijker te altereren waren, laat staan te solderen. Gevolgd werd PCB-ontwerp een meer toegewijd proces.

2000 en verder

De 21e eeuw heeft de innovaties van de laatste 50 jaar geïntegreerd en gecompacteerd in enkele, lichtgewicht eenheden die overal meegenomen kunnen worden. Waar u eens een apart apparaat nodig had voor elke functie – een telefoon voor gesprekken, een rekenmachine voor wiskunde, een stereo voor muziek, een televisie voor films en series, een PC voor internettoegang, een camera voor foto's, etc. – kunt u nu alle functies uitvoeren en elk type media consumeren op een mobiel verbonden laptop, tablet of smartphone.

Men kan alleen gissen wat de toekomst voor PCB's en de technologie die ze tot leven wekken, in petto heeft. Naarmate het gesprek gaat over slimme huizen, zelfrijdende voertuigen en kunstmatige intelligentie, zullen PCB's van diverse afmetingen waarschijnlijk componenten zijn in de automatische knopen en handvatten in gecomputeriseerde gebouwen en auto's. Evenzo kunnen PCB's uiteindelijk worden ingevoegd onder de bewegende delen van geanticipeerde technologieën als militaire en samenwerkende robots.

Kwaliteit geprint printplaten van Millennium Circuits Limited

Sinds de ontwikkeling van elektronica en gecomputeriseerde technologie hebben geprint printplaten de binnenste schakelingen bevatten die dergelijke apparaten in staat stellen te activeren en te functioneren. Zonder geprint printplaten had naoorlogse technologie nooit ook maar in de buurt kunnen komen van de huidige staat van high-tech capaciteit en sophisticatedheid. Naarmate het uiteindelijke potentieel van computerapparaten zijn plateau nadert, wacht het publiek een toekomst van leveringsdrones, zelfrijdende auto's, robotarbeid en slimme apparaten.

Om uw stempel te drukken op de volgende golf van tech-innovatie, hebt u PCB's nodig die uitgerust zijn om de functies in kwestie uit te voeren. Neem contact op met Millennium Circuits voor een snelle offerte op PCB's.