Circuit imprimat

Istoric

Plăcile de circuite imprimate provin din sistemele de conectare electrică care erau folosite în anii 1850. Inițial, benzile sau tijele metalice erau folosite pentru a conecta componente electrice mari montate pe baze de lemn. Mai târziu, benzile metalice au fost înlocuite cu fire conectate la terminale cu șuruburi, iar bazele de lemn au fost înlocuite cu rame metalice. Acest lucru a permis ca lucrurile să fie mai mici, ceea ce era necesar pe măsură ce circuitele deveneau mai complexe, cu mai multe componente. Thomas Edison a testat metode de utilizare a metalelor pe hârtie de in. În 1913, Arthur Berry a brevetat în Marea Britanie o metodă de imprimare și gravură. În 1925, Charles Ducas din Statele Unite a dezvoltat o metodă care folosea galvanizarea. El a creat un traseu electric direct pe o suprafață izolată prin imprimarea printr-un șablon (o formă decupată într-o placă sau hârtie) cu cerneală specială care putea conduce electricitatea, la fel ca firele. Această metodă a fost denumită "cablare imprimată" sau "circuit imprimat".

În 1943, austriacul Paul Eisler, care lucra în Regatul Unit, a brevetat o metodă de gravură a modelului conductiv, sau a circuitelor, pe un strat de folie de cupru fixat pe o bază dură care nu conducea electricitatea. Tehnica lui Eisler a fost remarcată de armata americană, care a început să o folosească la noi arme, inclusiv la focoasele de proximitate în cel de-al Doilea Război Mondial. Ideea sa a devenit foarte utilă în anii 1950, când a fost introdus tranzistorul. Până în acel moment, tuburile cu vid și alte componente erau atât de mari încât nu era nevoie decât de metodele tradiționale de montare și cablare. Cu toate acestea, odată cu introducerea tranzistoarelor, componentele au devenit foarte mici, iar producătorii trebuiau să folosească plăci de circuite imprimate pentru ca și conexiunile să fie de dimensiuni reduse.

Tehnologia de placare prin găuri și utilizarea acesteia în PCB-urile multistrat au fost brevetate de firma americană Hazeltine în 1961. Aceasta a permis realizarea unor plăci mult mai complexe, cu componente plasate foarte aproape una de cealaltă. Cipurile de circuite integrate au fost introduse în anii 1970, iar aceste componente au fost rapid încorporate în tehnicile de proiectare și fabricare a plăcilor cu circuite imprimate. Astăzi, placa cu circuite imprimate poate avea până la 50 de straturi în unele aplicații.

Tehnologia de montare pe suprafață a fost dezvoltată în anii 1960 și a devenit foarte utilizată la sfârșitul anilor 1980.

O placă de circuit făcută manual

Design

Principala sarcină în proiectarea unui PCB este de a afla unde vor fi amplasate toate componentele. În mod normal, există un design sau o schemă care va fi transformată într-un PCB. Nu există o placă de circuit imprimat standard. Fiecare placă este proiectată pentru propria utilizare și trebuie să aibă dimensiunea potrivită pentru a se potrivi spațiului necesar. Proiectanții de plăci utilizează un software de proiectare asistată de calculator pentru a aranja circuitele proiectate pe placă. Spațiile dintre traseele electrice pot fi de 1,0 mm (0,04 inci) sau mai mici. De asemenea, se trasează locația orificiilor pentru cablurile componentelor sau punctele de contact. Odată ce modelul de circuit este trasat, se imprimă o imagine negativă la dimensiunea exactă pe o foaie de plastic transparent. Cu o imagine negativă, zonele care nu fac parte din modelul de circuit sunt afișate în negru, iar modelul de circuit este afișat în clar. Metalul este apoi îndepărtat din zonele transparente, de obicei cu ajutorul unor substanțe chimice. Acest desen este transformat în instrucțiuni pentru o mașină de găurit controlată de calculator sau pentru pasta de lipit automată utilizată în procesul de fabricație.

Fabricarea

Cardul este realizat cu straturi exterioare din cupru. Cuprul nedorit este îndepărtat, lăsând firele de cupru care vor conecta componentele electronice. Componentele sunt așezate pe placă, făcând contact cu firele.

Fotorezist

Plăcile de circuite sunt uneori realizate prin fotolitografie. Un înveliș numit fotorezist reacționează la lumină, iar apoi placa de circuit și învelișul sunt introduse într-un revelator. Această metodă este costisitoare pentru fiecare placă, dar este foarte ieftină la început.

Serigrafie

Cu toate acestea, există diferite metode de realizare a unei plăci de circuit. Unele plăci de circuite realizate în mod profesionist folosesc o metodă diferită pentru a elimina cuprul suplimentar de pe placa de circuit. Se folosește un proces numit serigrafie. Serigrafierea constă în faptul că o pânză este trasă strâns peste un cadru. Apoi, o imagine este imprimată pe pânză. Apoi, cerneala este presată prin pânză. Cerneala nu se duce acolo unde imaginea a fost imprimată pe pânză. Se numește serigrafie pentru că țesătura este de obicei mătase. Pânza este, de obicei, mătase, deoarece are găuri foarte mici. serigrafia este folosită pentru a imprima pe tablă o cerneală numită rezistență. Rezistența este o cerneală care rezistă la mediul de gravare folosit pentru a realiza placa de circuit. Agentul de gravură dizolvă cuprul de pe placă. Acest procedeu este mai ieftin pentru fiecare placă decât fotorezistența, dar este mai scump la început.

Frezare

O altă modalitate de a face o placă de circuit este de a folosi o moară. O freză este un burghiu care se mișcă în mai multe direcții. Burghiul îndepărtează o cantitate mică de cupru de fiecare dată când se deplasează pe placă. Freza îndepărtează cuprul din jurul firelor de pe placă. Acest lucru lasă cupru suplimentar pe placă. Alte metode nu lasă cupru suplimentar pe placă. Această metodă este mai ieftină pentru fiecare placă, dar echipamentul pentru a o realiza este scump. Această metodă nu este folosită des, deoarece celelalte două metode sunt mai ușoare.