Печатна платка

История

Печатните платки произлизат от системите за електрическа връзка, използвани през 50-те години на XIX век. Първоначално за свързване на големи електрически компоненти, монтирани върху дървени основи, са използвани метални ленти или пръти. По-късно металните ленти са заменени с проводници, свързани с винтови клеми, а дървените основи са заменени с метални рамки. Това позволява да се намалят размерите, което е необходимо, тъй като електрическите вериги стават все по-сложни и съдържат повече части. Томас Едисон изпробва методи за използване на метали върху ленена хартия. През 1913 г. Артър Бери патентова във Великобритания метод за печат и ецване. През 1925 г. Чарлз Дюкас от Съединените щати разработва метод, използващ галванизация. Той създава електрически път директно върху изолирана повърхност, като отпечатва чрез шаблон (форма, изрязана в дъска или хартия) със специално мастило, което може да провежда електричество, точно както проводниците. Този метод е наречен "печатни кабели" или "печатна схема".

През 1943 г. австриецът Паул Айслер, работещ в Обединеното кралство, патентова метод за гравиране на проводящ модел или вериги върху слой медно фолио, прикрепен към твърда основа, която не провежда електричество. Техниката на Ейслер е забелязана от американските военни и те започват да я използват в нови оръжия, включително в безконтактни взриватели през Втората световна война. Идеята му става много полезна през 50-те години на миналия век, когато е въведен транзисторът. До този момент вакуумните лампи и други компоненти са били толкова големи, че са били необходими само традиционните методи за монтаж и окабеляване. С въвеждането на транзисторите обаче компонентите стават много малки и производителите трябва да използват печатни платки, за да могат връзките също да бъдат малки.

Технологията за проходни отвори с покритие и използването ѝ в многослойни печатни платки е патентована от американската фирма Hazeltine през 1961 г. Това позволява създаването на много по-сложни платки, в които компонентите са разположени близо един до друг. През 70-те години на миналия век са въведени чипове с интегрални схеми и тези компоненти бързо са включени в техниките за проектиране и производство на печатни платки. Днес печатната платка може да има до 50 слоя в някои приложения.

Технологията за повърхностен монтаж е разработена през 60-те години на миналия век и започва да се използва широко в края на 80-те години.

Ръчно изработена печатна платка

Дизайн

Основната задача при проектирането на печатна платка е да се определи къде ще бъдат разположени всички компоненти. Обикновено има проект или схема, която ще бъде превърната в печатна платка. Няма такова нещо като стандартна печатна платка. Всяка платка е проектирана за собствена употреба и трябва да бъде с подходящ размер, за да се побере в необходимото пространство. Дизайнерите на печатни платки използват софтуер за автоматизирано проектиране, за да оформят схемите върху платката. Разстоянията между електрическите трасета могат да бъдат 0,04 инча (1,0 мм) или по-малки. Разпределя се и местоположението на отворите за изводите на компонентите или контактните точки. След като моделът на електрическата схема е разчертан, върху прозрачен пластмасов лист се отпечатва негативно изображение с точен размер. При негативното изображение областите, които не са част от схемата, са показани в черно, а схемата е прозрачна. След това металът се отстранява от прозрачните области, обикновено с химикали. Този дизайн се превръща в инструкции за компютърно управлявана пробивна машина или за автоматичната спояваща паста, използвана в производствения процес.

Производство

Картата е изработена с външни медни слоеве. Нежеланата мед се отстранява, като се оставят медни проводници, които ще свързват електронните компоненти. Компонентите се поставят върху платката, като контактуват с проводниците.

Фоторезист

Платките понякога се изработват с фотолитография. Покритие, наречено фоторезист, реагира със светлина, след което платката и покритието се поставят в проявител. Този метод е скъп за всяка платка, но е много евтин за създаване в началото.

Ситопечат

Съществуват обаче различни методи за изработване на платки. Някои професионално изработени платки използват различен метод за отстраняване на допълнителната мед от платката. Използва се процес, наречен ситопечат. Копринената щампа се получава, когато плат се издърпва плътно върху рамка. След това върху плата се отпечатва изображение. След това мастилото се пресова през плата. Мастилото не попада там, където изображението е отпечатано върху плата. Нарича се копринена щампа, защото платът обикновено е копринен. Обикновено платът е копринен, защото има много малки дупчици. копринената щампа се използва за отпечатване на мастило, наречено резист, върху дъската. Резистът е мастило, което е устойчиво на ецващия агент, използван за изработката на платката. Ецващият агент разтваря медта върху платката. Това е по-евтино за всяка платка от фоторезиста, но е по-скъпо в началото.

Фрезоване

Друг начин за изработване на печатна платка е да използвате мелница. Фрезата е бормашина, която се движи в много посоки. При всяко преместване по платката бормашината отстранява малко количество мед. Фрезата премахва медта около проводниците на платката. По този начин върху платката остава допълнителна мед. Другите методи не оставят допълнителна мед върху платката. Този метод е по-евтин за всяка платка, но оборудването за изработването му е скъпо. Този метод не се използва често, тъй като другите два метода са по-лесни.