Drukātās shēmas plate

Vēsture

Drukātās shēmas radās no elektriskajām savienojumu sistēmām, ko izmantoja pagājušā gadsimta 50. gados. Sākotnēji metāla sloksnes vai stieņi tika izmantoti, lai savienotu lielus elektriskos komponentus, kas bija uzstādīti uz koka pamatnes. Vēlāk metāla sloksnes aizstāja ar vadiem, kas savienoti ar skrūvju spailēm, un koka pamatnes aizstāja ar metāla rāmjiem. Tas ļāva veidot mazākas detaļas, kas bija nepieciešams, jo shēmas kļuva sarežģītākas un tajās bija vairāk detaļu. Tomass Edisons izmēģināja metālu izmantošanas metodes uz lina papīra. Artūrs Berijs 1913. gadā Lielbritānijā patentēja drukas un kodināšanas metodi. Amerikas Savienotajās Valstīs 1925. gadā Čārlzs Dukass izstrādāja metodi, kurā izmantoja galvanizāciju. Viņš izveidoja elektrības ceļu tieši uz izolētas virsmas, izmantojot trafaretu (forma, kas izgriezta kartonā vai papīrā) ar īpašu tinti, kas varēja vadīt elektrību tāpat kā vadi. Šo metodi nosauca par "drukātiem vadiem" vai "drukātajām shēmām".

1943. gadā austrietis Pauls Eislers (Paul Eisler), kurš strādāja Apvienotajā Karalistē, patentēja metodi, kā uz cietai pamatnei piestiprinātas vara folijas slāņa, kas nevadīja elektrību, iegravēt strāvu vadošus rakstus jeb shēmas. Eislera paņēmienu pamanīja ASV militārie spēki, un Otrā pasaules kara laikā to sāka izmantot jaunos ieročos, tostarp tuvinājuma drošinātājos. Viņa ideja kļuva ļoti noderīga 20. gadsimta 50. gados, kad tika ieviests tranzistors. Līdz tam vakuumlampas un citi komponenti bija tik lieli, ka bija nepieciešamas tikai tradicionālās montāžas un elektroinstalācijas metodes. Tomēr, ieviešot tranzistorus, komponenti kļuva ļoti mazi, un ražotājiem vajadzēja izmantot iespiedshēmas plates, lai arī savienojumi būtu mazi.

ASV uzņēmums Hazeltine 1961. gadā patentēja caur caurumiem pārklātu tehnoloģiju un tās izmantošanu daudzslāņu PCB. Tas ļāva izgatavot daudz sarežģītākas plates ar komponentiem, kas izvietoti cieši cits pie cita. Septiņdesmitajos gados tika ieviestas integrālās shēmas mikroshēmas, un šie komponenti ātri tika iekļauti iespiedshēmu plašu projektēšanā un ražošanas metodēs. Mūsdienās iespiedshēmas plates dažos lietojumos var būt līdz pat 50 slāņiem.

Virsmas montāžas tehnoloģija tika izstrādāta 20. gadsimta 60. gados, un to sāka plaši izmantot 80. gadu beigās.

Ar rokām izgatavota iespiedshēma

Dizains

Galvenais uzdevums, izstrādājot PCB, ir noteikt, kur tiks izvietotas visas sastāvdaļas. Parasti ir izstrādāts projekts vai shēma, kas tiks pārvērsta PCB. Standarta iespiedshēmas plates nav. Katra plātne ir paredzēta savam lietojumam, un tai ir jābūt pareizā izmērā, lai tā atbilstu vajadzīgajai vietai. Plātņu projektētāji izmanto datorizētās projektēšanas programmatūru, lai izkārtotu shēmas uz plates. Attālumi starp elektriskajiem ceļiem var būt 0,04 collas (1,0 mm) vai mazāki. Izklāsta arī komponentu vadu vai kontaktpunktu izvietojumu. Kad shēmas modelis ir izklāts, uz caurspīdīgas plastmasas loksnes tiek izdrukāts precīza izmēra negatīvais attēls. Izmantojot negatīvo attēlu, apgabali, kas nav shēmas shēmas modeļa daļa, ir attēloti melnā krāsā, un shēmas modelis ir attēlots kā caurspīdīgs. Pēc tam no caurspīdīgajām zonām noņem metālu, parasti ar ķīmiskām vielām. Šo dizainu pārvērš instrukcijās datora vadītai urbjmašīnai vai automātiskajai lodēšanas pastai, ko izmanto ražošanas procesā.

Ražošana

Karte ir izgatavota no vara ārējiem slāņiem. Nevajadzīgais varš tiek noņemts, atstājot vara vadus, kas savieno elektroniskos komponentus. Sastāvdaļas tiek novietotas uz plates, tām saskaroties ar vadiem.

Fotorezistents

Shēmas plates dažkārt tiek izgatavotas, izmantojot fotolitogrāfiju. Pārklājums, ko sauc par fotorezistentu, reaģē ar gaismu, un pēc tam shēmu plati un pārklājumu ievieto attīstītāja šķīdumā. Šī metode ir dārga par vienu plati, bet sākumā ir ļoti lēta, lai to izveidotu.

Sietspiedes tehnika

Tomēr ir dažādas shēmas plates izgatavošanas metodes. Dažas profesionāli izgatavotas shēmas plates izmanto citu metodi, lai no shēmas plates noņemtu papildu varu. Tiek izmantots process, ko sauc par sietspiedi. Sietspiedes sietspiedes metode ir, kad audumu cieši uzvelk uz rāmja. Tad uz auduma tiek iespiests attēls. Tad caur audumu iespiež tinti. Tinte nenokļūst vietā, kur attēls ir uzdrukāts uz auduma. Šo metodi sauc par sietspiedi, jo audums parasti ir zīdaudums. Audums parasti ir zīdains, jo tam ir ļoti mazi caurumiņi. zīda sietspiedi izmanto, lai uz tāfeles iespiestu tinti, ko sauc par rezistentu. Rezists ir tinte, kas ir izturīga pret kodinātāju, ko izmanto shēmas plates izgatavošanai. Kodinātājs izšķīdina uz plates esošo varu. Tas ir lētāk katrai plāksnei nekā fotorezistēšana, bet sākumā ir dārgāk.

Frēzēšana

Vēl viens veids, kā izgatavot plašu, ir izmantot dzirnaviņas. Frēze ir urbjmašīna, kas pārvietojas vairākos virzienos. Katru reizi, pārvietojoties pāri plāksnei, urbjmašīna noņem nelielu vara daudzumu. Frēze noņem varu ap plates vadiem. Tādējādi uz plates paliek papildu vara daudzums. Izmantojot citas metodes, papildu vara uz plates nepaliek. Šī metode ir lētāka uz vienu plati, bet tās ražošanas iekārtas ir dārgas. Šo metodi neizmanto bieži, jo pārējās divas metodes ir vienkāršākas.