Появление, развитие и совершенствование печатных плат

Появление, развитие и совершенствование печатных плат

Разобрав любое современное электронное устройство, вы обнаружите в нем печатную плату. А ведь для создания этого элемента используются различные технологии, историю появления которых хотелось бы проследить. Благо далеко зарываться в пески времени не придется, ведь печатной плате исполнилось немного больше ста лет.

Гениальный германец Хансен

В начале XX века немецким инженером Альбертом Паркером Хансоном, занимавшимся разработками в области телефонии, было создано устройство, считающееся прототипом всех известных сегодня видов печатных плат. «Днем рождения» печатных плат считается 1902 год, когда изобретатель подал заявку в патентное ведомство родной страны.

Печатная плата Хансена представляла собой штамповку или вырезание изображения на бронзовой (или медной) фольге. Получившийся проводящий слой наклеивался на диэлектрик – бумагу, пропитанную парафином. Уже тогда заботясь о большей плотности размещения проводников, Хансен наклеивал фольгу с двух сторон, создавая двустороннюю печатную плату. Изобретатель также использовал идущие насквозь печатной платы соединительные отверстия. В работах Хансена есть описания создания проводников при помощи гальваники или проводящих чернил, представляющих собой измельченный в порошок металл в смеси с клеящим носителем.

Идеи Томаса Эдисона

Известно, что великого Эдисона тоже посещали подобные идеи. Сохранилось его письмо Франку Спрагу (основавшему корпорацию Sprague Electric), где Эдисон описывает три способа рисования проводника на бумаге.

  1. Рисунок формируется при помощи адгезивных полимеров путём нанесения на их не застывшую поверхность измельченного в пыль графита или бронзы.
  2. Рисунок формируется непосредственно на диэлектрике. Для нанесения изображения используется ляпис (нитрат серебра), после чего серебро просто восстанавливается из соли.
  3. Проводником является золотая фольга с нанесенным на нее рисунком.

Естественно, Эдисон не употреблял термина «печатные платы», но практически все названные выше идеи нашли применение в сегодняшних технологических процессах. На основе первой из них сформировались тонкопленочные технологии сегодняшнего дня, а второй метод широко применяется для нанесения покрытий путем восстановления металлов из соли.

От аддитивного к субтрактивному методу производства печатных плат

Изначально для изготовления печатных плат применялись исключительно аддитивные технологии, то есть рисунок наносился на диэлектрик наклеиваемым или напыляемым материалом.

Субтрактивные методы, широко применяемые в области полиграфии, стали использоваться и для производства печатных плат. Суть субтрактивных методик в том, что рисунок получается после удаления ненужных частей.

В 1913 году Артур Берри получил патент на субтрактивный метод изготовления печатных плат. Разработчик предлагал покрывать металлическую основу слоем резистного материала и травлением убирать незащищенные части c поверхности. В 1922 году проживающий в США Эллис Бассит изобрел и запатентовал методику использования светочувствительных материалов при производстве печатных плат.

От примитивного - к совершенному: основные вехи истории печатных плат

Появление, развитие и совершенствование печатных плат

Еще в 1918 году швейцарцем Максом Скупом была предложена технология газопламенного напыления металла. Методика осталась не востребованной из-за затратности производства и неравномерного осаждения металла.

Другое дело - методики американца Чарльза Дукласа. Он запатентовал технологию металлизации проводников, суть которой, заключалась в том, что в мягком диэлектрике (например, воске) прочерчивались каналы, заполняемые впоследствии металлизируемыми токопроводящими пастами при помощи электрохимического воздействия.

Так же в патент была включена технология травления, подразумевающая электролитическое осаждение металла (серебра, золота или меди) через контактную маску на пластину из низкотемпературного сплава. Пластина с осажденным рисунком нагревается, и все неприкрытые серебром части сплава удаляются. Чарльз Дукас располагал проводники с обеих сторон диэлектрической основы.

Первые разработки были ориентированы на формирование простых устройств, то есть не создавалось ничего сложнее отдельного узла схемы. Но прошло совсем немного времени, и тот же Дукас приступил к разработке многослойных печатных плат и предложил несколько интересных решений для межслойных соединений.

Спустя время появились гибкие печатные платы. На диэлектрик (лощеная бумага) наносили токопроводящий слой из графитовой пасты. Позже в обиход вошли токопроводящие пасты из меди и свинца.

Француз Цезарь Паролини реанимировал аддитивный метод создания токопроводящего слоя. В 1926 году он наносил на диэлектрик изображение посредством клеящего материала с напылением на него медного порошка и полимеризовал под воздействием высокой температуры. Именно Паролини начал применять в печатных платах проволочные перемычки, устанавливаемые до полимеризации материала.

В 1933 году были изданы работы Эрвина Франца, на которых базируются все существующие сегодня методики производства гибких печатных плат. Американскому разработчику удалось нанести токопроводящий рисунок на целлофановую пленку, для чего использовался жидкий полимер с графитовым наполнением.

Печатные платы завоевывают область радиоэлектроники.

Появление, развитие и совершенствование печатных плат

Внедрению технологии печатных плат в область радиоэлектроники мы обязаны переселившемуся из Австрии в Великобританию инженеру Паулю Эйслеру. Во время второй мировой войны он успешно работал над поиском технологических решений для запуска печатных плат в массовое производство, широко используя полиграфические методы. После войны, в 1948 год, у Эйслер основал предприятие по изготовлению печатных плат - Technograph Printed Circuits.

Инженеру удалось получить пять десятков патентов в США и Великобритании, но конкурирующей американской фирме Bendix удалось доказать в суде неправомерность их выдачи Эйслеру. По мнению Bendix в технологии Эйслера не было ничего принципиально нового кроме области применения печатных плат. Во многом Bendix правы: над печатными платами с начала века работали инженеры со всего мира, и не стоит преуменьшать их заслуги в данной области. С другой стороны, сегодня уже никто не станет оспаривать очевидное – Эйслер многое усовершенствовал в технологии печатных плат. Без него мир электроники был бы несколько другим.

Послевоенное время стало эпохой внедрения печатных плат во все электрические приборы. Сначала печатные платы пришли в авиацию, а затем, в 50-х годах, стали основой всей бытовой электроники. Сегодня печатные платы практически не имеют конкуренции в качестве основы электронной аппаратуры, входя в состав компьютеров, сотовых телефонов и военной техники.