PCB的偉大歷史
通過對(duì)晶體管、集成電路、BGA 和 SMT 的介紹了解 PCB（印刷電路板）的歷史。
與歷史上許多其他偉大的發(fā)明一樣，我們今天所知道的印刷電路板 (PCB) 是建立在整個(gè)歷史的進(jìn)步之上的。在我們這個(gè)世界的小角落，我們可以追溯 130 多年前 PCB 的歷史，當(dāng)時(shí)世界上偉大的工業(yè)機(jī)器才剛剛起步。我們不會(huì)在本文中涵蓋完整的歷史，而是將 PCB 轉(zhuǎn)變?yōu)榻裉斓闹匾獣r(shí)刻。
為什么是多氯聯(lián)苯？
隨著時(shí)間的推移，PCB 已發(fā)展成為優(yōu)化電子制造的工具。曾經(jīng)很容易用手組裝的東西很快讓位于需要機(jī)械精度和效率的微觀組件。以下圖所示的兩塊電路板為例。一個(gè)是 1960 年代的計(jì)算器板。另一種是您將在當(dāng)今計(jì)算機(jī)中看到的典型高密度主板。
1968 – 計(jì)算器 – PCB 現(xiàn)代主板
計(jì)算器中可能有 30 多個(gè)晶體管，但在主板上的單個(gè)芯片上，您會(huì)發(fā)現(xiàn)超過一百萬個(gè)晶體管。關(guān)鍵是技術(shù)和 PCB 設(shè)計(jì)正在以驚人的速度發(fā)展。在當(dāng)今的設(shè)計(jì)中，計(jì)算器 PCB 上的所有東西現(xiàn)在都可以裝入單個(gè)芯片中。這引起了人們對(duì)PCB制造的關(guān)注。
鍍金時(shí)代 (1879 – 1900)
1960 年代的美國(guó)內(nèi)戰(zhàn)，現(xiàn)在美國(guó)制造業(yè)正在蓬勃發(fā)展。在此期間，最偉大的工程師正在研究如何在 5 到 7 天而不是 5 到 7 個(gè)月內(nèi)將某人從美國(guó)東海岸帶到西海岸。
在鍍金時(shí)代，我們看到了一些關(guān)于電磁學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)。我們發(fā)明了電動(dòng)機(jī)，它將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。我們還看到發(fā)電機(jī)，它通過將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能來做相反的事情。
這也是一個(gè)天才發(fā)明家的時(shí)代，他們?nèi)匀粚?duì)我們今天的電子世界產(chǎn)生影響，包括：
托馬斯愛迪生在 1879 年發(fā)明了燈泡，在 1889 年發(fā)明了電影，以及許多其他創(chuàng)新。
尼古拉特斯拉在 1888 年發(fā)明了電動(dòng)機(jī)，在 1895 年發(fā)明了交流電源。
亞歷山大·格雷厄姆·貝爾于 1876 年發(fā)明了電話。
喬治伊士曼的柯達(dá)于 1884 年發(fā)明了第一臺(tái)消費(fèi)類相機(jī)。
Herman Hollerith 于 1890 年發(fā)明了制表機(jī)，隨后創(chuàng)立了 IBM。
在這個(gè)創(chuàng)新激烈的時(shí)期，最重要的爭(zhēng)論之一是交流與直流之間的爭(zhēng)論。
特斯拉的交流電最終成為長(zhǎng)距離電力傳輸?shù)睦硐敕椒?。然而，有趣的是，我們今天仍在處?AC-DC 轉(zhuǎn)換。
進(jìn)步時(shí)代 (1890 – 1920)
進(jìn)步時(shí)代是社會(huì)改革的時(shí)代，《謝爾曼反托拉斯法》等立法打破了標(biāo)準(zhǔn)石油的壟斷地位。這也是我們看到第一個(gè)PCB專利的時(shí)候。1903 年，德國(guó)發(fā)明家阿爾伯特·漢森（Albert Hanson）申請(qǐng)了一項(xiàng)英國(guó)專利，該裝置被描述為多層絕緣板上的扁平箔導(dǎo)體。聽起來有點(diǎn)熟？
Albert-Hanson-PCB-專利圖
描繪 Albert Hanson 的第一個(gè) PCB 專利的繪圖。
漢森還在他的專利中描述了通孔應(yīng)用的概念。在這里，他展示了您可以用垂直線在兩層上打一個(gè)孔以進(jìn)行電氣連接。
推電子
在此期間，我們開始看到愛迪生和其他商業(yè)領(lǐng)袖大力推動(dòng)日常家庭中的電子設(shè)備。這種推動(dòng)的問題是完全缺乏標(biāo)準(zhǔn)化。如果你住在紐約或新澤西，并使用愛迪生的電力發(fā)明來照明、加熱或烹飪，如果你在另一個(gè)城市使用它們會(huì)發(fā)生什么？它們無法使用，因?yàn)槊總€(gè)城鎮(zhèn)都有自己的套接字配置。
咆哮的二十年代（1920 年代）
隨著第一次世界大戰(zhàn)接近尾聲，美國(guó)經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)了巨大的繁榮。這是第一次有更多的人住在城市而不是農(nóng)場(chǎng)。我們也開始看到在美國(guó)推出連鎖店和品牌。
汽車的發(fā)明
在這里，我們看到曾經(jīng)泥濘的道路正在鋪設(shè)。人們需要汽油來為車輛提供動(dòng)力，因此加油站應(yīng)運(yùn)而生。您還擁有維修店、配件等。許多人的整個(gè)生活方式都源于汽車的發(fā)明，今天仍然如此。
在此期間，我們看到了我們今天仍然依賴的現(xiàn)代電器的引入，例如洗衣機(jī)、吸塵器和冰箱。人們第一次可以在商店購買易腐爛的商品并將它們存放起來以延長(zhǎng)保質(zhì)期。
但是我們的多氯聯(lián)苯在哪里？我們還沒有看到它們?cè)诖似陂g推出的任何電器或汽車中使用。
然而，在 1925 年，查爾斯·杜卡斯（Charles Ducasse）申請(qǐng)了一項(xiàng)專利，描述了將導(dǎo)電油墨添加到絕緣材料中的過程。這將在稍后生產(chǎn)印刷線路板 (PWB)。該專利是第一個(gè)類似于 PCB 的應(yīng)用，但僅用作平面加熱線圈。我們還沒有得到電路板和組件之間的任何實(shí)際電氣連接，但我們已經(jīng)接近了。
PCB的首次使用
在第二次世界大戰(zhàn)期間，我們看到了我們今天所知道的 PCB 首次用于接近熔斷器。該裝置用于高速炮彈，需要在空中或陸地進(jìn)行遠(yuǎn)距離精確射擊。接近引信最初是由英國(guó)人開發(fā)的，用于對(duì)抗希特勒軍隊(duì)的進(jìn)攻。后來與美國(guó)共享，完善了設(shè)計(jì)和制造。
1942 年 Paul-Eisler 的第一臺(tái)印刷電路板收音機(jī)
隨著第二次世界大戰(zhàn)接近尾聲，我們看到我們的士兵回家，組建家庭，并生下許多孩子。提示嬰兒潮一代。在這個(gè)戰(zhàn)后時(shí)代，我們看到了對(duì)真空吸塵器、洗衣機(jī)、電視和收音機(jī)等現(xiàn)有電器的許多改進(jìn)?，F(xiàn)在大蕭條已經(jīng)過去，許多消費(fèi)者終于可以在家里買得起這些設(shè)備了。
1948 年電視
盡管沒有 PCB，但我們看到晶體管于 1947 年到達(dá)貝爾實(shí)驗(yàn)室。1953 年，該設(shè)備又花了六年時(shí)間才最終投入生產(chǎn)，但為什么這么久？在那個(gè)年代，信息是通過期刊、會(huì)議等方式傳播的。在信息時(shí)代之前，信息的傳播只是需要時(shí)間來傳播。
隨著 PCB 開始在制造業(yè)中騰飛，我們發(fā)現(xiàn)自己參加了世界上第一次太空競(jìng)賽。俄羅斯在此期間取得了多項(xiàng)成就，包括：
第一顆人造衛(wèi)星 Sputnik 于 1957 年發(fā)射
第一艘宇宙飛船 Luna 2 于 1959 年發(fā)射到月球
第一位宇航員 Yuri Gagarin 于 1961 年被送往地球軌道
混合時(shí)代（2000 年代及以后）
切入當(dāng)前電子和PCB設(shè)計(jì)時(shí)代；我們稱之為混合時(shí)代。過去，我們有各種各樣的設(shè)備來滿足各種需求。你需要一個(gè)計(jì)算器；你買了一個(gè)計(jì)算器。你想玩電子游戲；你買了一個(gè)視頻游戲機(jī)?，F(xiàn)在您已經(jīng)購買了內(nèi)置 30 種不同功能的智能手機(jī)。這似乎很明顯，但是當(dāng)您查看我們的智能手機(jī)可以做的所有事情時(shí)，您會(huì)感到震驚。
我們正處于設(shè)備整合時(shí)代，但下一步是什么？多氯聯(lián)苯已經(jīng)建立，我們幾乎所有的事情都有流程和程序。高速應(yīng)用正在成為常態(tài)。我們還看到，只有 25% 的 PCB 設(shè)計(jì)師年齡在 45 歲以下，而 75% 的人正準(zhǔn)備退休。該行業(yè)似乎正處于危機(jī)時(shí)期。
PCB設(shè)計(jì)的未來會(huì)是機(jī)器人嗎？也許在帶有柔性電路的可穿戴設(shè)備中？或者我們可能會(huì)看到質(zhì)子用光子學(xué)取代電子。就我們對(duì)物理 PCB 的了解而言，這種情況甚至可能在未來發(fā)生變化。組件之間的連接不需要物理介質(zhì)，而是具有波浪技術(shù)的潛力。這將允許組件在不需要銅的情況下無線發(fā)送信號(hào)。
未來會(huì)怎樣？
沒有人知道 PCB 設(shè)計(jì)甚至整個(gè)電子行業(yè)的未來會(huì)是什么樣子。自我們的制造肌肉開始工作以來，已經(jīng)將近 130 年了。從那時(shí)起，隨著汽車、電器、電腦、智能手機(jī)等重要產(chǎn)品的推出，世界發(fā)生了翻天覆地的變化。我們所有的基本生計(jì)和生存都依賴煤炭、木材或石油的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了?，F(xiàn)在我們有了可以滿足我們?nèi)粘Ｐ枨蟮碾娮赢a(chǎn)品。
但未來會(huì)怎樣？這是一個(gè)很大的未知數(shù)。我們都知道，擺在我們面前的每一項(xiàng)發(fā)明都站在其前身的肩膀上。我們的祖先將 PCB 設(shè)計(jì)帶到了今天，現(xiàn)在我們需要?jiǎng)?chuàng)新和徹底改變我們?cè)O(shè)計(jì)和與技術(shù)交互的方式。未來可以是任何東西。未來取決于你。
