PCB線路板概述及其歷史介紹

印刷電路板（PCB）是具有蝕刻的電氣組件特征的基板設(shè)備。PCB有單層，雙層和多層，并帶有相應(yīng)的銅層。最高密度的PCB由多層組成。它們包含連接不同層上導(dǎo)體的電鍍孔。在更精細(xì)的PCB上，基板通常會(huì)層疊有電容器，電阻器和其他組件。大多數(shù)堅(jiān)固的PCB層通常由FR-4玻璃環(huán)氧樹(shù)脂制成的基板組成。

PCB是幾乎所有電子設(shè)備必不可少的，除非產(chǎn)品最簡(jiǎn)單。PCB的設(shè)計(jì)涉及復(fù)雜的電路細(xì)節(jié)，但是PCB的組裝和生產(chǎn)可以統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)。由于PCB由單個(gè)零件組成的已安裝布線組件組成，因此PCB的批量生產(chǎn)是一種簡(jiǎn)單，相對(duì)便宜且通常無(wú)錯(cuò)誤的過(guò)程，特別是與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和繞線等其他布線選項(xiàng)相比時(shí)。

PCB的縮寫(xiě)適用于裸板和組裝板。如果電路板具有銅線連接功能，但缺少嵌入式部件，則盡管技術(shù)上幾乎沒(méi)有使用該術(shù)語(yǔ)，但更合適的名稱(chēng)是印刷電路板。其他更常見(jiàn)的術(shù)語(yǔ)包括印刷電路板組件和印刷電路組件，它是帶有電子零件的PCB。

在哪里使用印刷電路板？

印刷電路板在眾多電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)組件中至關(guān)重要。自1960年代以來(lái)，現(xiàn)代形式的PCB就已經(jīng)存在，當(dāng)時(shí)它們是計(jì)算器，收銀機(jī)和其他帶有電路的簡(jiǎn)單設(shè)備中的組件。

1970年代，PCB開(kāi)始出現(xiàn)在數(shù)字手表以及一些世界上第一個(gè)視頻游戲和個(gè)人計(jì)算機(jī)中。到1980年代，報(bào)警收音機(jī)，盒式磁帶錄像機(jī)，Atari游戲機(jī)，CD和激光光盤(pán)播放器以及無(wú)繩電話中都使用了PCB。在1990年代，日益先進(jìn)和小型化的PCB導(dǎo)致臺(tái)式計(jì)算機(jī)以及諸如掃描儀和打印機(jī)之類(lèi)的外圍設(shè)備在每天的美國(guó)人中的傳播。

自1990年代后期以來(lái)，計(jì)算機(jī)設(shè)備的快速發(fā)展已導(dǎo)致PCB的體積越來(lái)越小，而前幾十年的電路板卻越來(lái)越多。例如，智能手機(jī)已經(jīng)變得越來(lái)越緊湊，但又具有更強(qiáng)的抗損壞性。便攜式MP3播放器在大約12年中也出現(xiàn)了類(lèi)似的發(fā)展，從2000年代初期笨重而笨拙的Archos播放器發(fā)展到了時(shí)尚輕巧的iPod Nano機(jī)型，受到了當(dāng)今移動(dòng)聽(tīng)眾的青睞。

具有更大通用性的芯片組件的發(fā)展促進(jìn)了設(shè)備的小型化。有了微型球柵陣列和較短的板，公司現(xiàn)在可以制造小型的計(jì)算機(jī)化設(shè)備，因?yàn)樗麄冎?/span>PCB足夠緊湊以適合手邊的外殼。這與早期的PCB相反，后者的板子尺寸通常會(huì)決定封裝設(shè)備的尺寸要求。

PCB的歷史

在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)中，PCB的技術(shù)組件已被量化為微觀水平。在1960年代，典型計(jì)算器中的PCB由大約30個(gè)晶體管組成。如今，普通計(jì)算機(jī)中的PCB在主板的單個(gè)芯片中具有數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶體管。這些發(fā)展使得有可能在纖細(xì)的和纖細(xì)的設(shè)備上加載不斷增加的功能。而且，諸如電容器和電阻器之類(lèi)的部件也已經(jīng)縮小到以前尺寸的幾分之一。

現(xiàn)代PCB提供的先進(jìn)功能使用戶可以在每個(gè)可能的提示上瞬間激活設(shè)備。在給定功能上，當(dāng)今的PC或移動(dòng)設(shè)備用戶極有可能會(huì)在五秒鐘的延遲后變得神經(jīng)緊張。PCB演變的最明顯跡象可能是在視頻游戲中，視頻游戲已經(jīng)從1970年代的簡(jiǎn)單Pong系統(tǒng)發(fā)展到逼真的場(chǎng)景，使游戲玩家可以通過(guò)當(dāng)今的游戲機(jī)進(jìn)行戰(zhàn)斗和競(jìng)賽。

我們可以將印刷電路板的歷史追溯到設(shè)計(jì)之初。當(dāng)本杰明·富蘭克林（Benjamin Franklin）將風(fēng)箏放進(jìn)雷暴并發(fā)現(xiàn)閃電的電氣質(zhì)量時(shí)，車(chē)輪就在運(yùn)動(dòng)。

1850年至1900年

19世紀(jì)下半葉的一個(gè)標(biāo)志是技術(shù)的飛躍發(fā)展。在南北戰(zhàn)爭(zhēng)之后的幾十年中，東海岸和中西部地區(qū)的城市都配備了電力，這取代了取暖石油和煤炭的使用。隨著電力的擴(kuò)散，郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)也都連接到新形成的電網(wǎng)。同時(shí)，在世紀(jì)之交的汽車(chē)制造出必需的汽油之前，石油幾乎失去了其用途。

電力的普及預(yù)示著電話，燈泡和消費(fèi)相機(jī)的出現(xiàn)，所有這些在1800年代最后一個(gè)季度進(jìn)入市場(chǎng)。即使PCB本身在此時(shí)間范圍內(nèi)不存在，其最終開(kāi)發(fā)的技術(shù)基礎(chǔ)也幾乎完全扎根于19世紀(jì)后期。

1900-1950年

1903年，德國(guó)發(fā)明家阿爾伯特·漢森（Albert Hanson）申請(qǐng)了類(lèi)似PCB的設(shè)備的第一項(xiàng)專(zhuān)利。該設(shè)備是用于多層絕緣板的扁平導(dǎo)體。但是，這種類(lèi)型的設(shè)備不會(huì)在20世紀(jì)初期的新興技術(shù)中得到廣泛使用，在這一時(shí)期，無(wú)線電，留聲機(jī)，洗衣機(jī)，烘干機(jī)和吸塵器的問(wèn)世開(kāi)始了。

就像天真爛漫的鍍金時(shí)代與泰坦尼克號(hào)沉沒(méi)一樣，一戰(zhàn)的恐怖使民族主義情緒低落，人類(lèi)對(duì)自然的最大勝利就是飛機(jī)的發(fā)展。在禁酒令失敗的實(shí)驗(yàn)中，美國(guó)人更渴望擺脫機(jī)器，在裝飾裝飾燈下的杜松子酒浸泡的夜晚，走到最近的說(shuō)話區(qū)。

1929年10月股市崩盤(pán)引發(fā)的大蕭條是PCB發(fā)展的又一次挫折。這場(chǎng)活動(dòng)結(jié)束了爵士時(shí)代的輕浮，并迎來(lái)了一段連鎖團(tuán)伙，面包行和狹窄的物業(yè)單位的時(shí)期，那里的家庭沒(méi)有錢(qián)花在奢侈品上。

在1941年12月對(duì)珍珠港的襲擊使美國(guó)蒙上了陰影之后，發(fā)生了類(lèi)似PCB的技術(shù)的首次重大改編。軍事情報(bào)部門(mén)認(rèn)為，如果國(guó)務(wù)院能夠更好地與檀香山軍事基地進(jìn)行通信，那么他們本來(lái)可以阻止這次襲擊。

當(dāng)該國(guó)卷入第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，美國(guó)軍隊(duì)遇到了一種稱(chēng)為近程引信的英國(guó)裝置，該裝置裝備了炮彈，可以在廣闊的陸地和海洋上擊中精確目標(biāo)。

美國(guó)軍方最終接受并采用了接近式保險(xiǎn)絲的概念，從而增強(qiáng)了設(shè)計(jì)并使其適合大規(guī)模生產(chǎn)。大約在同一時(shí)間，英國(guó)的奧地利發(fā)明家保羅·埃斯勒（Paul Eisler）提出了一種在非導(dǎo)電玻璃基體上使用銅箔的設(shè)備來(lái)提高PCB的概念。該設(shè)計(jì)將預(yù)示現(xiàn)代PCB上的頂部/底部銅絕緣。發(fā)明人還于1943年推出了配備PCB的無(wú)線電，后來(lái)證明對(duì)軍事行動(dòng)很有用。

1950-2000年

第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，美國(guó)軍人從歐洲和遠(yuǎn)東趕來(lái)，重新回到了國(guó)內(nèi)。弗蘭克·辛納屈（Frank Sinatra）一炮而紅，鮑比襪商用腿部化妝料換成真正的尼龍，家庭熱衷于新發(fā)明，例如33 rpm唱片和電視機(jī)。大蕭條的結(jié)束迎來(lái)了中產(chǎn)階級(jí)的崛起，刺激了城市郊區(qū)和整個(gè)美國(guó)中部地區(qū)的郊區(qū)發(fā)展。

戰(zhàn)后首次大量使用PCB是在1947年，當(dāng)時(shí)是Bell Labs晶體管。1950年代，隨著冷戰(zhàn)在美國(guó)和蘇聯(lián)之間的緊張局勢(shì)加劇，雙方都必須提高其通信能力，以跟上敵人前沿的事態(tài)發(fā)展。正如貓王埃爾維斯·普雷斯利（Elvis Presley）首次擊中電視屏幕時(shí)，將其骨盆搖到“傷心飯店”一樣，美國(guó)陸軍于1956年申請(qǐng)了“電路組裝工藝”的專(zhuān)利。

第一次，保持電流并在銅跡線組件之間通信的能力得到了體現(xiàn)。現(xiàn)在，這場(chǎng)競(jìng)賽是首次進(jìn)入太空。蘇聯(lián)人在1957年發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星（Sputnik），從而在多個(gè)方面贏得了勝利。地球軌道分別在1959年和1961年。

1963年，正當(dāng)美國(guó)加大自身的太空探索力度，哀悼肯尼迪的潮一代為甲殼蟲(chóng)樂(lè)隊(duì)和隨后的英國(guó)入侵做好準(zhǔn)備時(shí)，PCB技術(shù)又發(fā)生了兩次發(fā)展。其中一項(xiàng)涉及電鍍通孔技術(shù)，這是Hazeltine Corp.的一項(xiàng)專(zhuān)利，該技術(shù)使在同一PCB上緊密間隔組件成為可能，而沒(méi)有沖突的風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)的第二項(xiàng)創(chuàng)新是IBM提供的表面貼裝技術(shù)的開(kāi)發(fā)。兩項(xiàng)創(chuàng)新都是土星火箭助推器的重要組成部分。

當(dāng)激動(dòng)不已的Technicolor 1960年代讓位給焦油加油的，廣泛使用的1970年代時(shí)，德克薩斯儀器公司的工程師Jack Kilby推出了第一個(gè)微處理器。Kilby開(kāi)發(fā)了集成電路，并迅速在電子裝配中得到采用。到那時(shí)，PCB已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)中的必需品。在這十年的后半段，第一臺(tái)家用計(jì)算機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)，從1975年的MITS Altair 8800和IMSAI 8080開(kāi)始，然后是1976年4月的Apple 1。

8軌速8速技術(shù)雖然具有創(chuàng)新性，但在1970年代環(huán)繞立體聲，水晶般清晰的數(shù)字技術(shù)的高科技發(fā)展下，已迅速過(guò)時(shí)。當(dāng)邁克爾·杰克遜（Michael Jackson）將X代人帶入視頻時(shí)代時(shí)，這十年間，依賴(lài)PCB的設(shè)備出現(xiàn)在普通美國(guó)人的客廳和口袋中。VHS記錄器，光盤(pán)播放器，隨身聽(tīng)，無(wú)繩電話和游戲機(jī)等小工具均通過(guò)PCB傳輸信號(hào)。在此期間，個(gè)人計(jì)算機(jī)和EDA軟件也取得了進(jìn)展。

無(wú)論1990年代在文化特征方面可能缺乏什么，這都是PCB技術(shù)蓬勃發(fā)展的時(shí)期。90年代是由于PCB設(shè)計(jì)的發(fā)展而使設(shè)備變得更小的十年，該設(shè)計(jì)允許在單個(gè)芯片上增加門(mén)。隨著越來(lái)越多的家庭連接到Internet（首先通過(guò)撥號(hào)服務(wù)，然后在本世紀(jì)末，通過(guò)電纜和DSL線路），個(gè)人計(jì)算機(jī)已成為家用設(shè)備。

計(jì)算機(jī)不再是大型的復(fù)雜機(jī)器，只要按錯(cuò)按鈕即可引發(fā)核爆炸，它們現(xiàn)在已經(jīng)成為緊湊，可訪問(wèn)的交互式設(shè)備，為每個(gè)人的指尖帶來(lái)了一個(gè)充滿信息的世界。PCB也是手機(jī)的重要組成部分，到90年代中期，它迅速超越了無(wú)繩天線電話，成為一種常見(jiàn)的狀態(tài)標(biāo)志。

在快速的技術(shù)進(jìn)步和小型化中，對(duì)設(shè)計(jì)具有修改潛力的PCB的需求日益增加。可以通過(guò)簡(jiǎn)單的重新布線來(lái)修改早期的PCB，而較新的板具有更細(xì)的零件，這些零件在物理上更難更改，更不用說(shuō)焊接了。因此，PCB設(shè)計(jì)成為更加專(zhuān)門(mén)的過(guò)程。

2000年及以后

21世紀(jì)見(jiàn)證了過(guò)去50年的創(chuàng)新成果，這些創(chuàng)新成果被整合并壓縮為人們可以隨身攜帶的單個(gè)輕量級(jí)設(shè)備。以前，您需要為每個(gè)功能使用單獨(dú)的設(shè)備-電話，用于數(shù)學(xué)的計(jì)算器，用于音樂(lè)的立體聲，用于電影和電視節(jié)目的電視，用于訪問(wèn)Internet的PC，用于照片的相機(jī)等，現(xiàn)在您可以執(zhí)行所有功能并在與移動(dòng)設(shè)備連接的筆記本電腦，平板電腦或智能手機(jī)上使用任何類(lèi)型的媒體。

人們只能猜測(cè)PCB的未來(lái)前景以及它們帶來(lái)的技術(shù)。隨著關(guān)于智能家居，無(wú)人駕駛汽車(chē)和人工智能的討論越來(lái)越多，各種尺寸的PCB可能會(huì)成為計(jì)算機(jī)化建筑物和汽車(chē)中自動(dòng)旋鈕和手柄中的組件。同樣，PCB最終可以插入到預(yù)期技術(shù)（如軍事和協(xié)同工作的機(jī)器人）的運(yùn)動(dòng)部件下方。