PCB's (Printed Circuit Boards) zijn voor ons geen onbekend fenomeen meer. Ze vormen een essentieel onderdeel van elektronische apparaten zoals mobiele telefoons, computers, radio's en lampen. Zonder de ontwikkeling van PCB's zouden we nooit kunnen genieten van het gemak dat deze elektronische apparaten bieden. Dan komt de vraag bij me op: wat is de ontwikkelingsgeschiedenis van PCB's? Laten we dat in dit artikel bespreken.
Mijlpalen in het ontwikkelingsproces van PCB-geschiedenis
We kunnen het PCB-ontwikkelingsproces leren door het te verdelen in verschillende belangrijke fasen die hieronder worden vermeld:
Ontluikende fase (1900-1920):
In 1903 vroeg een beroemde Duitse uitvinder, Albert Hanson, een Brits patent aan. Hij was de pionier van het concept van "draden" in telefooncentrales. De metaalfolie werd gebruikt om lijngeleiders door te snijden, waarna paraffinepapier aan de boven- en onderkant van de lijngeleiders werd gelijmd. Op de kruispunten van de lijnen werden via-gaten aangebracht om de elektrische verbinding tussen verschillende lagen te realiseren. Dit verschilt van onze moderne PCB-productiemethode, omdat fenolhars toen nog niet was uitgevonden en de technologie van chemisch etsen nog niet volwassen was. De door Albert Hansen uitgevonden methode kan worden beschouwd als het prototype van de moderne PCB-productie, die de basis vormt voor de volgende ontwikkeling.
Ontwikkelingsfase (jaren 1920-1940):
In 1925 kwam Charles Ducas uit de Verenigde Staten met het innovatieve idee om circuitpatronen op een isolerend substraat te printen, waarna er een plating werd aangebracht om geleiders voor bedrading te maken. De term "PCB" ontstond in die tijd. Deze methode maakt het gemakkelijk om elektrische apparaten te produceren.
In 1936 publiceerde de Oostenrijker Dr. Paul Eisler, bekend als "de vader van de printplaat", folietechnologie in het Verenigd Koninkrijk. Hij ontwikkelde de eerste printplaat voor gebruik in een radio. De methode die Paul Eisler gebruikte, lijkt sterk op de methode die we gebruiken voor de huidige printplaten. Deze methode heet subtractie en kan de onnodige metalen onderdelen verwijderen.
Rond 1943 werd de technische uitvinding van Paul Eisler op grote schaal door de Verenigde Staten gebruikt voor de productie van nabijheidsontstekers voor gebruik in de Tweede Wereldoorlog. Tegelijkertijd wordt de technologie veel gebruikt in militaire radio's.
Keerpunt (1948):
Het jaar 1948 was een keerpunt in de ontwikkeling van de PCB-geschiedenis, toen de Verenigde Staten de uitvinding van de printplaat officieel erkenden voor commercieel gebruik. Hoewel er destijds weinig elektronische apparatuur bestond die gebruikmaakte van de PCB-geschiedenis, heeft deze beslissing de ontwikkeling en toepassing van PCB's in grote mate bevorderd.
Bloeiperiode (jaren 1950-1990):
In de jaren 1950 tot en met de jaren 1990 ontstond de PCB-industrie, die sindsdien snel groeide. Dit was de beginfase van de PCB-industrialisatie, waarna PCB een industrie werd.
In de jaren vijftig werden transistors gebruikt op de elektronicamarkt. Hierdoor kon de omvang van elektronica effectief worden verkleind en werd het veel gemakkelijker om PCB's in te bouwen. Bovendien werd de betrouwbaarheid van de elektronische apparatuur aanzienlijk verbeterd.
In 1953 ontwikkelde Motorola een dubbelzijdige printplaat met gegalvaniseerde via's. Rond 1955 introduceerde het Japanse Toshiba een technologie om koperoxide op het oppervlak van koperfolie te genereren, en zo verscheen koperlaminaat (CCL). Dankzij deze twee technologieën werden meerlaagse printplaten met succes uitgevonden en op grote schaal gebruikt.
In de jaren 1960 werden op grote schaal printplaten gebruikt. De PCB-technologie werd steeds geavanceerder en dankzij de brede toepassing van meerlaagse printplaten werd de verhouding tussen bedrading en substraatoppervlak efficiënt vergroot.
In de jaren zeventig is er een snelle ontwikkeling van meerlaagse PCB's, strevend naar hogere precisie en dichtheid, kleine gaten met verfijnde lijnen, hoge betrouwbaarheid, lagere kosten en automatische productie. In die tijd werd het PCB-ontwerp nog handmatig gedaan. De PCB-ontwerpers gebruikten kleurpotloden en linialen om circuits te tekenen op transparante polyesterfolie. Om de tekenefficiëntie te verbeteren, maakten ze verschillende verpakkings- en circuitsjablonen voor enkele veelgebruikte apparaten.
In de jaren 1980 werd de oppervlaktemontagetechnologie(SMT) begon geleidelijk de doorlopende montagetechnologie te vervangen en werd in die tijd de mainstream. Het is ook het digitale tijdperk ingegaan.
Volwassen fase (jaren 1990-heden):
Met de ontwikkeling van elektronische apparaten zoals pc's, cd's, camera's, spelcomputers, enz. hebben zich grote veranderingen voorgedaan. De afmetingen van printplaten moeten worden verkleind om deze kleine elektronische apparaten te kunnen verwerken.
Computerisatie in het ontwerp heeft gezorgd voor automatisering in vele stappen in het PCB-ontwerp en heeft ontwerpen met kleine en lichte componenten vereenvoudigd. Componentleveranciers moeten hun apparaten verbeteren door hun stroomverbruik te verminderen, maar tegelijkertijd ook rekening houden met kostenbesparing.
In de jaren 2000 werden printplaten complexer met meer functies, terwijl de afmetingen kleiner werden. Vooral de meerlaagse en flexibele printplaatontwerpen maakten deze elektronische apparaten veel gebruiksvriendelijker en functioneler, met kleinere afmetingen en lagere kosten.
Begin 21e eeuw zorgde de opkomst van smartphones voor de ontwikkeling van HDI PCB-technologie. Hoewel de lasergeboorde microvia's behouden bleven, begonnen gestapelde via's de staggering via's te vervangen. In combinatie met de 'any layer'-constructietechnologie bereikte de uiteindelijke lijnbreedte/lijnafstand van de HDI-printplaat 40 μm.
Deze willekeurige laagmethode is nog steeds gebaseerd op een subtractief proces, en het is zeker dat de meeste high-end HDI-technologieën voor mobiele elektronische producten deze technologie nog steeds gebruiken. In 2017 begon HDI echter een nieuwe ontwikkelingsfase, waarbij de overstap van een subtractief proces naar een proces gebaseerd op patroonplating begon.
Belangrijkste trends die van invloed zijn op de PCB-industrie
Tegenwoordig zijn er verschillende soorten printplaten, waaronder: stijve PCB, rigid-flex PCB's, meerlaagse PCB's en HDI PCB's worden veel gebruikt in de markt en maken een enorme evolutie door. Wat we wel kunnen bevestigen, is dat deze evolutie zich in de toekomst zal voortzetten, samen met de voortdurend verbeterde eisen van de mens.
Dus, hier komt nog een vraag: heb je er ooit over nagedacht welke trends PCB zal volgen? Naast de opkomende elektronische producttoepassingen in de consumentenmarkt, zoals draagbare elektronische apparaten, elektronische gehoorapparaten, bloedglucosemeters, intelligente apparaten voor elektrische voertuigen, de lucht- en ruimtevaart en andere sectoren, stellen mensen hogere eisen aan het ontwerp, de materialen en de productie van PCB's. Hieronder staan vijf belangrijke trends die de PCB-industrie in de toekomst zullen beïnvloeden:
internet van dingen
Internet of Things, kortweg IoT, is een industrie met een schitterende en grenzeloze toekomst. Deze technologie brengt elk object naar het internet en elk object kan met elkaar communiceren door gegevens te delen. Het maakt het leven van mensen slimmer en gemakkelijker. Normaal gesproken zouden IoT-apparaten uitgerust moeten zijn met sensoren en draadloze connectiviteit. Daarom is het noodzakelijk om PCB's te ontwikkelen om aan deze eisen te voldoen.
Zo hebben kleine IoT-apparaten zoals BLE-armbanden of andere draagbare apparaten kleinere componenten nodig met dezelfde functionaliteit. PCB's zouden dan kleiner moeten worden, terwijl ze tegelijkertijd nog complexere componenten zouden moeten bevatten. Dit kan een uitdaging zijn, maar ook een kans voor PCB-fabrikanten die de IoT-markt willen betreden en ervan willen profiteren.
Flex printplaat
In recente jaren, flexibele printplaten winnen snel aan marktaandeel in de PCB-ontwikkeling. Bekijk de onderstaande afbeelding van https://www.www.grandviewresearch.com, die de omvang van de markt voor flexibele printplaten in de regio Azië-Pacific laat zien van 2015 tot 2025. Wat we hieruit kunnen opmaken, is dat de totale marktomvang voortdurend toeneemt. De industrieën waar flexibele PCB's worden gebruikt, variëren van elektronica en telecom tot lucht- en ruimtevaart en automotive. De vraag naar flexibele PCB's zal in de loop van de tijd enorm toenemen.
Waarom zijn flex-printplaten zo populair? Hier zijn enkele redenen: enerzijds besparen flex-printplaten ruimte omdat ze kleiner zijn dan andere soorten printplaten. Anderzijds zijn ze bestand tegen zware omstandigheden met een hogere capaciteit en een betere betrouwbaarheid.
PCB met hoge dichtheid interconnect (HDI)
De voordelen van High-Density Interconnect PCB's zijn onder andere hun betrouwbare en snelle signaal, compacte formaat en lichte gewicht. Bovendien zijn de spoorbreedtes in HDI PCB's veel kleiner en is de bedradingsdichtheid beter, waardoor engineers meer functionaliteit en vermogen in zelfs een kleine ruimte kunnen stoppen. De behoefte aan gelaagdheid is verminderd voor HDI PCB's, waardoor de productiekosten dienovereenkomstig kunnen worden verlaagd. Met zoveel uitstekende eigenschappen, HDI-printplaten worden essentiële onderdelen in veel apparaten en toepassingen.
Tegenwoordig geven mensen de voorkeur aan automatische apparaten die overal verkrijgbaar zijn, waaronder, maar niet beperkt tot, toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, militaire communicatie, medische diagnoseapparatuur en draagbare technologie. Tegelijkertijd is er steeds meer behoefte aan kleinere onderdelen met snellere signalen, en daarom hebben we die High-Density Interconnect PCB's nodig.
Hoogvermogen-PCB
High-power PCB's zijn een type PCB dat spanningen boven 48 V aankan. Ze worden steeds dunner en lichter, hebben een hogere efficiëntie, een betere warmteabsorptie en zijn duurzamer. De nieuwste high-power PCB's kunnen meer warmte verdragen dankzij een verbeterde warmteafvoer. Dankzij een verbeterde batterij kan dit type PCB veel langer meegaan.
Deze trend is ontstaan door de toenemende vraag naar elektrische voertuigen, die vaak honderden volt nodig hebben. Bovendien omarmen steeds meer mensen het duurzame concept, waardoor de vraag naar zonnepanelen, die een spanning van 24 of 28 volt vereisen, toeneemt. Kortom, printplaten met hoog vermogen hebben een breder scala aan toepassingen, zowel nu als in de toekomst.
Commerciële kant-en-klare oplossingen
Een andere trend in de PCB-industrie zijn de kant-en-klare oplossingen, ook wel COTS genoemd, waaronder PCB-modules, componenten en printplaten. Het hoogtepunt van COTS-componenten is dat ze zo ontworpen zijn dat ze eenvoudig in bestaande systemen kunnen worden geïnstalleerd, wat erg handig is. Het gebruik ervan zou de componenten standaardiseren en betrouwbaarder maken. U vraagt zich waarschijnlijk af in welke toepassingen COTS wordt gebruikt. De lucht- en ruimtevaart is een belangrijke sector waarin COTS wordt gebruikt om de kosten van grote projecten te verlagen, de kwaliteit en veiligheid te garanderen en projecten sneller af te ronden.
Conclusie
Terugkijkend op het ontwikkelingsproces, is de PCB-industrie voortdurend in ontwikkeling. PCB's spelen een belangrijke rol in deze moderne tijd, aangezien de technologie voortdurend verbetert. Wat deze trends ons ook brengen, er is één ding dat nooit zal veranderen: er zal altijd vraag zijn naar PCB's.
De evolutie en ontwikkeling in de PCB-industrie zouden echter een dramatische impact hebben op zowel het ontwerp als de productie. Als fabrikanten van printplaten concurrerend willen blijven, moeten ze daarom innovatief zijn om met de trend mee te gaan. Dit omvat onder meer het doorvoeren van veranderingen in de assemblage, het ontwerp en de productie van PCB's om aan de toenemende behoeften van mensen te voldoen.
MOKO, een toonaangevende PCB-ontwerper en -fabrikant in China, heeft meer dan 16 jaar ervaring in de PCB-industrie en beschikt over een professioneel R&D-team. We volgen de trends in de PCB-industrie altijd op de voet. Heeft u vragen over PCB's? Neem contact opLaten we samen de PCB-wereld induiken!
