Een geïllustreerde geschiedenis van printplaten

De eerste printplaat (PCB) werd in de jaren 1930 ontwikkeld door Paul Eisler, die techniek studeerde en tijdschriftredacteur was voordat hij zich op elektrotechniek ging toeleggen. Eisler had het idee dat afdrukken op papier voor meer dan alleen kranten kon worden gebruikt. Hij ontwikkelde het idee in een kleine eenkamerflat in Hampstead, Londen.

Moe Abramson

De geschiedenis van printplaten is beïnvloed door vele technologische ontwikkelingen. Enkele van de eerste printplaten werden gemaakt door Moe Abramson, een computeringenieur die hielp bij de ontwikkeling van het auto-assemblageproces. Abramson ontwikkelde ook interconnectiepatronen van koperfolie en dipsoldeertechnieken. Zijn proces werd later verbeterd en zijn werk leidde tot het standaardproces voor de productie van printplaten.

De printplaat is een circuit dat elektronische componenten mechanisch ondersteunt en elektrisch verbindt. Het is meestal gemaakt van twee of meer lagen koperen platen. Het fabricageproces maakt een hogere componentendichtheid mogelijk. De printplaat heeft ook doorgestoken gaten voor elektrische verbindingen. Meer geavanceerde PCB's bevatten ook ingebedde elektronische componenten.

Stanislaus F. Danko

De geschiedenis van printplaten gaat terug tot het midden van de 20e eeuw. Daarvoor hadden elektronische componenten draden en werden ze rechtstreeks op de printplaat gesoldeerd. Het eerste auto-assemblageproces werd ontwikkeld door Moe Abramson en Stanislaus F. Danko, die lid waren van het U.S. Signal Corps. Ze patenteerden dit proces en sindsdien is het de standaardmethode geworden om printplaten te maken.

Gedrukte printplaten zijn een belangrijk onderdeel van elektronische apparaten. Sinds hun bescheiden begin in het midden van de 19e eeuw zijn ze gemeengoed geworden. Hun evolutie is gedreven door de toenemende eisen van de consument. De consumenten van vandaag verwachten onmiddellijke reacties van hun elektronische apparaten. In 1925 ontwikkelde Charles Ducas een proces genaamd "gedrukte draad" om de complexiteit van bedrading te verminderen. Dr. Paul Eisler bouwde de eerste operationele PCB in Oostenrijk in 1943.

Harry W. Rubinstein

De geschiedenis van printplaten is grotendeels bepaald door een man genaamd Harry W. Rubinstein, die van 1927 tot 1946 werkte als onderzoekswetenschapper en leidinggevende bij de Centralab-divisie van Globe-Union. Rubinstein was verantwoordelijk voor verschillende innovaties toen hij bij Centralab werkte, waaronder verbeterde rolschaatsen, bougies en opslagbatterijen. Zijn beroemdste uitvinding was echter het gedrukte elektronische circuit.

De geschiedenis van printplaten begint in de vroege jaren 1900, toen elektronische componenten op een printplaat werden gesoldeerd. De printplaat had gaten voor draden en de draden werden door die gaten gestoken en vervolgens aan de koperen sporen op de printplaat gesoldeerd. In 1949 ontwikkelden Moe Abramson en Stanislaus F. Danko echter een techniek waarbij componentdraden in een interconnectiepatroon van koperfolie werden gestoken en gedompeld werden gesoldeerd. Dit proces werd later overgenomen door het Signal Corps van het Amerikaanse leger en werd uiteindelijk een standaardmanier om printplaten te maken.

SMT-componenten (Surface Mount Technology)

SMT is een technologie waarmee elektronische componenten rechtstreeks op het oppervlak van een printplaat (PCB) kunnen worden aangebracht. Dit zorgt voor een efficiëntere productie en een compacter ontwerp. Het vermindert ook het aantal geboorde gaten, wat kan leiden tot lagere productiekosten. SMT componenten zijn ook robuuster en beter bestand tegen trillingen en schokken.

Het grote voordeel van oppervlaktemontagetechnologie ten opzichte van door-gatcomponenten is dat het in hoge mate geautomatiseerd is en het aantal storingen tijdens het lasproces vermindert. Bovendien zijn SMT componenten veel goedkoper te verpakken dan hun THT tegenhangers, wat betekent dat de verkoopprijs lager is. Dit is een enorm voordeel voor klanten die op zoek zijn naar printplaten in grote volumes.

Meerdere lagen koper

PCB's met meerdere koperlagen zijn opgebouwd uit meerdere lagen koperfolie en isolatiemateriaal. De koperlagen kunnen een doorlopend koperen gebied vormen of ze kunnen afzonderlijke sporen vormen. De geleidende koperlagen zijn met elkaar verbonden door middel van vias, dunne kanalen die stroom kunnen geleiden. Deze geleidende lagen worden vaak gebruikt om EMI te verminderen en een duidelijk stroomretourpad te bieden. Hieronder staan enkele voordelen van het gebruik van koper op printplaten.

Meerlagige printplaten zijn duurder dan enkellaags printplaten. Ze zijn ook complexer om te maken en vereisen een ingewikkelder productieproces. Ondanks de hoge kosten zijn ze populair in professionele elektronische apparatuur.

Elektromagnetische compatibiliteit

Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) is een belangrijk aspect van het ontwerp van een product. EMC-normen zijn een voorwaarde voor een veilige werking van producten. Het ontwerp van een printplaat moet elektromagnetisch compatibel zijn met de componenten en de omgeving. Gewoonlijk voldoen printplaten niet meteen aan de EMC-normen. Daarom moet het ontwerpproces vanaf het begin gericht zijn op het voldoen aan de EMC-normen.

Er zijn verschillende gebruikelijke technieken om elektromagnetische compatibiliteit te bereiken. Eén methode bestaat uit het aanbrengen van een aardlaag op een printplaat. Een andere methode bestaat uit het gebruik van aardroosters om een lage impedantie te verkrijgen. De hoeveelheid ruimte tussen de roosters is belangrijk bij het bepalen van de aardingsinductie van de printplaat. Kooien van Faraday zijn een andere manier om EMI te verminderen. Hierbij wordt aarde rond de printplaat gegooid, waardoor signalen niet voorbij de massagrens kunnen reizen. Dit helpt de emissies en interferentie die PCB's produceren te verminderen.