通過上邊的圖片我們看到,在PCB技術(shù)沒有大規(guī)模應用之前,生產(chǎn)這樣一臺電子設(shè)備是多么的麻煩而低效,大量的電子管,需要使用涂有絕緣樹脂的導線在器件之間進行人工布線并焊接,這就帶來一些問題:
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人工接線效率低,沒辦法實現(xiàn)機器化大規(guī)模生產(chǎn)
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人工接線容易出現(xiàn)安裝錯誤,檢查困難
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端子的焊接可靠性低容易松動造成接觸不良
為了簡化電子機器的制作,減少電子零件間的配線,降低制作成本、提高電子機器的可靠性,人們開始鉆研以印刷的方式取代配線的方法,以利用機器實現(xiàn)精密的大規(guī)?;a(chǎn)。
印刷電路板的誕生與發(fā)展
1831年法拉第發(fā)表電磁感應定律之后,人們就開始研究如何利用電磁原理來實現(xiàn)遠距離通信,薩繆爾·摩爾斯1837年發(fā)明了電報,貝爾于1876獲得了電話的發(fā)明專利。到了1904年美國有300萬電話需要靠人工電話交換連接。
印刷電路板也是隨著電子連接系統(tǒng)發(fā)展而來的,以解決電報/電話系統(tǒng)的連接問題。初期,金屬條或金屬棒用于連接安裝在木制底座上的大型電子元件。隨著時間的推移,金屬條被螺絲端子和可擰入其中的電纜所取代,這樣連接更具有靈活性,而木制底座則被金屬底板所取代。但是,隨著電報/電話業(yè)務(wù)的發(fā)展,電話交換門數(shù)越來有多,電話系統(tǒng)相關(guān)的電子操作也越來越復雜,這就需要更小、更緊湊的設(shè)計。
圖為1907年的漢口路14號英商華洋德律風公司的人工電話交換所
印刷電路板的搖籃期
與PCB有關(guān)的發(fā)明專利最早的時間節(jié)點應該在1903年,當時一位名叫阿爾伯特·漢森(Albert Hanson)的德國著名發(fā)明家申請了一項英國專利,他首創(chuàng)利用“線路”的觀念應用于電話交換機系統(tǒng),利用金屬箔切割成線路導體,然后線路導體上下面都粘上石蠟紙,在線路交點上設(shè)置導通孔實現(xiàn)不同層間的電氣互聯(lián)。這與我們現(xiàn)代的PCB制造方法有明顯的區(qū)別,因為當時苯酚樹脂還未發(fā)明,而化學蝕刻技術(shù)也還未成熟,阿爾伯特·漢森發(fā)明的方法可以說是現(xiàn)代PCB制造的雛形吧。
1907年,出生于比利時的美國化學家利奧·亨德里克·貝克蘭(Leo Hendrik Baekeland,1863年-1944年)改進了酚醛樹脂的生產(chǎn)技術(shù),將樹脂實用化、工業(yè)化。這也為印制電路板的問世與發(fā)展,創(chuàng)造了必要的條件。
1920年代–早期的PCB板材幾乎無所不包,從電木(就是上邊說的酚醛樹脂,俗稱電木)和松石到普通的舊薄木板。可以在材料上鉆一些孔,然后將扁銅絲鉚接到該材料上。外形看起來可能不是很美觀,但是后來的印刷電路板的理念就從這里誕生。當時,這些電路板主要用于收音機和留聲機。
印刷電路板的發(fā)明
還記得上邊提到的赫茲嗎,1887年赫茲通過實驗證實了麥克斯韋關(guān)于電磁波的預測之后,到了1920年代,無線電已經(jīng)引起了全世界的關(guān)注,而且電子管技術(shù)已經(jīng)相當成熟,成熟到可以開始無線電廣播的程度了,廣播收音機將很快被引入到每個家庭,如何快速制造收音機,也在促進著線路板相關(guān)技術(shù)的演進。
1925年,美國的 Charles Ducas 在絕緣的基板上印刷出線路圖案,再以電鍍的方式,成功建立導體作配線。這時,“PCB”這個名詞就誕生了。這種方法使得制造電器變得容易。