Почему печатную плату называют «авианосцем»?

Печатная плата служит источником электрических соединений для электронных компонентов. Её история насчитывает более 100 лет; её конструкция в основном представляет собой топологию; главное преимущество использования печатных плат заключается в значительном снижении количества ошибок при монтаже и сборке, повышении уровня автоматизации и производительности труда на производстве.

Печатная плата[^1] является важным электронным компонентом и служит основой для электронных компонентов[^2]. Благодаря своей важной роли в области электронных компонентов её многие называют «электронным авианосцем».

Сейчас печатные схемы используются в средствах связи, компьютерах и практически во всех других электронных изделиях. Развитие и совершенствование технологии печатных схем создало условия для изобретения, изменившего облик мира, — появления интегральных схем[^3]. С развитием науки и техники печатные платы широко используются в военной сфере, связи, медицине, электроэнергетике, автомобилестроении, промышленной автоматике, смартфонах, носимых устройствах и других высокотехнологичных областях.

Как была изобретена печатная схема?

Изобретателем печатной схемы является Пауль Эйслер из Австрии. Эйслер — инженер-электрик, изучавший технологию печати. При изготовлении печатной платы он нарисовал схему электроники, имитируя метод изготовления печатных форм в полиграфии, а затем вытравил её на изоляционной плате из медной фольги. Ненужная медная фольга была вытравлена, оставив только токопроводящую цепь. Таким образом, электронные компоненты были соединены через цепь, образованную медной фольгой. В 1936 году Эйслер успешно собрал радиоприёмник, используя этот метод.

Изобретение Эйслера было высоко оценено американскими военными, поэтому печатная схема была впервые использована в неконтактном взрывателе. Неконтактный взрыватель — это радиовзрыватель, изобретённый американским физиком Ван Алленом во время Второй мировой войны. Он устанавливается на зенитных снарядах и при срабатывании излучает радиоволны. Как только цель попадает в зону поражения, отражённые радиоволны могут детонировать снаряды. Для этого взрывателя требуется компактное размещение множества электронных компонентов в очень маленьком устройстве, поэтому используется печатная плата. Зенитные снаряды, оснащенные неконтактными взрывателями, использовавшиеся союзниками, нанесли сокрушительный удар по немецким самолетам, и с тех пор печатные схемы стали известны всему миру.

Почему печатные схемы так важны?

Преимущество печатных схем заключается в том, что нет необходимости снова и снова паять печатную плату, что исключает множество сложных ручных операций по монтажу проводов, и позволяет добиться высокой точности, значительно повышая эффективность производства, стабильность и рентабельность печатных плат. Полиграфическая промышленность позволяет уменьшать большие изображения для изготовления печатных форм, а печатные схемы также позволяют уменьшать электронные схемы для изготовления печатных форм, тем самым подготавливая условия для производства интегральных схем. Сегодня все компьютеры и все электронные изделия используют печатные схемы.

Печатные схемы — это электронные схемы, которые соединяют электронные компоненты друг с другом путем травления или нанесения фоточувствительных проводниковых рисунков на изолирующую подложку с помощью печати. Уже сейчас автоматический плоттер позволяет быстро наносить проводники непосредственно на стеклянную пластину для изготовления печатных форм, а затем распечатывать их. Печатные схемы упрощают и облегчают массовое производство электронного оборудования, обеспечивая стабильное качество, стабильность характеристик и компактность конструкции. Без печатных схем электронное оборудование, начиная с 1950-х годов, не достигло бы столь значительного прогресса.

История печатных плат насчитывает более 60 лет с момента их изобретения. История показывает, что без печатных плат и электронных схем авиация, транспорт, атомная энергетика, компьютеры, космонавтика, связь, бытовая техника и т. д. – всё это было бы невозможно.

Причина легко понятна. Микросхемы, интегральные схемы и интегральные схемы – основа электронной информационной промышленности. Полупроводниковые технологии отражают уровень модернизации промышленности страны и определяют развитие электронной информационной промышленности. Электрические соединения и сборка полупроводников (интегральных схем, ИС) должны осуществляться на печатных платах.

Какие существуют типы печатных плат?

По количеству слоёв печатную плату можно разделить на односторонние платы[^4], двусторонние платы[^5], четырёхслойные платы, шестислойные платы и другие многослойные платы.

Что такое односторонняя плата?

На самой простой печатной плате компоненты сосредоточены на одной стороне, а провода — на другой. Поскольку провода расположены только с одной стороны, такой тип печатной платы называется односторонней. Поскольку односторонние платы имеют множество строгих ограничений на проектирование схем (из-за наличия только одной стороны, проводники не могут пересекаться и должны проходить по отдельному пути), только ранние печатные платы использовали этот тип платы.

Каковы характеристики двухсторонних плат?

У такой печатной платы проводники расположены с обеих сторон, но для использования проводов с обеих сторон необходимо соответствующее соединение схем. Этот «мост» между схемами называется переходным отверстием (via). Переходное отверстие — это небольшое отверстие на печатной плате, заполненное или покрытое металлом, которое может быть подключено к проводам с обеих сторон. Поскольку площадь двухсторонней платы вдвое больше площади односторонней, двусторонняя плата решает проблему переплетения проводников в односторонней плате (проводники могут проходить через переходное отверстие на другую сторону) и лучше подходит для использования в более сложных схемах, чем односторонняя плата.

Каковы преимущества многослойных плат?

Чтобы увеличить площадь для разводки, многослойные платы[^6] используют больше плат с односторонним или двусторонним монтажом. Печатная плата с одной двусторонней платой в качестве внутреннего слоя и двумя односторонними платами в качестве внешнего слоя, или две двусторонние платы в качестве внутреннего слоя и две односторонние платы в качестве внешнего слоя, поочередно соединяются с помощью системы позиционирования и изолирующих клеевых материалов, а проводящие рисунки соединяются между собой в соответствии с требованиями конструкции. Печатная плата становится четырехслойной или шестислойной печатной платой, также известной как многослойная печатная плата. Количество слоев платы не означает, что есть несколько независимых слоев проводников. В особых случаях будут добавлены пустые слои для контроля толщины платы. Обычно количество слоев является четным числом и включает два самых крайних слоя. Большинство материнских плат имеют структуру от 4 до 8 слоев, но технически возможно получить печатную плату с почти 100 слоями. В больших суперкомпьютерах в основном используются материнские платы с большим количеством слоёв, но поскольку такие компьютеры могут быть заменены кластерами из множества обычных компьютеров, супермногослойные платы постепенно уходят в небытие. Поскольку слои на печатной плате плотно объединены, обычно сложно увидеть их фактическое количество, но если внимательно присмотреться к материнской плате, то их всё равно можно увидеть.

Компоненты, используемые в многослойных платах, в основном представляют собой компоненты для поверхностного монтажа[^7], которые обладают следующими характеристиками:

1. При использовании совместно с интегральными схемами вся машина может быть миниатюризирована и её вес может быть уменьшен;

2. Повышается плотность разводки, уменьшается расстояние между компонентами и сокращается путь передачи сигнала;

3. Уменьшается количество точек пайки компонентов, снижается интенсивность отказов;

4. Добавляется экранирующий слой, что снижает искажение сигнала в схеме;

5. Внедрение слоя теплоотвода может снизить локальный перегрев и повысить надежность всего устройства.

[^1]: Понимание печатных плат критически важно для понимания современной электроники и её применения.

[^2]: Изучите различные электронные компоненты, из которых состоят устройства, и их функции.

[^3]: Узнайте о значении интегральных схем в современных технологиях и их влиянии.

[^4]: Узнайте о базовой структуре и ограничениях односторонних печатных плат.

[^5]: Изучите преимущества двусторонних плат в сложных схемах.

[^6]: Узнайте, как многослойные платы повышают ёмкость разводки и производительность устройств.

[^7]: Узнайте о преимуществах использования компонентов поверхностного монтажа в современных печатных платах.