PCB发展简史

  的历史，当时世界上伟大的工业机器起步运转。我们将在本文中介绍的不是完整的历史，而是将

  随着时间的推移，PCB 已发展成为优化电子科技类产品制造的工具。曾经很容易用手组装的东西很快就让位于需要机械精度和效率的微观组件。

  以下图所示的两块电路板为例。一个是 1960 年代制造的用于计算器的旧板。另一种是典型的高密度主板，您将在今天的计算机中看到。

  在计算器中，我们可能有 30 多个晶体管，但在主板上的单个芯片上，您会发现超过一百万个晶体管。重点是，技术和 PCB 设计本身的进步速度令人印象非常深刻。现在，计算器 PCB 上的所有东西都可以装入当今设计的单个芯片中。这使人们关注 PCB 制造中的几个显着趋势：

  · 我们正在将更多功能集成到集成电路 (IC) 和微处理器等高级设备中。

  所有这些进步主要是由我们产品速度和功能的提高推动的。我们大家都希望我们的设备能够立即响应，即使是几秒钟的延迟也会让我们陷入疯狂。

  对于性能进步，请想下游戏的发展：回到 80 年代，你很可能在街机玩吃豆人；现在我们大家可以看到非常逼真的画面，进步简直是疯了。

  很明显，PCB 的发展直接响应了我们对设备的期望。我们应该更快、更便宜、更强大的产品，而满足这些需求的唯一方法是使制作的完整过程小型化并提高效率。电子科技类产品和 PCB 的这股热潮是从何时开始的？在镀金时代的黎明。

  我们在 60 年代结束了美国内战，现在美国的制造业正在蒸蒸日上。在此期间，我们正在尽我们所能，从食物到衣服、家具和铁轨。运输业正在大举进攻，我们最伟大的工程师正在研究怎么样在 5 到 7 天而不是 5 到 7 个月内将人从美国东海岸送到西海岸。

  在此期间，我们还将电力引入家庭，首先从城市开始，然后进入郊区和农村地区。电力现在是煤炭、木材和石油的替代品。想想在严冬时住在纽约，试着用脏煤或成堆的柴火做饭或取暖。电力改变了这一切。

  一个有趣的问题是，垄断石油市场的标准石油公司并没有为汽油供应石油。他们的市场是用于烹饪、煎炸和照明的油。随着电力的出现，标准石油公司需要为石油定义一个新的用途，这将随着汽车的推出而到来。

  在镀金时代，我们正真看到了电磁学的一些重大发现。我们发明了电动机，它将电能转化为机械能。我们还看到发电机，它通过将机械能转换为电能来做相反的事情。

  这也是一个天才发明家的时期，他们仍然对我们今天的电子世界产生一定的影响，包括：

  · 托马斯爱迪生在 1879 年发明了灯泡，在 1889 年发明了电影，以及许多其他创新。

  · 尼古拉·特斯拉在 1888 年发明了电动机，在 1895 年发明了交流电源。

  在这个激烈的创新时期，最大的争论之一是交流和直流之间的争论。特斯拉的交流电最终成为长距离电力传输的理想方法。然而，有趣的是，我们今天仍在处理 AC-DC 转换问题。

  查看您插入墙上的任何电子设备，您需要将交流电转换为直流电。或者，如果您查看太阳能电池板所需的基础设施，它们以直流电产生电力，必须将其转换回交流电作为电源，然后再转换回直流电供我们的设备使用。你几乎可以说 AC-DC 的辩论从未结束，两个对立的想法之间刚刚达成了平衡。

  请注意，PCB 的最初想法并不是在镀金时代发明的。然而，假如没有这个时代的制造能力，以及电力的广泛影响，PCB 永远都不可能成为今天的样子。

  进步时代的标志是社会改革时期，像《谢尔曼反托拉斯法》这样的立法打破了标准石油的垄断。这也是我们正真看到第一个PCB专利的时候。1903 年，德国发明家 Albert Hanson为一种装置申请了英国专利，该装置被描述为多层绝缘板上的扁平箔导体。听起来有点熟？

  汉森还在他的专利中描述了通孔应用的概念。在这里，他展示了您可以在两个具有垂直线的层上打一个孔以建立电气连接。

  在此期间，我们开始看到爱迪生和其他商业领袖大力推动电动设备进入日常家庭。这种推动的问题是完全缺乏标准化。如果你住在纽约或新泽西，并使用爱迪生的电力发明来照明、取暖或烹饪，如果你在另一个城市使用它们会发生啥？它们没办法使用，因每个城镇都有自己的插座配置。

  爱迪生不仅想卖给人们一个灯泡，他还想卖一种服务，这一事实也使这样的一个问题变得更糟。爱迪生可以按月为您提供电力服务；然后你会购买灯泡、电器等。当然，这些服务都不兼容其他竞争方法。

  我们要感谢Harvey Hubbel终于结束了这场混乱。1915 年，他为至今仍在使用的标准墙壁插座插头申请了专利。现在我们没将烤面包机或加热板插入灯泡插座。这是行业标准化的巨大胜利。

  多亏了 Harvey Hubbel，我们现在有了一个适用于所有电子设备的标准化壁装插座

  最后要注意的是，进步时代标志着第一次世界大战。这场冲突纯粹集中在机械装置和堑壕战上。PCB 概念，甚至是基本的电子科技类产品，还没有用于军事应用，但很快就会使用。

  随着第一次世界大战的结束，我们现在正处于咆哮的二十年代，看到美国经济出现了巨大的繁荣。这是历史上第一次住在城市的人多于住在农场的人。我们也开始看到在美国各地引入连锁店和品牌。您可能在两个不同的城镇拥有一两家家族商店，但现在我们拥有走向全国的主要品牌和商店。

  这一时期最伟大的发明是亨利福特的汽车及其所需的基础设施。这种情况类似于 1990 年代，当时我们一定要通过构建交换机、路由器和光缆来建立一个主要的基础设施来处理互联网和我们的信息时代。汽车也不例外。

  在这里，我们正真看到曾经是泥泞的道路正在铺设。人们需要汽油来为他们的车辆提供动力，因此加油站应运而生。您还拥有维修店、配件等。许多人的整个生活方式都源于汽车的发明，今天仍然如此。

  也是在最近一段时间，我们正真看到了我们今天仍然依赖的现代电器的引入，比如洗衣机、吸尘器和冰箱。这是人们第一次能够在商店购买易腐烂的商品并将其储存以延长保鲜期。

  但是我们的多氯联苯在哪里？我们仍就没有看到它们用于在此期间推出的任何电器或汽车中。然而，在 1925 年，查尔斯·杜卡斯提交了一项专利，该专利描述了将导电油墨添加到绝缘材料中的过程。这将在后来产生印刷线路板 (PWB)。该专利是第一个类似于 PCB 的实际应用，但仅用作平面加热线圈。我们还没有正真获得电路板和组件之间的任何实际电气连接，但我们已接近了。

  PCB 持续不断的发展，这次被用作 Charles Ducas 的加热线 年，股市暴跌，我们这个时代所有伟大的创新发明都一落千丈。在这里，我们正真看到失业率超过 25% 的时期，25,000 家银行倒闭，大量困难波及全球。对于整个人类来说，这是一段悲惨的时期，为希特勒、墨索里尼、斯大林的崛起以及我们未来的世界冲突铺平了道路。直到现在，多氯联苯可能从始至终保持沉默，但这一切都即将改变。

  第二次世界大战正在进行中，美国在 1942 年珍珠港爆炸事件后加入了战斗。珍珠港事件的有趣之处在于导致袭击的整个通信失败。美国有充分的证据说明危机迫在眉睫，但与他们在檀香山的军事基地的所有联系方式均未成功，因此该岛措手不及。

  由于这次失败，美国国防部意识到他们要一种更可靠的通信方式。这将电子科技类产品作为替代摩尔斯电码的主要通信手段带到了最前沿。

  在此期间，我们还有居住在英国的奥地利人Paul Eisler为非导电玻璃基底上的铜箔申请了专利。听起来有点熟？这是我们今天仍在使用的概念，用来制造顶部/底部带有绝缘层和铜的 PCB。艾斯勒在 1943 年用他的 PCB 制作了一台收音机，使这一想法更进一步，这将为未来的军事应用铺平道路。

  随着第二次世界大战接近尾声，我们正真看到我们的士兵回家，组建家庭，生下一大堆孩子。提示婴儿潮一代。正是在战后时代，我们看到了对真空吸尘器、洗衣机、电视和收音机等现有电器的大量改进。现在大萧条已经过去，许多消费者终于可以在家中买得起这些设备。

  尽管缺少 PCB，但我们确实在 1947 年看到了晶体管在贝尔实验室的到来。1953 年又过了六年，这个设备才最终用于产品，但为什么这么久呢？在那些日子里，信息是通过期刊、会议等传播的。在信息时代之前，信息的传播只是需要时间来传播。

  冷战时代的到来，标志着美苏之间相当时期的紧张局势。由于资本主义和之间的差异，这两个巨人几乎相互交战，并使世界处于核毁灭的威胁之中。

  随着 PCB 开始在制造领域起步，我们发现自己正在参加世界上第一次太空竞赛。俄罗斯在此期间取得了一些惊人的成就，包括：

  在这一切中，美国在哪里？主要是落后，通常需要一两年的时间来开发相同的技术。针对这一差距，我们看到美国的太空预算在 1960 年增长了 5 倍。我们还有著名的 1962 年肯尼迪总统演讲，其中一部分值得引述如下：

  所有这些都导致了历史上具有里程碑意义的时刻。1969年7月20日，美国第一人登上月球。

  回到 PCB，1963 年，我们让Hazeltyne Corporation申请了第一个电镀通孔技术的专利。这将允许组件在 PCB 上紧密排列在一起，而无需担心交叉连接。我们还看到IBM 开发的表面贴装技术 (SMT)的引入。这些密集的组件在土星火箭助推器中首次得到实际应用。

  70 年代为我们带来了第一个集成电路 (IC) 形式的微处理器。这最初是由德州仪器的 Jack Kilby 于 1958 年开发的。Kilby 是 TI 的新手，因此他对 IC 的创新想法在很大程度上是保密的。然而，当 TI 的高级工程师被派去参加为期一周的会议时，Kilby 留下来带着脑海中的想法奔跑。在这里，他在 TI 实验室开发了第一款 IC，而返回的工程师们都很喜欢它。

  在 1970 年代，我们看到 IC 首次用于电子产品制造。到了这个时候，如果你不使用 PCB 进行连接，你就有烦了。

  需要注意的是，PCB 仍然是用灯板和模板手工绘制的，但随后计算机和 EDA 出现了。在这里，我们看到像 Protel 和 EAGLE 这样的 EDA 软件彻底改变了我们设计和制造电子产品的方式。现在，我们可以将设计保存为 Gerber 文本文件，而不是 PCB 的照片，其坐标可以输入制造机械以生产 PCB。

  在 90 年代，随着 BGA 的引入，我们看到硅的使用全面展开。现在我们可以在单个芯片上安装更多门，并开始将存储器和片上系统 (SoC) 嵌入在一起。这也是电子产品高度小型化的时期。我们没有看到任何新功能添加到 PCB 中，但整个设计过程开始发生变化和发展，转向 IC。

  这也是一个像 0402 这样较小的组件封装使得电路板的手工焊接几乎不可能的时代。设计师现在住在他的 EDA 软件中，制造商负责物理生产和组装。

  切入电子和PCB设计的当今时代；我们称之为混合时代。过去，我们有多种设备来满足多种需求。你需要一个计算器；你买了一个计算器。你想玩电子游戏；你买了一个视频游戏机。现在你可以购买一部智能手机并获得 30 种不同层次的内置功能。这可能看起来非常明显，但当你真正看见我们的智能手机可以做的所有事情时，它会非常令人震惊：

  我们正处于设备整合的时代，但接下来会发生什么？PCBs 已经建立，我们几乎所有的事情都有流程和程序。高速应用正在成为常态。我们还看到只有 25% 的 PCB 设计师年龄在 45 岁以下，而 75% 的人正准备退休。该行业似乎正处于危机时期。

  没有人真正知道 PCB 设计未来的发展方向，甚至整个电子产品的发展方向。自我们的制造肌肉开始运转以来，已逝去了近 130 年。从那时起，随着汽车、电器、电脑、智能手机等主要产品的引入，世界永远发生了变化。我们所有的基本生计和生存都依赖煤炭、木材或石油的日子已经一去不复返了。现在我们拥有可以满足我们日常需求的电子科技类产品。