Cum'è parechje altre grandi invenzioni in tutta a storia, ucircuitu stampatu (PCB)cum'è a sapemu oghje hè basatu annantu à u prugressu fattu in tutta a storia.In u nostru angulu di u mondu, pudemu traccia a storia di i PCB di più di 130 anni, quandu e grandi macchine industriali di u mondu eranu appena cuminciate.Ciò chì copremu in stu blog ùn hè micca a storia completa, ma i mumenti impurtanti chì anu trasfurmatu u PCB in ciò chì hè oghje.
Perchè PCB?
À u tempu, i PCB anu evolutu in un strumentu per ottimisà a fabricazione di prudutti elettronichi.Ciò chì una volta era faciule d'assemblea à a manu hà rapidamente cedutu à i cumpunenti microscòpichi chì necessitanu precisione meccanica è efficienza.Pigliate e duie tavule mostrate in a figura sottu per esempiu.Unu hè un vechju tavulinu di l'anni 1960 per calculatrici.L'altru hè a tipica scheda madre di alta densità chì vi vede in l'urdinatori d'oghje.
Un paragone di PCB trà una calculatrice di u 1968 è e schede madri muderne d'oghje.
In una calculatrice, pudemu avè più di 30 transistori, ma nantu à un chip unicu nantu à una scheda madre truverete più di un milione di transistori.U puntu hè, u ritmu di l'avanzamentu in a tecnulugia è u disignu PCB stessu hè impressiunanti.Tuttu u PCB di una calculatrice pò avà inserisce in un unicu chip in i disinni d'oghje.Questu attira l'attenzione à parechje tendenze notevuli in a fabricazione di PCB:
Integremu più funziunalità in i dispositi avanzati cum'è i circuiti integrati (IC) è i microprocessori.
Avemu riduzzione di cumpunenti passivi cum'è resistori è condensatori finu à u livellu microscòpicu.
Tuttu chistu porta à una densità di cumpunenti aumentata è cumplessità nantu à i nostri circuiti.
Tutti issi avanzamenti sò principalmente guidati da i migliori in a rapidità è a funziunalità di i nostri prudutti.Aspittemu chì i nostri dispositi rispundanu istantaneamente, ancu uni pochi di secondi di ritardu ci ponu guidà in una frenesia.Per a funziunalità, cunzidira i video games.In l'anni 80, probabilmente avete ghjucatu Pac-Man in un arcade.Avà vedemu rapprisintazioni fotoreali di a realità.U prugressu hè solu insane.
I visivi di i video games sò quasi realistici in questi ghjorni.
Hè chjaru chì i PCB anu evolutu in risposta diretta à ciò chì aspittemu da i nostri dispositi.Avemu bisognu di prudutti più veloci, più prezzu, più putenti, è l'unicu modu per risponde à queste richieste hè di miniaturizà è migliurà l'efficienza di u prucessu di fabricazione.Quandu hà cuminciatu stu boom in l'elettronica è i PCB?À l'alba di l'Età d'Oru.
L'età d'oru (1879-1900)
Avemu finitu a Guerra Civile Americana in l'anni 60, è avà a fabricazione americana hè in crescita.Intantu, facemu ciò chì pudemu, da l'alimentariu à a robba, u mobili è i rails.L'industria di u trasportu hè nantu à l'offensiva, è i nostri più grandi ingegneri capiscenu cumu fà per piglià qualcunu da a costa est di i Stati Uniti à a costa occidentale in 5 à 7 ghjorni invece di 5 à 7 mesi.
I ferrovie chì viaghjanu da costa à costa piglianu ghjorni invece di mesi.
Duranti stu tempu, avemu purtatu ancu l'electricità in a casa, prima in e cità è dopu in i suburbii è in e zone rurale.L'electricità hè avà un sustitutu di carbone, legnu è oliu.Pensate à vive in New York durante l'inguernu duru, circate di coccia o mantene caldu cù carboni sporchi o pile di legnu.L'electricità hà cambiatu tuttu ciò.
Un puntu interessante hè chì Standard Oil, chì monopolizeghja u mercatu di l'oliu, ùn furnisce micca oliu per gasoline.U so mercatu hè l'oliu per a cucina, frittura è illuminazione.Cù l'avventu di l'electricità, Standard Oil avia bisognu di definisce un novu usu di l'oliu, chì vene cù l'intruduzioni di l'automobile.
In u maghju di u 1878, a Standard Oil Company hà publicatu azioni, è u monopoliu di u petroliu cuminciò.
Duranti l'Età d'Oru avemu vistu qualchì grande scuperta in l'elettromagnetismu.Avemu inventatu u mutore elettricu, chì cunverta l'energia elettrica in energia meccanica.Avemu ancu vede generatori, chì facenu u cuntrariu cunvertisce l'energia meccanica in energia elettrica.
Era ancu un tempu di inventori geniali chì anu sempre un impattu annantu à u nostru mondu elettronicu oghje, cumprese:
Thomas Edison hà inventatu a lampadina in u 1879, u filmu in u 1889, è parechje altre innovazioni.
Nikola Tesla hà inventatu u mutore elettricu in u 1888 è a fonte di energia AC in u 1895.
Alexander Graham Bell hà inventatu u telefunu in u 1876.
Kodak di George Eastman hà inventatu a prima camera di cunsumatori in u 1884.
Herman Hollerith hà inventatu a macchina di tabulazione in u 1890 è hà fundatu IBM.
Duranti stu periodu intensu di innuvazione, unu di i dibattiti maiò hè quellu trà AC è DC.A corrente alternata di Tesla diventò eventualmente u metudu ideale per trasmette u putere à longu distanzi.Curiosamente, però, avemu sempre tratta di cunversione AC-DC oghje.
AC pò avè vintu a battaglia, ma DC domina sempre l'elettronica.
Fighjate à ogni dispusitivu ilittronica vi plug in u muru, vi tocca à cunvertisce AC à DC.O, se fighjate à l'infrastruttura necessaria per i pannelli solari, generanu l'electricità in DC, chì deve esse cunvertita in AC cum'è fonte di energia, è torna in DC per i nostri dispusitivi per aduprà.Si pudia quasi dì chì u dibattitu AC-DC ùn era mai finitu, un equilibriu era appena statu fattu trà duie idee opposte.
Ci hè assai avanti è avanti trà AC è DC in un pannellu solare.
Innota chì l'idea originale di u PCB ùn hè micca inventatu in l'Età d'Oru.Tuttavia, senza e capacità di fabricazione di questa era, è l'influenza diffusa di l'electricità, i PCB ùn sarianu mai ciò chì sò oghje.
Era Progressiva (1890 - 1920)
L'Era Progressiva hè stata marcata da un periodu di riforma suciale, cù una legislazione cum'è l'Attu Antitrust Sherman chì rompe u monopoliu di Standard Oil.Questu hè ancu quandu vedemu i primi brevetti di PCB.In u 1903, l'inventore tedescu Albert Hanson hà dumandatu una patente britannica per un dispositivu deskrittu cum'è un cunduttore di fogliu pianu nantu à una tavola insulating multilayer.Sona familiare?
Disegnu raffigurante u primu brevettu PCB di Albert Hanson.
Hansen descrive ancu u cuncettu di l'applicazioni à traversu in a so patente.Quì si mostra chì pudete punch un pirtusu in dui strati cù linii verticali per fà una cunnessione elettrica.
Duranti stu tempu, avemu cuminciatu à vede Edison è altri dirigenti di l'affari facenu una grande spinta per portà i dispositi elettrici in e case di ogni ghjornu.U prublema cù questa spinta hè a mancanza cumpleta di standardizazione.Sì avete campatu in New York o New Jersey è avete utilizatu l'invenzioni di l'electricità di Edison per l'illuminazione, u riscaldamentu o a cucina, chì succede s'ellu avete usatu in una altra cità?Ùn ponu esse aduprati perchè ogni cità hà a so cunfigurazione socket.
U prublema era ancu aggravatu da u fattu chì Edison ùn vulia micca solu vende à e persone una lampadina, ma vulia ancu vende un serviziu.Edison puderia furnisce u serviziu di l'electricità nantu à una basa mensuale;allura tu avissi a cumprà lampadine, apparicchiaturi, etc. Di sicuru, nimu di sti servizii sò cumpatibili cù altri metudi cuncurrenti.
Vulemu ringrazià à Harvey Hubbel per a fine di mette fine à stu mess.In u 1915, hà patentatu u plug standard di a presa murale chì hè sempre in usu oghje.Avà ùn avemu micca una tostatrice o una piastra calda inserita in una presa di lampadina.Questa hè una grande vittoria per a standardizazione di l'industria.
Grazie à Harvey Hubbel, avemu avà una presa di muru standardizata per tutti i dispositi elettronici.
Comu una nota finale, l'Era Progressiva hè stata marcata da a Prima Guerra Munniali. Stu cunflittu hè puramente focu annantu à i mechs è a guerra di trinchera.U cuncettu di PCB, o ancu l'elettronica basica, ùn hè micca ancu utilizatu in l'applicazioni militari, ma sarà prestu.
Anni Venti ruggenti (anni 1920)
Cù a fine di a Prima Guerra Munniali, simu avà in i Roaring Twenties, chì anu vistu un boom enormu in l'ecunumia americana.Per a prima volta in a storia, più persone campanu in cità chè in splutazioni.Avemu ancu cuminciatu à vede catene è marche chì sò introdutte in i Stati Uniti.Puderete avè una tenda di famiglia o duie in dui paesi diffirenti, ma avà avemu grandi marche è magazzini chì vanu naziunali.
A più grande invenzione di stu periodu era l'automobile di Henry Ford è l'infrastruttura chì avia bisognu.A situazione hè simile à l'anni 1990, quandu avemu avutu à custruisce una infrastruttura maiò per trattà cù l'internet è a nostra età di l'informazione custruendu switches, routers è cables di fibra ottica.I vitture ùn sò micca eccezzioni.
A prima vittura d'Henry Ford - una vittura di quattru roti.
Quì si vede ciò chì una volta era una strada di terra chì hè stata pavimentata.A ghjente avia bisognu di benzina per alimentà i so veiculi, da quì a necessità di stazioni di benzina.Avete ancu negozi di riparazione, accessori è più.U modu di vita di parechje persone hè urigginatu da l'invenzione di l'automobile, è hè sempre oghje.
Hè ancu in questu tempu chì avemu vistu l'intruduzioni di l'apparecchi muderni chì avemu sempre cunfidendu oghje, cum'è lavatrici, aspiratori è frigoriferi.Per a prima volta, a ghjente hà da pudè cumprà merchenzie periscabili in i magazzini è l'almacenà per una vita di conservazione estesa.
Ma induve sò i nostri PCB?Ùn avemu micca vistu ancu aduprate in qualsiasi apparecchi o vitture lanciate in questu tempu.Tuttavia, in u 1925, Charles Ducasse hà presentatu una patente chì descriva u prucessu di aghjunghje tinta conductiva à i materiali insulanti.Questu serà più tardi risultatu in una scheda di cablaggio stampata (PWB).Questa patente hè a prima applicazione pratica simile à un PCB, ma solu cum'è una bobina di riscaldamentu planar.Ùn avemu micca ottenutu alcuna cunnessione elettrica attuale trà a scheda è i cumpunenti, ma ci avvicinamu.
U PCB hà cuntinuatu à evoluzione, sta volta essendu usatu cum'è una bobina di riscaldamentu per Charles Ducas.
Great Depression (1930s)
In u 1929, a borsa di a borsa s'hè cascata, è tutte e grandi innovazioni di u nostru tempu sò cascate.Quì vedemu un periodu di disoccupazione sopra u 25%, 25.000 fallimenti bancari, è assai prublemi in u mondu.Hè statu un tempu tragicu per l'umanità in tuttu, aprendu a strada per l'ascesa di Hitler, Mussolini, Stalin è i nostri futuri cunflitti mundiali.I PCB sò stati silenziu finu à avà, ma hè tuttu per cambià.
A Grande Depressione hà affettatu tutti, da i banche à i travagliadori ordinari.
Seconda Guerra Munniali (1939-1945)
A Sicunna Guerra Munniali era in corso, è i Stati Uniti s'uniscenu à a lotta dopu à u bumbardamentu di Pearl Harbor in u 1942. Ciò chì hè interessante di Pearl Harbor hè tutta a fallimentu di cumunicazione chì hà purtatu à l'attaccu.I Stati Uniti anu avutu una bona evidenza di una crisa imminente, ma tutti i metudi di cuntattu cù a so basa militare in Honolulu ùn anu micca successu, è l'isula hè stata presa di guardia.
In u risultatu di stu fallimentu, u DoD hà capitu chì avianu bisognu di un mezzu di cumunicazione più affidabile.Questu hà purtatu l'elettronica in prima linea cum'è u principale mezu di cumunicazione chì rimpiazza u codice Morse.
Era ancu durante a Sicunna Guerra Munniali chì avemu vistu u primu usu di PCB in fusibles di prossimità chì avemu oghje.U dispusitivu hè utilizatu per prughjetti d'alta velocità chì necessitanu un focu di precisione longu in u celu o in terra.U fuze di prossimità hè stata sviluppata urigginariamente da i britannichi per contru à l'avanzata di l'esercitu di Hitler.Dopu hè statu spartutu cù i Stati Uniti induve u disignu è a fabricazione hè stata perfetta.
Una di e prime applicazioni militari à aduprà PCB era fusible di prossimità.
Duranti stu tempu, avemu avutu ancu Paul Eisler, un austriacu chì vive in u Regnu Unitu, chì patentava una foglia di cobre nantu à un sustrato di vetru non-conductive.Sona familiare?Questu hè un cuncettu chì avemu sempre aduprà oghje per fà PCB cù insulazioni è ramu in cima / fondu.Eisler hà pigliatu sta idea un passu più avanti quandu hà custruitu una radiu fora di u so PCB in u 1943, chì avaristi a strada per l'applicazioni militari futuri.
Paul Eisler hà custruitu una radiu fora di u primu circuitu stampatu (PCB).
Baby boomers (anni 1940)
Quandu a Sicunna Guerra Munniali s'avvicinava à a fine, avemu vistu chì i nostri suldati venenu in casa, cumincianu famiglie è avè un saccu di zitelli.Cue i baby boomers.Era in l'era di a postguerra chì avemu vistu migliure massive à l'apparecchi esistenti cum'è aspiratori, lavatrici, televisioni è radiu.Avà chì a Grande Recessione hè daretu à noi, parechji cunsumatori ponu finalmente permette di sti dispositi in a so casa.
Ùn avemu ancu vistu PCB di qualità di u cunsumadore.Induve sò l'opere di Paul Eisler ?Fighjate à sta vechja TV quì sottu è vi vede tutti i cumpunenti, ma senza u fundamentu PCB sottostante.
Un vechju Motorola TV da u 1948, senza PCB.
Malgradu a mancanza di PCB, avemu vistu l'arrivu di u transistor à i Bell Labs in u 1947. Pigliò altri sei anni in u 1953 prima chì u dispusitivu hè statu infine utilizatu in a produzzione, ma perchè tantu tempu?In quelli ghjorni, l'infurmazione hè stata diffusa per mezu di ghjurnali, cunferenze, etc. Prima di l'età di l'infurmazioni, a diffusione di l'infurmazioni hà pigliatu solu tempu per sparghje.
U primu transistor hè natu in i Bell Laboratories in u 1947.
Era di a Guerra Fredda (1947-1991)
L'avventu di l'era di a Guerra Fridda hà marcatu un periodu considerableu di tensione trà i Stati Uniti è l'Unioni Suviètica.A causa di e sfarenze trà u capitalisimu è u cumunismu, sti dui giganti sò quasi in guerra l'un cù l'altri è anu messu u mondu sottu minaccia d'annihilation nucleari.
Per stà avanti in questa corsa di l'armamenti, i dui lati devenu migliurà a so capacità di cumunicà per capisce ciò chì face u nemicu.Quì vedemu chì u PCB hè adupratu à u so pienu potenziale.In u 1956, l'Armata di i Stati Uniti hà publicatu una patente per un "processu di assemblea di circuitu".I pruduttori anu avà una manera di mantene l'elettronica è di fà cunnessione trà cumpunenti cù tracce di rame.
Siccomu i PCB cuminciaru à decolla in u mondu di a fabricazione, ci truvemu in a prima corsa spaziale di u mondu.A Russia hà avutu alcuni successi maravigghiusi in questu tempu, cumprese:
1957 Lanciamentu di u primu satellitu artificiale, Sputnik
1959 Lanciamentu di Luna 2, a prima nave spaziale à a Luna
In u 1961, Yuri Gagarin, u primu cosmonauta, hè statu mandatu à orbita a Terra
U primu satellitu artificiale di Russia, Sputnik, lanciatu in u 1957.
Induve hè l'America in tuttu questu?Principalmente in ritardo, di solitu ci vole un annu o dui per sviluppà a listessa tecnulugia.Affrontendu sta lacuna, vedemu chì u budgetu spaziale di i Stati Uniti cresce cinque volte in u 1960. Avemu dinò u famosu discorsu di u presidente Kennedy di u 1962, parte di quale vale a pena cità:
"Avemu sceltu di andà à a luna!Avemu sceltu per andà à a luna per fà altre cose in questa dicada, micca perchè sò faciuli, ma perchè sò duru;perchè stu scopu aiuterà à urganizà è à misurà e nostre migliori energie è cumpetenze, perchè e sfide sò ciò chì simu disposti à piglià, ciò chì ùn simu disposti à posponà, è ciò chì simu disposti à vince.- John F. Kennedy, presidente di i Stati Uniti, u 12 di settembre di u 1962
Tuttu chistu hà purtatu à un mumentu marcatu in a storia.U 20 di lugliu di u 1969, u primu omu americanu sbarcò nantu à a luna.
U primu omu nantu à a luna, un mumentu storicu per l'umanità.
Riturnendu à i PCB, in u 1963 avemu avutu u brevettu di Hazeltyne Corporation, a prima tecnulugia di perforazione di u piattu.Questu permetterà i cumpunenti per esse imballati vicinu à u PCB senza preoccupassi di e cunnessione incruciate.Avemu vistu ancu l'intruduzioni di Surface Mount Technology (SMT), sviluppata da IBM.Sti assemblei densi sò stati prima vistu in pratica in un booster di cohete Saturn.
1967 U primu brevettu di tecnulugia PCB à traversu.
L'alba di u microprocessore (1970)
L'anni 70 ci hà purtatu u primu microprocessore in a forma di un circuit integratu (IC).Questu hè statu uriginale sviluppatu da Jack Kilby di Texas Instruments in u 1958. Kilby era novu à TI, perchè e so idee innovatori per IC sò largamente tenuti sottu à l'imballaggio.In ogni casu, quandu l'ingegneri anziani di TI sò stati mandati à una riunione di una settimana, Kilby si firmò daretu è corse cù l'idee in a so testa.Quì, hà sviluppatu u primu IC in i laboratori TI, è l'ingegneri di ritornu anu amatu.
Jack Kilby tene u primu circuitu integratu.
In l'anni 1970, avemu vistu u primu usu di IC in a fabricazione di l'elettronica.À questu puntu, sè ùn avete micca utilizatu un PCB per e vostre cunnessione, site in un grande prublema.
L'alba di l'era digitale (anni 1980)
L'era digitale hà purtatu un cambiamentu enormu in i media chì cunsumemu, cù l'intruduzioni di i dispositi persunali cum'è dischi, VHS, camere, console di ghjocu, walkman, è più.
In u 1980, a cunsola di video game Atari hà fattu i sogni di i zitelli.
Hè impurtante di nutà chì i PCB eranu sempre disegnati a manu cù tavulini di luce è stencils, ma dopu l'urdinatori è l'EDA sò ghjunti.Quì vedemu u software EDA cum'è Protel è EAGLE rivoluzionanu a manera di cuncepimentu è di fabricazione di l'elettronica.Invece di una foto di u PCB, pudemu avà salvà u disignu cum'è un schedariu di testu Gerber, chì e coordenate ponu esse inserite in a machina di fabricazione per pruduce u PCB.
L'era di Internet (anni 1990)
In l'anni 90, avemu vistu l'usu di u silicuu venenu in pienu swing cù l'intruduzioni di u BGA.Avà pudemu inserisce più porte in un unicu chip è cumincià à incrustà memoria è sistemi in chip (SoCs) inseme.Questu era ancu un periodu di miniaturizazione alta di l'elettronica.Ùn avemu vistu nisuna funziunalità nova aghjuntu à u PCB, ma tuttu u prucessu di cuncepimentu hà cuminciatu à cambià è evoluzione, trasfittendu à l'IC.
I disegnatori devenu avà implementà strategie di design-for-test (DFT) in i so layout.Ùn hè micca faciule per pop un cumpunente è aghjunghje una linea blu.L'ingegneri duveranu cuncepisce i so layout cun rielaborazione futura in mente.Sò tutti questi cumpunenti posti in modu chì ponu esse facilmente eliminati?Questu hè una grande preoccupazione.
Era ancu una era quandu i pacchetti di cumpunenti più chjuchi cum'è u 0402 rendevanu a saldatura manuale di circuiti quasi impussibili.U designer vive avà in u so software EDA è u fabricatore hè rispunsevule per a produzzione fisica è l'assemblea.
Cumpunenti di muntagna in superficia da u più grande à u più chjucu.
Era ibrida (anni 2000 è oltre)
Tagliate à l'era d'oghje di l'elettronica è u disignu di PCB;ciò chì chjamemu l'era hibrida.In u passatu, avemu avutu parechje dispositi per parechje bisogni.Avete bisognu di una calculatrice;cumprà una calculatrice.Vulete ghjucà video games;cumprà una cunsola di video game.Avà pudete cumprà un smartphone è uttene 30 livelli diffirenti di funzioni integrate.Questu pò sembra abbastanza ovvi, ma hè abbastanza stupente quandu vedi veramente tutte e cose chì i nostri smartphones ponu fà:
equipaggiu di ghjocu rubrica d'indirizzi e-mail scanner di codici a barre lanterna campana navigazione camera
programma di lettore di musica VCR mappa navigatore Internet calendariu calculatrice di lettore di film
Taccuino per telefuninu, registratore di biglietti, segreteria telefonica Libri bancari di missaghju brevi
Semu in l'età di cunsulidazione di i dispositi, ma chì hè dopu?I PCB sò stabiliti è avemu prucessi è prucedure per quasi tuttu.L'applicazioni à alta velocità sò diventate a norma.Avemu vistu ancu chì solu u 25% di i diseggiani di PCB sò sottu à l'età di 45, mentre chì u 75% si preparanu à ritirata.L'industria pare esse in un tempu di crisa.
U futuru di u disignu di PCB serà robot?Forse in un wearable cù un circuitu flex?O pudemu vede i protoni rimpiazzà l'elettroni cù a fotonica.In quantu à ciò chì sapemu di i PCB fisichi, chì puderia ancu cambià in u futuru.Ùn ci hè micca bisognu di un mediu fisicu per attivà a cunnessione trà cumpunenti, ma piuttostu u putenziale di a tecnulugia d'onda.Questu permetterà à i cumpunenti di mandà signalazioni in wireless senza a necessità di cobre.
Chì duverà u futuru ?
Nimu ùn sapi veramente induve u futuru di u disignu di PCB, o ancu l'elettronica in generale, hè guidatu.Sò passati quasi 130 anni da quandu i nostri musculi di fabricazione cuminciaru à travaglià.Da tandu, u mondu hà cambiatu per sempre cù l'intruduzioni di prudutti maiò cum'è vitture, apparecchi, computers, smartphones, è più.Sò passati i ghjorni chì dependemu di u carbone, di u legnu o di l'oliu per tutti i nostri sustenimentu di basa è sopravvivenza.Avà avemu gadgets elettronichi chì ponu cumpiendu i nostri bisogni di ogni ghjornu.
Ma chì riserva u futuru ?Questu hè un grande scunnisciutu.Tutti sapemu chì ogni invenzione davanti à noi si trova nantu à e spalle di i so predecessori.I nostri antenati anu purtatu u disignu di PCB induve hè oghje, è avà avemu bisognu di innuvà è di rivoluzionari a manera di cuncepimentu è di interagisce cù a tecnulugia.U futuru pò esse qualcosa.U futuru dipende di voi.
Tempu di post: 17-mar-2023