Mönsterkort

Historia

De tryckta kretskorten kommer från elektriska anslutningssystem som användes på 1850-talet. Ursprungligen användes metallremsor eller metallstänger för att ansluta stora elektriska komponenter som var monterade på träbaser. Senare ersattes metallremsorna av ledningar som var anslutna till skruvterminaler, och träbottnarna ersattes av metallramar. Detta gjorde att saker och ting kunde bli mindre, vilket behövdes eftersom kretsarna blev mer komplexa med fler delar. Thomas Edison testade metoder för att använda metaller på linnepapper. Arthur Berry patenterade 1913 en print-and-etch-metod i Storbritannien. År 1925 utvecklade Charles Ducas i USA en metod som använde sig av elektroplätering. Han skapade en elektrisk väg direkt på en isolerad yta genom att trycka genom en stencil (en form som skurits ut i en tavla eller ett papper) med ett speciellt bläck som kunde leda elektricitet, precis som ledningar. Denna metod kallades "tryckta ledningar" eller "tryckt krets".

1943 patenterade österrikaren Paul Eisler, som arbetade i Storbritannien, en metod för att etsa det ledande mönstret, eller kretsarna, på ett lager kopparfolie som var fäst på en hård bas som inte ledde elektricitet. Eislers teknik uppmärksammades av den amerikanska militären och de började använda den i nya vapen, bland annat närsändare under andra världskriget. Hans idé blev mycket användbar på 1950-talet när transistorn introducerades. Fram till dess var vakuumrör och andra komponenter så stora att de traditionella monterings- och ledningsmetoderna var allt som behövdes. I och med införandet av transistorer blev dock komponenterna mycket små, och tillverkarna behövde använda sig av tryckta kretskort så att även anslutningarna kunde vara små.

Tekniken med pläterade genomgående hål och dess användning i flerskiktskretskort patenterades av det amerikanska företaget Hazeltine 1961. Detta möjliggjorde mycket mer komplexa kretskort med komponenter placerade tätt intill varandra. Integrerade kretsar introducerades på 1970-talet, och dessa komponenter införlivades snabbt i mönsterkortets utformning och tillverkningsteknik. I dag kan det tryckta kretskortet ha upp till 50 lager i vissa tillämpningar.

Ytmonterad teknik utvecklades på 1960-talet och började användas i stor utsträckning i slutet av 1980-talet.

Design

Den viktigaste uppgiften när du designar ett kretskort är att bestämma var alla komponenterna ska placeras. Normalt finns det en konstruktion eller ett schema som ska omvandlas till ett PCB. Det finns inget sådant som ett standardkort för tryckta kretsar. Varje kretskort är utformat för sitt eget användningsområde och måste ha rätt storlek för att passa det utrymme som krävs. Kretskortskonstruktörer använder programvara för datorstödd konstruktion för att layouta kretskonstruktionerna på kretskortet. Utrymmet mellan de elektriska banorna kan vara 1,0 mm (0,04 tum) eller mindre. Placeringen av hålen för komponentledningar eller kontaktpunkter läggs också ut. När kretsmönstret är utlagt skrivs en negativ bild ut i exakt storlek på ett genomskinligt plastark. Med en negativ bild visas de områden som inte ingår i kretsmönstret med svart och kretsmönstret visas tydligt. Metallen avlägsnas sedan från de klara områdena, vanligtvis med kemikalier. Denna konstruktion görs till instruktioner för en datorstyrd borrmaskin eller för den automatiska lödpasta som används i tillverkningsprocessen.

Tillverkning

Kortet är tillverkat med yttre lager av koppar. Oönskad koppar avlägsnas, så att det återstår koppartrådar som kommer att ansluta de elektroniska komponenterna. Komponenterna placeras på kortet och kommer i kontakt med trådarna.

Fotoresist

Kretskort tillverkas ibland med fotolitografi. Ett täckmaterial som kallas fotoresist reagerar med ljus, och sedan läggs kretskortet och täckmaterialet i en framkallare. Denna metod är dyr per kretskort, men mycket billig att sätta upp i början.

Silkscreen

Det finns dock olika metoder för att tillverka ett kretskort. Vissa professionellt tillverkade kretskort använder en annan metod för att ta bort extra koppar från kretskortet. Man använder en process som kallas silk screentryck. Silkscreening innebär att en duk dras hårt över en ram. Sedan trycks en bild på tyget. Därefter trycks bläck genom tyget. Bläcket går inte dit där bilden har tryckts på tyget. Det kallas silkesscreening eftersom tyget vanligtvis är av silke. Tyget är vanligtvis silke eftersom det har mycket små hål. silk-screening används för att trycka ett bläck som kallas resist på tavlan. Resist är ett bläck som är motståndskraftigt mot det etsningsmedel som används för att tillverka kretskortet. Etchanten löser upp kopparen på kretskortet. Detta är billigare för varje kretskort än fotoresist, men är dyrare i början.

Fräsning

Ett annat sätt att göra ett kretskort är att använda en kvarn. En fräs är en borrmaskin som rör sig i många riktningar. Borren tar bort en liten mängd koppar varje gång den rör sig över brädet. Fräsen tar bort kopparen runt ledningarna på kretskortet. Detta lämnar extra koppar på kretskortet. Andra metoder lämnar inte kvar extra koppar på brädan. Denna metod är billigare per platta, men utrustningen för att göra den är dyr. Denna metod används inte ofta, eftersom de två andra metoderna är enklare.