Doska plošných spojov

História

Dosky s plošnými spojmi vznikli z elektrických spojovacích systémov, ktoré sa používali v 50. rokoch 19. storočia. Pôvodne sa na pripojenie veľkých elektrických súčiastok namontovaných na drevených podstavcoch používali kovové pásy alebo tyče. Neskôr sa kovové pásiky nahradili vodičmi pripojenými k skrutkovým svorkám a drevené základne sa nahradili kovovými rámami. Vďaka tomu boli veci menšie, čo bolo potrebné, pretože obvody sa stávali zložitejšími a obsahovali viac súčiastok. Thomas Edison testoval metódy používania kovov na ľanovom papieri. Arthur Berry v roku 1913 patentoval v Británii metódu tlače a leptania. V roku 1925 Charles Ducas v Spojených štátoch vyvinul metódu využívajúcu galvanické pokovovanie. Vytvoril elektrickú dráhu priamo na izolovanom povrchu tak, že cez šablónu (tvar vyrezaný do dosky alebo papiera) vytlačil špeciálny atrament, ktorý mohol viesť elektrický prúd rovnako ako drôty. Táto metóda sa nazývala "tlačené vedenie" alebo "tlačený obvod".

V roku 1943 si Rakúšan Paul Eisler pôsobiaci v Spojenom kráľovstve patentoval metódu leptania vodivého vzoru alebo obvodov na vrstvu medenej fólie pripevnenej na tvrdom podklade, ktorá nevedie elektrický prúd. Eislerovu techniku si všimla americká armáda a začala ju používať v nových zbraniach vrátane bezkontaktných rozbušiek v druhej svetovej vojne. Jeho nápad sa stal veľmi užitočným v 50. rokoch 20. storočia, keď bol zavedený tranzistor. Dovtedy boli vákuové elektrónky a iné súčiastky také veľké, že stačili tradičné metódy montáže a zapojenia. Po zavedení tranzistorov sa však komponenty stali veľmi malými a výrobcovia museli používať dosky s plošnými spojmi, aby aj spoje mohli byť malé.

Technológiu priechodných otvorov a jej použitie vo viacvrstvových doskách plošných spojov patentovala americká spoločnosť Hazeltine v roku 1961. To umožnilo vytvoriť oveľa zložitejšie dosky s komponentmi umiestnenými tesne vedľa seba. Čipy integrovaných obvodov boli zavedené v 70. rokoch 20. storočia a tieto komponenty boli rýchlo začlenené do návrhu a výrobných techník dosiek plošných spojov. Dnes môže mať doska s plošnými spojmi v niektorých aplikáciách až 50 vrstiev.

Technológia povrchovej montáže bola vyvinutá v 60. rokoch 20. storočia a vo veľkom sa začala používať koncom 80. rokov.

Ručne vyrobená doska plošných spojov

Dizajn

Hlavnou úlohou pri navrhovaní DPS je určiť, kam sa umiestnia všetky komponenty. Zvyčajne existuje návrh alebo schéma, ktorá sa premení na DPS. Neexistuje nič také ako štandardná doska plošných spojov. Každá doska je navrhnutá na vlastné použitie a musí mať správnu veľkosť, aby sa zmestila do požadovaného priestoru. Návrhári dosiek používajú na rozvrhnutie návrhov obvodov na doske softvér na počítačom podporované navrhovanie. Medzery medzi elektrickými cestami môžu byť 0,04 palca (1,0 mm) alebo menšie. Rozvrhuje sa aj umiestnenie otvorov pre vývody súčiastok alebo kontaktné body. Po rozložení vzoru obvodu sa na priehľadnú plastovú fóliu vytlačí negatívny obraz v presnej veľkosti. Pri negatívnom obraze sú oblasti, ktoré nie sú súčasťou vzoru obvodu, zobrazené čiernou farbou a vzor obvodu je zobrazený ako číry. Z priehľadných oblastí sa potom odstráni kov, zvyčajne pomocou chemikálií. Z tohto návrhu sa vytvoria pokyny pre počítačom riadený vŕtací stroj alebo pre automatickú spájkovaciu pastu používanú vo výrobnom procese.

Výroba

Karta je vyrobená z vonkajších vrstiev medi. Nežiaduca meď sa odstráni a zostanú medené vodiče, ktoré budú spájať elektronické komponenty. Komponenty sa umiestnia na dosku, pričom sa dostanú do kontaktu s vodičmi.

Fotorezist

Dosky plošných spojov sa niekedy vyrábajú fotolitografiou. Poťah nazývaný fotorezist reaguje so svetlom a potom sa doska plošných spojov a poťah vložia do vývojky. Táto metóda je drahá na jednu dosku, ale na začiatku je veľmi lacná.

Sieťotlač

Existujú však rôzne spôsoby výroby dosky s plošnými spojmi. Niektoré profesionálne vyrobené dosky s plošnými spojmi používajú inú metódu na odstránenie dodatočnej medi z dosky s plošnými spojmi. Používa sa proces nazývaný sieťotlač. Sieťotlač sa vykonáva tak, že sa látka pevne natiahne na rám. Potom sa na látku vytlačí obrázok. Potom sa cez látku pretlačí farba. Farba sa nedostane tam, kde bol obrázok vytlačený na látku. Sieťotlač sa nazýva hodvábna, pretože tkanina je zvyčajne hodvábna. Tkanina je zvyčajne hodvábna, pretože má veľmi malé otvory. sieťotlač sa používa na tlač farby nazývanej rezist na dosku. Rezist je atrament, ktorý odoláva leptadlu použitému na výrobu dosky plošných spojov. Leptadlo rozpúšťa meď na doske. Tento spôsob je pre každú dosku lacnejší ako fotorezist, ale na začiatku je drahší.

Frézovanie

Ďalším spôsobom výroby dosky plošných spojov je použitie frézy. Fréza je vŕtačka, ktorá sa pohybuje v mnohých smeroch. Vŕtačka pri každom pohybe po doske odstráni malé množstvo medi. Fréza odstraňuje meď okolo vodičov na doske. Na doske tak zostáva dodatočná meď. Pri iných metódach sa na doske nezanecháva dodatočná meď. Táto metóda je lacnejšia na dosku, ale zariadenie na jej výrobu je drahé. Táto metóda sa nepoužíva často, pretože ostatné dve metódy sú jednoduchšie.