Plošča s tiskanim vezjem

Zgodovina

Tiskana vezja so nastala iz sistemov električnih povezav, ki so jih uporabljali v petdesetih letih 19. stoletja. Prvotno so za povezavo velikih električnih komponent, nameščenih na lesenih podstavkih, uporabljali kovinske trakove ali palice. Kasneje so kovinske trakove nadomestile žice, povezane z vijačnimi sponkami, lesene podlage pa so zamenjali kovinski okvirji. To je omogočilo, da so bile stvari manjše, kar je bilo potrebno, saj so vezja postajala vse bolj zapletena z več deli. Thomas Edison je preizkušal metode uporabe kovin na lanenem papirju. Arthur Berry je leta 1913 v Veliki Britaniji patentiral metodo tiskanja in jedkanja. Leta 1925 je Charles Ducas iz Združenih držav Amerike razvil metodo z uporabo galvanizacije. Električno pot je ustvaril neposredno na izolirani površini tako, da je prek šablone (oblika, izrezana v ploščo ali papir) tiskal s posebnim črnilom, ki je lahko prevajalo elektriko, tako kot žice. Ta metoda se je imenovala "tiskana napeljava" ali "tiskano vezje".

Leta 1943 je Avstrijec Paul Eisler, ki je delal v Združenem kraljestvu, patentiral metodo jedkanja prevodnega vzorca ali vezja na plast bakrene folije, pritrjene na trdo podlago, ki ni prevajala elektrike. Eislerjevo tehniko je opazila ameriška vojska in jo začela uporabljati v novem orožju, vključno z bližnjimi varovalkami v drugi svetovni vojni. Njegova zamisel je postala zelo uporabna v petdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je bil uveden tranzistor. Do takrat so bile vakuumske elektronke in druge komponente tako velike, da so bile potrebne le tradicionalne metode montaže in ožičenja. Z uvedbo tranzistorjev pa so komponente postale zelo majhne in proizvajalci so morali uporabljati plošče s tiskanim vezjem, da so bile lahko tudi povezave majhne.

Ameriško podjetje Hazeltine je leta 1961 patentiralo tehnologijo ploskovnih lukenj in njeno uporabo v večplastnih tiskanih vezjih. To je omogočilo veliko bolj zapletene plošče s komponentami, ki so bile nameščene tesno druga ob drugi. V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so se pojavili čipi integriranih vezij, te komponente pa so bile hitro vključene v tehnike načrtovanja in izdelave tiskanih vezij. Danes ima lahko tiskano vezje v nekaterih aplikacijah tudi do 50 plasti.

Tehnologija površinske montaže je bila razvita v šestdesetih letih prejšnjega stoletja in se je začela široko uporabljati konec osemdesetih let.

Oblikovanje

Glavna naloga pri načrtovanju tiskanega vezja je ugotoviti, kam bodo nameščene vse komponente. Običajno obstaja načrt ali shema, ki se spremeni v tiskano vezje. Standardno tiskano vezje ne obstaja. Vsaka plošča je zasnovana za svojo uporabo in mora biti prave velikosti, da ustreza potrebnemu prostoru. Oblikovalci tiskanih vezij uporabljajo programsko opremo za računalniško podprto načrtovanje, da na ploščo razporedijo zasnove vezij. Razmiki med električnimi potmi so lahko 0,04 palca (1,0 mm) ali manjši. Določijo se tudi mesta lukenj za vodnike komponent ali kontaktne točke. Ko je vzorec vezja postavljen, se na prozorno plastično folijo natisne negativna slika točne velikosti. Pri negativni sliki so območja, ki niso del vzorca vezja, prikazana s črno barvo, vzorec vezja pa je jasen. S prozornih območij se nato odstrani kovina, običajno s kemikalijami. Ta zasnova se pretvori v navodila za računalniško krmiljen vrtalni stroj ali za samodejno spajkalno pasto, ki se uporablja v proizvodnem procesu.

Proizvodnja

Kartica je izdelana iz zunanjih plasti bakra. Nezaželeni baker se odstrani, tako da ostanejo bakrene žice, ki bodo povezovale elektronske komponente. Komponente se namestijo na ploščo in se stikajo z žicami.

Fotorezist

Plošče tiskanih vezij so včasih izdelane s fotolitografijo. Prevleka, imenovana fotorezist, reagira s svetlobo, nato pa se tiskano vezje in prevleka vstavita v razvijalec. Ta metoda je draga na ploščo, vendar je na začetku zelo poceni.

Sitotisk

Obstajajo različni načini izdelave tiskanega vezja. Nekatera profesionalno izdelana vezja uporabljajo drugačno metodo za odstranjevanje dodatnega bakra z vezja. Uporablja se postopek, imenovan sitotisk. Pri sitotisku se tkanina napne čez okvir. Nato se na tkanino natisne slika. Nato se skozi tkanino vtisne črnilo. Črnilo ne gre na mesto, kjer je bila slika natisnjena na tkanino. Tiskanje se imenuje sitotisk, ker je tkanina običajno svilena. Tkanina je običajno svilena, ker ima zelo majhne luknjice. s sitotiskom se na ploščo natisne črnilo, ki se imenuje rezist. Upor je črnilo, ki se upira jedkalni sredici, uporabljeni za izdelavo tiskanega vezja. Jedkalo raztopi baker na ploščici. Ta način je za vsako ploščo cenejši kot fotorezist, vendar je na začetku dražji.

Rezkanje

Drugi način izdelave tiskanega vezja je uporaba mlina. Mlin je vrtalnik, ki se premika v več smereh. Vsakič, ko se premakne po plošči, odstrani majhno količino bakra. Mlinček odstrani baker okoli žic na ploščici. Tako na ploščici ostane dodaten baker. Pri drugih metodah dodatni baker na ploščici ne ostane. Ta metoda je cenejša na ploščo, vendar je oprema za njeno izdelavo draga. Ta metoda se ne uporablja pogosto, ker sta drugi dve metodi lažji.