PCB (Printed Circuit Board) ist uns nichts Neues mehr, denn es ist ein zentraler Bestandteil elektronischer Geräte wie Mobiltelefone, Computer, Radios und Lampen. Ohne die Entwicklung von PCB könnten wir den Komfort dieser elektronischen Geräte nicht genießen. Daher stellt sich mir die Frage: Wie ist die Entwicklungsgeschichte von PCB? Lassen Sie uns dies in diesem Artikel besprechen.
Meilensteine im Entwicklungsprozess der Leiterplattengeschichte
Wir können den PCB-Entwicklungsprozess erlernen, indem wir ihn in mehrere wichtige Phasen unterteilen, die unten aufgeführt sind:
Aufkeimungsphase (1900er-1920er Jahre):
1903 meldete der berühmte deutsche Erfinder Albert Hanson ein britisches Patent an. Er war Pionier der Verwendung von Drähten aus Telefonvermittlungssystemen. Dabei wurden Metallfolien zum Schneiden von Leitungsdrähten verwendet, Paraffinpapier auf Ober- und Unterseite der Leitungsdrähte geklebt und an den Kreuzungspunkten der Leitungen Kontaktlöcher angebracht, um die elektrische Verbindung zwischen den verschiedenen Schichten herzustellen. Dies unterschied sich von unserem modernen PCB-Herstellungsverfahren, da Phenolharz damals noch nicht erfunden war und die chemische Ätztechnologie noch nicht ausgereift war. Das von Albert Hansen entwickelte Verfahren gilt als Prototyp der modernen PCB-Herstellung und bildet die Grundlage für die nachfolgende Entwicklung.
Entwicklungsphase (1920er-1940er Jahre):
1925 kam Charles Ducas aus den USA auf die innovative Idee, Schaltungsmuster auf ein isolierendes Substrat zu drucken und anschließend durch Plattieren Leiterbahnen für die Verkabelung herzustellen. Der Begriff „PCB“ entstand zu dieser Zeit. Dieses Verfahren erleichtert die Herstellung von Elektrogeräten.
1936 veröffentlichte der Österreicher Dr. Paul Eisler, bekannt als „Vater der gedruckten Schaltung“, in Großbritannien die Folientechnologie und entwickelte die erste Leiterplatte für den Einsatz in einem Radiogerät. Die von Paul Eisler verwendete Methode ähnelt stark der heutigen Methode zur Herstellung von Leiterplatten. Diese Methode heißt Subtraktion und ermöglicht die Entfernung unnötiger Metallteile.
Um 1943 wurde Paul Eislers technische Erfindung in den USA in großem Maßstab zur Herstellung von Annäherungszündern für den Zweiten Weltkrieg eingesetzt. Gleichzeitig fand die Technologie breite Anwendung in militärischen Funkgeräten.
Wendepunkt (1948):
Das Jahr 1948 markierte einen Wendepunkt in der Entwicklung der Leiterplattengeschichte, als die Vereinigten Staaten die Erfindung der Leiterplatte offiziell für die kommerzielle Nutzung anerkannten. Obwohl es damals nur wenige elektronische Geräte mit Leiterplatten gab, förderte diese Entscheidung die Entwicklung und Anwendung von Leiterplatten maßgeblich.
Blütezeit (1950er-1990er Jahre):
Von den 1950er bis in die 1990er Jahre entstand die PCB-Industrie und wuchs schnell. Dies ist die frühe Phase der PCB-Industrialisierung, in der PCB zu einer Industrie wurde.
In den 1950er Jahren wurden Transistoren auf dem Elektronikmarkt eingesetzt, was dazu beitrug, die Größe elektronischer Geräte effektiv zu reduzieren und den Einbau von Leiterplatten wesentlich zu vereinfachen. Darüber hinaus wurde die elektronische Zuverlässigkeit deutlich verbessert.
1953 entwickelte Motorola eine doppelseitige Leiterplatte mit galvanisierten Durchkontaktierungen. Um 1955 führte das japanische Unternehmen Toshiba eine Technologie zur Erzeugung von Kupferoxid auf der Oberfläche von Kupferfolie ein, wodurch das kupferkaschierte Laminat (CCL) entstand. Dank dieser beiden Technologien gelang die Erfindung mehrschichtiger Leiterplatten, die seitdem in großem Umfang eingesetzt werden.
In den 1960er Jahren waren Leiterplatten weit verbreitet, die PCB-Technologie entwickelte sich immer weiter und dank der breiten Verwendung mehrschichtiger Leiterplatten konnte das Verhältnis von Verdrahtung zu Substratfläche effizient erhöht werden.
In den 1970er Jahren kommt es zu einer rasanten Entwicklung von mehrschichtige Leiterplatten, strebte nach höherer Präzision und Dichte, kleinen Löchern mit feinen Linien, hoher Zuverlässigkeit, geringeren Kosten und automatisierter Produktion. Damals erfolgte das PCB-Design noch manuell. Die PCB-Layout-Ingenieure verwendeten Buntstifte und Lineale, um Schaltkreise auf transparente Polyesterfolie zu zeichnen. Um die Zeicheneffizienz zu verbessern, erstellten sie verschiedene Verpackungs- und Schaltkreisvorlagen für einige gängige Geräte.
In den 1980er Jahren wurde die Oberflächenmontagetechnik (SMT) begann allmählich, die Durchsteckmontagetechnologie zu ersetzen und wurde zu dieser Zeit zum Mainstream. Es hat auch das digitale Zeitalter erreicht.
Reife Phase (1990er-Jahre bis heute):
Mit der Entwicklung elektronischer Geräte wie PCs, CDs, Kameras, Spielkonsolen usw. haben große Veränderungen stattgefunden. Die Größe der Leiterplatten muss reduziert werden, damit diese kleinen elektronischen Geräte Platz finden.
Die Computerisierung des Designs ermöglichte die Automatisierung vieler Schritte im PCB-Design und erleichterte die Entwicklung kleiner und leichter Komponenten. Auch die Komponentenlieferanten müssen ihre Geräte verbessern, indem sie den Stromverbrauch senken, gleichzeitig aber auch die Kostensenkung berücksichtigen.
In den 2000er Jahren wurden Leiterplatten komplexer und boten mehr Funktionen, während die Größe abnahm. Insbesondere die mehrschichtigen und flexiblen Leiterplattendesigns machten diese elektronischen Geräte deutlich praktikabler und funktionaler, und das bei geringeren Abmessungen und geringeren Kosten.
Zu Beginn des 21. Jahrhunderts trieb das Aufkommen von Smartphones die Entwicklung der HDI-Leiterplattentechnologie voran. Während die lasergebohrten Mikro-Vias erhalten blieben, begannen gestapelte Vias die versetzten Vias zu ersetzen. In Kombination mit der „Any-Layer“-Konstruktionstechnologie erreichte die endgültige Linienbreite/der Linienabstand der HDI-Platine 40 μm.
Dieses Verfahren zur Herstellung beliebiger Schichten basiert nach wie vor auf einem subtraktiven Prozess, und es ist klar, dass die meisten High-End-HDI-Produkte für mobile Elektronik immer noch diese Technologie verwenden. 2017 begann HDI jedoch eine neue Entwicklungsphase und wechselte vom subtraktiven Prozess zum plattierten Prozess.
Die wichtigsten Trends werden sich auf die Leiterplattenindustrie auswirken
Heutzutage gibt es verschiedene Arten von Leiterplatten, darunter starre LeiterplatteStarrflexible Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und HDI-Leiterplatten sind auf dem Markt weit verbreitet und haben sich stetig weiterentwickelt. Wir können bestätigen, dass sich diese Entwicklung auch in Zukunft fortsetzen wird, da die Anforderungen der Menschen stetig steigen.
Hier ist eine weitere Frage: Haben Sie sich schon einmal Gedanken darüber gemacht, welche Trends sich im PCB-Bereich entwickeln werden? Mit den zunehmenden Anwendungen elektronischer Produkte im Verbrauchermarkt, wie z. B. tragbaren elektronischen Geräten, elektronischen Hörgeräten, Blutzuckermessgeräten, intelligenten Geräten für Elektrofahrzeuge, der Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen, steigen die Anforderungen an PCB-Design, -Material und -Fertigung. Nachfolgend sind fünf Haupttrends aufgeführt, die die PCB-Industrie in Zukunft beeinflussen werden:
Internet der Dinge
Das Internet der Dinge, kurz IoT, ist eine Branche mit vielversprechender Zukunft. Diese Technologie verbindet alle Objekte mit dem Internet und ermöglicht die Kommunikation untereinander durch Datenaustausch. Sie macht das Leben der Menschen intelligenter und komfortabler. IoT-Geräte sind üblicherweise mit Sensoren und drahtloser Konnektivität ausgestattet. Daher ist es notwendig, Leiterplatten weiterzuentwickeln, um diesen Anforderungen gerecht zu werden.
Beispielsweise benötigen kleine IoT-Geräte wie BLE-Armbänder oder andere tragbare Geräte kleinere Komponenten bei gleicher Funktionalität. Leiterplatten sollten daher kleiner werden und gleichzeitig mit komplexeren Komponenten bestückt werden. Dies kann eine Herausforderung darstellen, bietet aber auch eine Chance für Leiterplattenhersteller, die in den IoT-Markt einsteigen und davon profitieren möchten.
Flex-Leiterplatte
in den letzten Jahren, flexible Leiterplatten gewinnen rasant Marktanteile in der Leiterplattenentwicklung. Die folgende Abbildung von https://www.grandviewresearch.com zeigt die Marktgröße für flexible Leiterplatten im asiatisch-pazifischen Raum von 2015 bis 2025. Sie zeigt, dass der Gesamtmarkt kontinuierlich wächst. Die Branchen, in denen flexible Leiterplatten eingesetzt werden, reichen von Elektronik und Telekommunikation bis hin zu Luft- und Raumfahrt und Automobilindustrie. Die Nachfrage nach flexiblen Leiterplatten wird mit der Zeit enorm steigen.
Warum sind Flex-Leiterplatten so beliebt? Hier sind einige Gründe: Zum einen sparen Flex-Leiterplatten Platz, da sie kleiner als andere Leiterplattentypen sind. Zum anderen sind sie robuster und zuverlässiger, was ihre Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen erhöht.
High-Density Interconnect (HDI)-Leiterplatte
Zu den Vorteilen von High-Density-Interconnect-Leiterplatten zählen ihre zuverlässige Signalübertragung mit hoher Geschwindigkeit, ihre geringe Größe und ihr geringes Gewicht. Darüber hinaus sind die Leiterbahnbreiten bei HDI-Leiterplatten deutlich geringer und die Verdrahtungsdichte höher, sodass Ingenieure mehr Funktionen und Leistung auf kleinstem Raum unterbringen können. Der Schichtaufbau ist bei HDI-Leiterplatten reduziert, wodurch die Produktionskosten entsprechend sinken. Mit so vielen hervorragenden Eigenschaften, HDI-Leiterplatten werden zu unverzichtbaren Komponenten in vielen Geräten und Anwendungen.
Heutzutage bevorzugen die Menschen automatische Geräte, die überall verfügbar sind, unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, der militärischen Kommunikation, medizinischen Diagnosegeräten und tragbarer Technologie. Gleichzeitig wurden immer mehr kleinere Bauteile mit schnelleren Signalen benötigt, weshalb wir diese hochdichten Verbindungsleiterplatten benötigen.
Hochleistungs-PCB
Hochleistungs-Leiterplatten sind Leiterplatten, die Spannungen über 48 V bewältigen können. Sie werden dünner und leichter und zeichnen sich durch höhere Effizienz, bessere Wärmeabsorption und längere Lebensdauer aus. Die neuesten Hochleistungs-Leiterplatten halten dank verbesserter Wärmeableitung mehr Hitze stand. Dank eines verbesserten Batteriepakets können diese Leiterplatten deutlich länger betrieben werden.
Dieser Trend ist auf den steigenden Bedarf an Elektrofahrzeugen zurückzuführen, die oft Spannungen im dreistelligen Bereich benötigen. Zudem legen immer mehr Menschen Wert auf Nachhaltigkeit, wodurch der Bedarf an Solarmodulen mit einer Spannung von 24 V oder 28 V entsprechend steigt. Kurz gesagt: Hochleistungs-Leiterplatten bieten heute und in Zukunft ein breiteres Anwendungsspektrum.
Kommerzielle Standardlösungen
Ein weiterer Trend in der Leiterplattenindustrie sind kommerzielle Standardlösungen, auch bekannt als COTS, die PCB-Module, Komponenten und Platinen umfassen. Der Vorteil von COTS-Komponenten liegt in ihrer einfachen Installation in bestehenden Systemen, was sehr praktisch ist. Ihr Einsatz soll die Standardisierung und Zuverlässigkeit der Komponenten erhöhen. Sie fragen sich also sicher, für welche Anwendungen COTS eingesetzt werden. Tatsächlich ist die Luft- und Raumfahrt ein wichtiger Bereich, in dem COTS eingesetzt werden, um die Kosten für Großprojekte zu senken, Qualität und Sicherheit zu gewährleisten und Projekte schneller abzuschließen.
Fazit
Rückblickend auf den Entwicklungsprozess entwickelt sich die Leiterplattenindustrie ständig weiter. Leiterplatten spielen in der heutigen Zeit eine wichtige Rolle, da sich die Technologie ständig weiterentwickelt. Unabhängig von den Entwicklungen wird sich eines nie ändern: Leiterplatten werden immer benötigt.
Die Entwicklung der Leiterplattenindustrie wird jedoch dramatische Auswirkungen auf Design und Fertigung haben. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Leiterplattenhersteller innovativ sein und mit dem Trend Schritt halten. Dazu gehören auch Anpassungen in der Leiterplattenmontage, im Design und in der Fertigung, um den gestiegenen Anforderungen gerecht zu werden.
MOKO, ein führender PCB-Designer und -Hersteller in China, verfügt über mehr als 16 Jahre Erfahrung in der PCB-Industrie und verfügt über ein professionelles Forschungs- und Entwicklungsteam. Wir verfolgen stets die Trends in der PCB-Industrie. Haben Sie Fragen zu PCB? Kontaktieren Sie uns, tauchen wir gemeinsam in die PCB-Welt ein!
