PCB (Placa de Circuito Impresso) já não é mais um mistério para nós, sendo um componente essencial de dispositivos eletrônicos como celulares, computadores, rádios e lâmpadas. Sem o desenvolvimento do PCB, não teríamos como desfrutar da praticidade proporcionada por esses dispositivos eletrônicos. Então, uma pergunta me vem à mente: qual é a história do desenvolvimento do PCB? Bem, vamos discuti-la neste artigo.
Marcos no processo de desenvolvimento da história do PCB
Podemos aprender o processo de desenvolvimento de PCB dividindo-o em vários estágios vitais listados abaixo:
Estágio de brotamento (décadas de 1900 a 1920):
Em 1903, um famoso inventor alemão chamado Albert Hanson solicitou uma patente britânica e foi pioneiro no conceito de usar "fios" usados em sistemas de central telefônica. A folha metálica é usada para cortar os condutores de linha, e então papel parafina é colado nas partes superior e inferior dos condutores, e furos de passagem são colocados nas interseções das linhas para realizar a interconexão elétrica entre as diferentes camadas. Isso é diferente do nosso método moderno de fabricação de PCB, pois a resina fenólica ainda não havia sido inventada naquela época e a tecnologia de corrosão química ainda não estava madura. O método inventado por Albert Hansen pode ser considerado o protótipo da fabricação moderna de PCB, que é a base para o desenvolvimento a seguir.
Estágio de desenvolvimento (décadas de 1920-1940):
Em 1925, Charles Ducas, vindo dos Estados Unidos, teve a ideia inovadora de imprimir padrões de circuitos em um substrato isolante e, em seguida, aplicar a galvanoplastia para produzir condutores para fiação. O termo "PCB" surgiu nessa época. Esse método facilita a fabricação de aparelhos elétricos.
Em 1936, o austríaco Dr. Paul Eisler, conhecido como "o pai do circuito impresso", publicou a tecnologia de película metálica no Reino Unido e desenvolveu a primeira placa de circuito impresso para uso em um aparelho de rádio. O método utilizado por Paul Eisler é muito semelhante ao que usamos hoje para as placas de circuito impresso. Esse método, chamado de subtração, permite remover as peças metálicas desnecessárias.
Por volta de 1943, a invenção técnica de Paul Eisler foi utilizada em larga escala pelos Estados Unidos para fabricar espoletas de proximidade para uso na Segunda Guerra Mundial. Ao mesmo tempo, a tecnologia é amplamente utilizada em rádios militares.
Ponto de Virada (1948):
O ano de 1948 marcou um ponto de virada no processo de desenvolvimento da história dos PCBs, pois os Estados Unidos reconheceram oficialmente a invenção das placas de circuito impresso para uso comercial. Embora houvesse poucos equipamentos eletrônicos utilizando PCBs naquela época, essa decisão impulsionou em grande parte o desenvolvimento e a aplicação dos PCBs.
Estágio florescente (décadas de 1950-1990):
Da década de 1950 até a década de 1990, a indústria de PCB foi formada e cresceu rapidamente, ou seja, o estágio inicial da industrialização de PCB, época em que o PCB se tornou uma indústria.
Na década de 1950, os transistores foram utilizados no mercado de eletrônicos, o que ajudou a reduzir o tamanho dos componentes eletrônicos de forma eficaz e tornou muito mais fácil a incorporação de PCBs. Além disso, a confiabilidade eletrônica foi significativamente melhorada.
Em 1953, a Motorola desenvolveu uma placa de dupla face com vias galvanizadas. Por volta de 1955, a Toshiba do Japão introduziu uma tecnologia para gerar óxido de cobre na superfície de uma folha de cobre, dando origem ao laminado revestido de cobre (CCL). Graças a essas duas tecnologias, as placas de circuito impresso multicamadas foram inventadas com sucesso e têm sido utilizadas em larga escala.
Na década de 1960, placas de circuito impresso eram amplamente utilizadas, a tecnologia de PCB estava cada vez mais avançada e, graças ao amplo uso de placas de circuito impresso de múltiplas camadas, a proporção entre fiação e área de substrato foi aumentada de forma eficiente.
Na década de 1970, houve um rápido desenvolvimento de PCBs multicamadas, buscando maior precisão e densidade, furos pequenos com linhas requintadas, alta confiabilidade, menor custo e produção automatizada. Naquela época, o trabalho de projeto de PCB ainda era feito manualmente. Os engenheiros de layout de PCB usavam lápis de cor e réguas para desenhar circuitos em filme de poliéster transparente. Para melhorar a eficiência do desenho, eles criaram diversos modelos de encapsulamento e circuitos para alguns dispositivos comuns.
Na década de 1980, a tecnologia de montagem em superfície(SMT) começou a substituir gradualmente a tecnologia de montagem through-hole e se tornou a principal tecnologia nesse período. Também entrou na era digital.
Estágio maduro (década de 1990 até agora):
Com o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos como computadores pessoais, CDs, câmeras, consoles de jogos, etc., grandes mudanças ocorreram. O tamanho das placas de circuito impresso (PCBs) precisa ser reduzido para acomodar esses pequenos dispositivos eletrônicos.
A informatização do projeto permitiu a automação em diversas etapas do projeto de PCBs e facilitou a execução de projetos com componentes pequenos e leves. Os fornecedores de componentes também precisam aprimorar seus dispositivos, reduzindo o consumo de energia elétrica, mas, ao mesmo tempo, precisam considerar a questão da redução de custos.
Na década de 2000, os PCBs tornaram-se mais complexos, com mais funções e menor tamanho. Especialmente os designs de PCB multicamadas e de circuito flexível tornaram esses dispositivos eletrônicos muito mais funcionais e funcionais, com PCBs de tamanho reduzido e menor custo.
No início do século XXI, o surgimento dos smartphones impulsionou o desenvolvimento da tecnologia de PCB HDI. Mantendo as microvias perfuradas a laser, as vias empilhadas começaram a substituir as vias escalonadas e, combinadas com a tecnologia de construção "em qualquer camada", a largura/espaçamento final da linha da placa HDI atingiu 21 μm.
Este método de camadas arbitrárias ainda se baseia em um processo subtrativo, e é certo que, para produtos eletrônicos móveis, a maioria dos HDIs de ponta ainda utiliza essa tecnologia. No entanto, em 2017, o HDI entrou em um novo estágio de desenvolvimento, passando de um processo subtrativo para um processo baseado em galvanoplastia.
Principais tendências que impactariam a indústria de PCB
Hoje em dia, vários tipos de placas de circuito impresso, incluindo PCB rígidoPCBs rígido-flexíveis, PCBs multicamadas e PCBs HDI são amplamente utilizados no mercado e passaram por diversas evoluções. O que podemos confirmar é que essa evolução continuará no futuro, juntamente com os requisitos constantemente aprimorados das pessoas.
Então, aqui vem outra pergunta: você já considerou quais tendências as PCBs adotarão? Com o surgimento de aplicações de produtos eletrônicos no mercado de consumo, como dispositivos eletrônicos vestíveis, aparelhos auditivos eletrônicos, medidores de glicemia, dispositivos inteligentes para veículos elétricos, indústria aeroespacial e outras áreas, as pessoas têm requisitos cada vez maiores em relação ao design, material e fabricação de PCBs. Abaixo estão as 5 principais tendências que afetarão a indústria de PCBs no futuro:
Internet das Coisas
A Internet das Coisas, ou IoT, abreviadamente, é uma indústria com um futuro brilhante e ilimitado. Essa tecnologia traz todos os objetos para a internet, e cada objeto pode se comunicar entre si por meio do compartilhamento de dados. Isso torna a vida das pessoas mais inteligente e conveniente. Normalmente, os dispositivos de IoT devem ser equipados com sensores e conectividade sem fio. Portanto, é necessário desenvolver PCBs para atender a esses requisitos.
Por exemplo, dispositivos de IoT com tamanhos reduzidos, como pulseiras BLE ou outros dispositivos portáteis, precisam de componentes menores com a mesma funcionalidade. Já para PCBs, eles devem ser cada vez menores, ao mesmo tempo em que equipam componentes ainda mais complexos. Isso pode ser um desafio, mas também uma oportunidade para fabricantes de PCBs que desejam entrar no mercado de IoT e lucrar com isso.
PCB flexível
Nos últimos anos, PCB flexível estão rapidamente ganhando participação de mercado no desenvolvimento de PCBs. Vejamos a imagem abaixo, de https://www.www.grandviewresearch.com, que mostra o tamanho do mercado de placas de circuito impresso flexíveis na região Ásia-Pacífico de 2015 a 2025. Podemos concluir que a escala total do mercado está aumentando continuamente, e os setores em que as PCBs flexíveis são utilizadas variam de eletrônicos e telecomunicações a aeroespacial e automotivo. A demanda por PCBs flexíveis aumentará consideravelmente com o passar do tempo.
Então, por que as PCBs flexíveis são tão populares? Aqui estão alguns motivos: por um lado, as PCBs flexíveis podem economizar espaço, pois são menores do que outros tipos de PCBs. Por outro lado, elas podem suportar ambientes difíceis com maior capacidade e melhor confiabilidade.
PCB de interconexão de alta densidade (HDI)
As vantagens das PCBs de interconexão de alta densidade incluem seu sinal confiável e de alta velocidade, tamanho compacto e leveza. Além disso, as larguras de trilha em PCBs HDI são muito menores e a densidade de fiação é melhor, permitindo que os engenheiros aloquem mais funcionalidade e potência mesmo em um espaço pequeno. A necessidade de sobreposição de camadas é reduzida para PCBs HDI, o que reduz o custo de produção. Com tantas características excelentes, PCBs HDI estão se tornando componentes vitais em muitos dispositivos e aplicativos.
Atualmente, as pessoas preferem usar dispositivos automáticos disponíveis em todos os lugares, incluindo, entre outros, aplicações aeroespaciais, ferramentas de diagnóstico médico e comunicações militares e tecnologia vestível. Ao mesmo tempo, peças menores com sinais mais rápidos tornaram-se cada vez mais necessárias, e é por isso que precisamos dessas PCBs de interconexão de alta densidade.
PCB de alta potência
PCB de alta potência é um tipo de PCB que pode suportar tensões acima de 48 V. Elas estão se tornando mais finas e leves, com maior eficiência, melhor capacidade de absorção de calor e durabilidade. As PCBs de alta potência mais recentes podem suportar mais calor com melhor dissipação de calor. Com um conjunto de baterias aprimorado, esse tipo de PCB é capaz de operar por muito mais tempo.
O surgimento dessa tendência se deve à crescente necessidade de veículos elétricos, que exigem voltagens frequentemente na casa das centenas. Além disso, cada vez mais pessoas respeitam o conceito sustentável, e a necessidade de painéis solares, que exigem voltagens de 24 V ou 28 V, está aumentando consequentemente. Em suma, PCBs de alta potência têm uma gama mais ampla de aplicações hoje e no futuro.
Soluções comerciais prontas para uso
Outra tendência na indústria de PCBs são as soluções comerciais prontas para uso, também conhecidas como COTS, incluindo módulos, componentes e placas de PCB. O destaque dos componentes COTS é que eles são projetados para serem facilmente instalados em sistemas existentes, o que seria muito conveniente. Seu uso é considerado capaz de tornar os componentes mais padronizados e confiáveis. Então, você deve estar se perguntando em que tipo de aplicação as pessoas usam COTS. De fato, a indústria aeroespacial é uma das principais áreas em que COTS é usado para reduzir os custos de grandes iniciativas, manter a garantia de qualidade e segurança e, ao mesmo tempo, concluir projetos mais rapidamente.
Conclusão
Olhando para o processo de desenvolvimento, a história da indústria de PCBs está em constante atualização e evolução. Os PCBs desempenham um papel importante nos dias de hoje, com a tecnologia em constante evolução. Independentemente do que essas tendências nos tragam, há uma coisa que nunca mudará: os PCBs sempre serão necessários.
No entanto, juntamente com a evolução e o desenvolvimento da indústria de PCB, um impacto drástico ocorreria tanto no design quanto na fabricação. Portanto, se os fabricantes de placas de circuito impresso desejam permanecer competitivos, precisam ser inovadores para acompanhar as tendências, incluindo mudanças na montagem, no design e na fabricação de PCBs para atender às crescentes necessidades das pessoas.
A MOKO, líder em design e fabricação de PCBs na China, possui mais de 16 anos de experiência na indústria de PCBs e conta com uma equipe profissional de P&D. Estamos sempre acompanhando as tendências da indústria de PCBs. Tem alguma dúvida sobre PCBs? Contacte-nos, vamos mergulhar no mundo do PCB juntos!
