Plošný spoj

Historie

Desky s plošnými spoji vznikly z elektrických spojovacích systémů, které se používaly v 50. letech 19. století. Původně se k propojení velkých elektrických součástek namontovaných na dřevěných podstavcích používaly kovové pásky nebo tyče. Později byly kovové pásky nahrazeny dráty připojenými ke šroubovým svorkám a dřevěné základny byly nahrazeny kovovými rámy. To umožnilo zmenšit rozměry, což bylo potřeba, protože obvody se stávaly složitějšími a obsahovaly více součástek. Thomas Edison testoval metody použití kovů na plátěném papíře. Arthur Berry si v roce 1913 nechal v Británii patentovat metodu tisku a leptání. V roce 1925 vyvinul Charles Ducas ve Spojených státech metodu využívající galvanické pokovování. Vytvořil elektrickou dráhu přímo na izolovaném povrchu tiskem přes šablonu (tvar vyříznutý do desky nebo papíru) speciálním inkoustem, který dokázal vést elektřinu stejně jako dráty. Tato metoda se nazývala "tištěné zapojení" nebo "tištěný obvod".

V roce 1943 si Rakušan Paul Eisler působící ve Velké Británii nechal patentovat metodu leptání vodivého vzoru neboli obvodů na vrstvu měděné fólie připevněné k tvrdému podkladu, který nevede elektrický proud. Eislerovy techniky si všimla americká armáda a začala ji používat v nových zbraních včetně bezkontaktních rozbušek za druhé světové války. Jeho nápad se stal velmi užitečným v 50. letech 20. století, kdy byl představen tranzistor. Do té doby byly vakuové elektronky a další součástky tak velké, že stačily tradiční metody montáže a zapojení. Se zavedením tranzistorů se však součástky staly velmi malými a výrobci museli používat desky s plošnými spoji, aby i spoje mohly být malé.

Technologii plátovaných průchozích otvorů a její použití ve vícevrstvých deskách plošných spojů patentovala americká firma Hazeltine v roce 1961. To umožnilo vyrábět mnohem složitější desky se součástkami umístěnými těsně vedle sebe. V 70. letech 20. století byly zavedeny čipy integrovaných obvodů a tyto součástky byly rychle začleněny do návrhu desek plošných spojů a výrobních postupů. Dnes může mít deska s plošnými spoji v některých aplikacích až 50 vrstev.

Technologie povrchové montáže byla vyvinuta v 60. letech 20. století a široce se začala používat koncem 80. let.

Ručně vyrobená deska s plošnými spoji

Návrh

Hlavním úkolem při návrhu desky plošných spojů je zjistit, kam budou všechny součástky umístěny. Obvykle existuje návrh nebo schéma, které se promění v desku plošných spojů. Neexistuje nic takového jako standardní deska s plošnými spoji. Každá deska je navržena pro své vlastní použití a musí mít správnou velikost, aby se vešla do požadovaného prostoru. Návrháři desek používají k rozvržení návrhů obvodů na desce software pro počítačem podporované navrhování. Mezery mezi elektrickými cestami mohou být 0,04 palce (1,0 mm) nebo menší. Rozvrhuje se také umístění otvorů pro vývody součástek nebo kontaktní body. Jakmile je vzor obvodu rozvržen, vytiskne se negativní obraz v přesné velikosti na průhlednou plastovou fólii. U negativního obrazu jsou oblasti, které nejsou součástí vzoru obvodu, zobrazeny černě a vzor obvodu je zobrazen jako čirý. Z čirých ploch se pak odstraní kov, obvykle pomocí chemikálií. Z tohoto návrhu se vytvoří návod pro počítačem řízenou vrtačku nebo pro automatickou pájecí pastu používanou při výrobě.

Výroba

Karta je vyrobena z vnější měděné vrstvy. Nepotřebná měď se odstraní a zůstanou měděné vodiče, které propojí elektronické komponenty. Součástky se umístí na desku a kontaktují se s vodiči.

Fotorezist

Desky s plošnými spoji se někdy vyrábějí fotolitografií. Potah zvaný fotorezist reaguje se světlem a poté se deska plošných spojů a potah vloží do vývojky. Tato metoda je drahá na jednu desku, ale na začátku je velmi levná.

Sítotisk

Existují však různé způsoby výroby desky s plošnými spoji. Některé profesionálně vyráběné desky plošných spojů používají jinou metodu odstraňování přebytečné mědi z desky plošných spojů. Používá se proces zvaný sítotisk. Sítotisk spočívá v tom, že se přes rámeček pevně natáhne látka. Poté se na látku vytiskne obrázek. Poté se přes látku protlačí barva. Inkoust neproniká tam, kde byl obrázek na látku vytištěn. Sítotisku se říká proto, že látka je obvykle hedvábná. Tkanina je obvykle hedvábná, protože má velmi malé otvory. sítotisk se používá k tisku barvy zvané rezist na desku. Resist je barva, která odolává leptadlu použitému k výrobě desky plošných spojů. Leptadlo rozpouští měď na desce. Tento způsob je pro každou desku levnější než fotorezist, ale na začátku je dražší.

Frézování

Dalším způsobem výroby desky plošných spojů je použití frézky. Frézka je vrtačka, která se pohybuje v mnoha směrech. Při každém pohybu po desce odebere vrták malé množství mědi. Frézka odstraňuje měď kolem vodičů na desce. Na desce tak zůstane měď navíc. Při jiných metodách se měď navíc na desce nenechává. Tato metoda je levnější na desku, ale zařízení na její výrobu je drahé. Tato metoda se nepoužívá často, protože ostatní dvě metody jsou jednodušší.