Opowieść o projektowaniu płytek drukowanych (PCB) rozpocząć musimy u samego zarania dziejów elektroniki - w zamierzchłych czasach przed nowoczesnymi narzędziami CAD. Pozwoli nam to docenić, jakie szczęście mamy mogąc korzystać z takiego oprogramowania - kiedyś projektowanie PCB było długim i żmudnym zajęciem.
Obecnie mamy dostęp do wielu luksusów, jakie oferuje nam technologia. Ludzie 100 lat temu nie mogli nawet o niektórych z nich pomarzyć. Gdyby zobaczyli, jaką technologią dysponujemy teraz, to z pewnością byłaby ona dla nich nie do odróżnienia od magii.
Z pewnością dla nas, elektroników, jednym z ważniejszych wynalazków XX wieku była płytka drukowana. Technologię tą opracował i opatentował Paul Eisler w 1943 roku. Opatentował on metodę wytrawiania miedzianej folii, przyklejonej do dielektrycznego podłoża wzmocnionego włóknem szklanym. Jakkolwiek technologia ta stworzona została już w latach '40, to dopiero później, w latach '50 została doceniona wraz z pojawieniem się tranzystorów.
Zdjęcie po lewej stronie pokazuje radio lampowe z 1940 roku. W tych czasach nie było jeszcze płytek drukowanych. Wszystko wydaje się być w nieładzie. Elementy elektroniczne zamontowane są niemalże wszędzie; połączone zostały ze sobą krótkimi odcinkami kabli. Takie urządzenia były niesamowicie trudne w projektowaniu, testowani i debugowaniu. Cały proces produkcji wykonywany był ręcznie, co mocno zwiększało koszty urządzeń elektronicznych i pogarszało ich niezawodność.
Jeśli teraz przeniesiemy się szybko około 20 lat w przód, to zobaczymy w latach '60 XX wieku nowoczesne elementy do montażu przewlekanego montowane na pierwszych płytkach wielowarstwowych. Kolejne 20 lat w przód i możemy zobaczyć wprowadzenie pierwszych układów scalonych i elementów dyskretnych do montażu powierzchniowego.
Do lat '80 włącznie płytki drukowane projektowane były manualnie, bez wykorzystania komputerów. Jak inżynierowie radzili sobie z tym wyzwaniem? Jak to robili?
Jeśli chciałbyś w tych zamierzchłych czasach zaprojektować płytkę drukowaną, potrzebowałbyś szeregu specjalnych narzędzi i materiałów (całą listę obejrzeć można na pcbwizards.com):
* Stół kreślarski.
* Podświetlony stół.
* Mylarową siatkę.
* Narzędzie do orientowania pinów elementów elektronicznych.
* Szablony do odrysowywania.
* Arkusze mylaru o grubości 7 milsów.
* Arkusze mylaru o grubości 2 milsów.
* Kalkę techniczną.
* Specjalną taśmę cięto w różnych szerokościach.
* Nóż lub skalpel.
* Kolorowe długopisy.
* 5 milimetrowy ołówek HB i ołówek mechaniczny.
Pierwszym krokiem w tym procesie jest oczywiście narysowanie schematu. Dzisiaj robimy to - jak łatwo się domyślić - zupełnie inaczej niż kiedyś, gdy nie było do tego odpowiednich programów. Schematy kreśliło się ręcznie, tak jak każdą inną dokumentację techniczną w tamtych czasach.
Kreślarze używali standardowego zestawu ołówków, ostrzynek, ekierek, linijek i gumki pracując na specjalnym, pochylonym stole kreślarskim. Aby ułatwić sobie pracę, stosowano specjalne szablony - każdy element elektroniczny miał swój osobny, dzięki czemu łatwo było, aby każdy kondensator w układzie wyglądał tak samo. Najpierw nanosiło się elementy elektroniczne, korzystając z szablonów, a potem za pomocą ołówka, linijki i ekierki rysowało się połączenia elektryczne i już - schemat był gotowy.
Następnie schemat był sprawdzany i ewentualnie korygowany. Zatwierdzony schemat przekazać można było dalej, do projektanta płytek drukowanych. W dzisiejszych czasach normalnym wydaje nam się, że schemat tworzy ta sama osoba, która rysuje płytkę drukowaną. W przeszłości tak nie było - za te dwie rzeczy odpowiadali różni inżynierowie - jedni specjalizowali się w rysowaniu schematów, drudzy w projektowaniu PCB. Pokazuje to z jednej strony, jaką drogę przebyła do dzisiejszych czasów technika projektowania urządzeń elektronicznych, a z drugiej strony obrazuje o ile więcej wiedzieć muszą dzisiejsi inżynierowie, którzy łączą w sobie te dwa fachy.
W momencie, gdy projektant (rzadko, kiedy projektantka - jeszcze w latach '80 XX wieku kobiety rzadko kiedy zajmowały się elektroniką) otrzymywał dokumentację, mógł rozpocząć rozplanowywanie płytki. Pierwszym krokiem było zazwyczaj rozplanowanie położenia elementów elektronicznych na laminacie. Cała płytka rysowana była na cienkich mylarowych foliach. Dzięki temu można było poszczególne warstwy położyć na sobie i umieścić na podświetlanym stole. Wtedy widać było dokładnie zależności pomiędzy położeniami elementów na poszczególnych warstwach projektowanego laminatu.
Elementy układane były z wykorzystaniem szablonów, od których odrysowywało się kształt wyprowadzeń/padów układu lub nawet naklejek z gotowymi, narysowanymi padami. Dostępne były całe arkusze z takimi naklejkami w różnych formach i kształtach, odpowiadających różnym obudowom układów elektronicznych, z jakich ówcześnie korzystano. Z pomocą tych szablonów lub naklejek rozmieszczano elementy.
Kiedy poszczególne elementy rozmieszczone są już na mylarowej folii, można rozpocząć ich łączenie. Na początku szkicowano poszczególnie ścieżki z pomocą pisaków, aby dało się je łatwo zmienić. Najczęściej używaną kombinacją na płytkach dwuwarstwowych był czerwony i niebieski (co zostało do dzisiaj w postaci domyślnej gamy kolorów nowoczesnych programów do projektowania PCB). Gdy inżynier był już zadowolony ze swojego projektu, szkic pisakiem zastępowała specjalna taśma o różnej grubości. Te taśmy również dostępne były w wielu kolorach, co ułatwiało odróżnienie od siebie ścieżek na poszczególnych warstwach.
Kolory i idea warstw projektu pozostały w zasadzie od wtedy do dzisiaj niezmienione. Ten wstęp historyczny z pewnością pozwoli nam lepiej zrozumieć, dlaczego obecne programy CAD do projektowania płytek drukowanych wyglądają tak jak wyglądają. Wszystko wynika z historii tego, jak projektowano je ręcznie.
Co dalej? Mamy już schemat i projekt płytki drukowanej w postaci poszczególnych warstw na folii mylarowej. Tutaj przebieg procesu nie odbiega za bardzo od obecnego. Folie wysyłane były (klasyczną pocztą) do zakładu produkcyjnego (tak jak dzisiaj wysyłamy Gerbery) i następnie z ich pomocą naświetlało się klisze, które wykorzystywane były do fotolitograficznego trawienia płytek drukowanych. Czasami klisze też naświetlało się w biurze projektowym i wysyłało do zakładu gotowe maski.
Czasy przed obecnością programów CAD z pewnością nie były łatwe. Projektowanie płytek drukowanych było trudnym i długotrwałym procesem wymagającym niezwykłych umiejętności manualnych. Od tego czasu robi się to łatwiej, szybciej i taniej. Komputery zagościły na biurkach inżynierów projektujących PCB w połowie lat '80 zeszłego stulecia. Oprogramowanie do projektowania płytek drukowanych przeszło dość złożoną ewolucję, ale o tym napiszemy w kolejnej części cyklu.
Źródła:
https://www.eeweb.com/profile/alex-tamari/articles/eras-of-pcb-design-the-land-before-cad
http://www.pcbwizards.com/
Obecnie mamy dostęp do wielu luksusów, jakie oferuje nam technologia. Ludzie 100 lat temu nie mogli nawet o niektórych z nich pomarzyć. Gdyby zobaczyli, jaką technologią dysponujemy teraz, to z pewnością byłaby ona dla nich nie do odróżnienia od magii.
Z pewnością dla nas, elektroników, jednym z ważniejszych wynalazków XX wieku była płytka drukowana. Technologię tą opracował i opatentował Paul Eisler w 1943 roku. Opatentował on metodę wytrawiania miedzianej folii, przyklejonej do dielektrycznego podłoża wzmocnionego włóknem szklanym. Jakkolwiek technologia ta stworzona została już w latach '40, to dopiero później, w latach '50 została doceniona wraz z pojawieniem się tranzystorów.
Zdjęcie po lewej stronie pokazuje radio lampowe z 1940 roku. W tych czasach nie było jeszcze płytek drukowanych. Wszystko wydaje się być w nieładzie. Elementy elektroniczne zamontowane są niemalże wszędzie; połączone zostały ze sobą krótkimi odcinkami kabli. Takie urządzenia były niesamowicie trudne w projektowaniu, testowani i debugowaniu. Cały proces produkcji wykonywany był ręcznie, co mocno zwiększało koszty urządzeń elektronicznych i pogarszało ich niezawodność.
Jeśli teraz przeniesiemy się szybko około 20 lat w przód, to zobaczymy w latach '60 XX wieku nowoczesne elementy do montażu przewlekanego montowane na pierwszych płytkach wielowarstwowych. Kolejne 20 lat w przód i możemy zobaczyć wprowadzenie pierwszych układów scalonych i elementów dyskretnych do montażu powierzchniowego.
Do lat '80 włącznie płytki drukowane projektowane były manualnie, bez wykorzystania komputerów. Jak inżynierowie radzili sobie z tym wyzwaniem? Jak to robili?
Jeśli chciałbyś w tych zamierzchłych czasach zaprojektować płytkę drukowaną, potrzebowałbyś szeregu specjalnych narzędzi i materiałów (całą listę obejrzeć można na pcbwizards.com):
* Stół kreślarski.
* Podświetlony stół.
* Mylarową siatkę.
* Narzędzie do orientowania pinów elementów elektronicznych.
* Szablony do odrysowywania.
* Arkusze mylaru o grubości 7 milsów.
* Arkusze mylaru o grubości 2 milsów.
* Kalkę techniczną.
* Specjalną taśmę cięto w różnych szerokościach.
* Nóż lub skalpel.
* Kolorowe długopisy.
* 5 milimetrowy ołówek HB i ołówek mechaniczny.
Pierwszym krokiem w tym procesie jest oczywiście narysowanie schematu. Dzisiaj robimy to - jak łatwo się domyślić - zupełnie inaczej niż kiedyś, gdy nie było do tego odpowiednich programów. Schematy kreśliło się ręcznie, tak jak każdą inną dokumentację techniczną w tamtych czasach.
Kreślarze używali standardowego zestawu ołówków, ostrzynek, ekierek, linijek i gumki pracując na specjalnym, pochylonym stole kreślarskim. Aby ułatwić sobie pracę, stosowano specjalne szablony - każdy element elektroniczny miał swój osobny, dzięki czemu łatwo było, aby każdy kondensator w układzie wyglądał tak samo. Najpierw nanosiło się elementy elektroniczne, korzystając z szablonów, a potem za pomocą ołówka, linijki i ekierki rysowało się połączenia elektryczne i już - schemat był gotowy.
Następnie schemat był sprawdzany i ewentualnie korygowany. Zatwierdzony schemat przekazać można było dalej, do projektanta płytek drukowanych. W dzisiejszych czasach normalnym wydaje nam się, że schemat tworzy ta sama osoba, która rysuje płytkę drukowaną. W przeszłości tak nie było - za te dwie rzeczy odpowiadali różni inżynierowie - jedni specjalizowali się w rysowaniu schematów, drudzy w projektowaniu PCB. Pokazuje to z jednej strony, jaką drogę przebyła do dzisiejszych czasów technika projektowania urządzeń elektronicznych, a z drugiej strony obrazuje o ile więcej wiedzieć muszą dzisiejsi inżynierowie, którzy łączą w sobie te dwa fachy.
W momencie, gdy projektant (rzadko, kiedy projektantka - jeszcze w latach '80 XX wieku kobiety rzadko kiedy zajmowały się elektroniką) otrzymywał dokumentację, mógł rozpocząć rozplanowywanie płytki. Pierwszym krokiem było zazwyczaj rozplanowanie położenia elementów elektronicznych na laminacie. Cała płytka rysowana była na cienkich mylarowych foliach. Dzięki temu można było poszczególne warstwy położyć na sobie i umieścić na podświetlanym stole. Wtedy widać było dokładnie zależności pomiędzy położeniami elementów na poszczególnych warstwach projektowanego laminatu.
Elementy układane były z wykorzystaniem szablonów, od których odrysowywało się kształt wyprowadzeń/padów układu lub nawet naklejek z gotowymi, narysowanymi padami. Dostępne były całe arkusze z takimi naklejkami w różnych formach i kształtach, odpowiadających różnym obudowom układów elektronicznych, z jakich ówcześnie korzystano. Z pomocą tych szablonów lub naklejek rozmieszczano elementy.
Kiedy poszczególne elementy rozmieszczone są już na mylarowej folii, można rozpocząć ich łączenie. Na początku szkicowano poszczególnie ścieżki z pomocą pisaków, aby dało się je łatwo zmienić. Najczęściej używaną kombinacją na płytkach dwuwarstwowych był czerwony i niebieski (co zostało do dzisiaj w postaci domyślnej gamy kolorów nowoczesnych programów do projektowania PCB). Gdy inżynier był już zadowolony ze swojego projektu, szkic pisakiem zastępowała specjalna taśma o różnej grubości. Te taśmy również dostępne były w wielu kolorach, co ułatwiało odróżnienie od siebie ścieżek na poszczególnych warstwach.
Kolory i idea warstw projektu pozostały w zasadzie od wtedy do dzisiaj niezmienione. Ten wstęp historyczny z pewnością pozwoli nam lepiej zrozumieć, dlaczego obecne programy CAD do projektowania płytek drukowanych wyglądają tak jak wyglądają. Wszystko wynika z historii tego, jak projektowano je ręcznie.
Co dalej? Mamy już schemat i projekt płytki drukowanej w postaci poszczególnych warstw na folii mylarowej. Tutaj przebieg procesu nie odbiega za bardzo od obecnego. Folie wysyłane były (klasyczną pocztą) do zakładu produkcyjnego (tak jak dzisiaj wysyłamy Gerbery) i następnie z ich pomocą naświetlało się klisze, które wykorzystywane były do fotolitograficznego trawienia płytek drukowanych. Czasami klisze też naświetlało się w biurze projektowym i wysyłało do zakładu gotowe maski.
Czasy przed obecnością programów CAD z pewnością nie były łatwe. Projektowanie płytek drukowanych było trudnym i długotrwałym procesem wymagającym niezwykłych umiejętności manualnych. Od tego czasu robi się to łatwiej, szybciej i taniej. Komputery zagościły na biurkach inżynierów projektujących PCB w połowie lat '80 zeszłego stulecia. Oprogramowanie do projektowania płytek drukowanych przeszło dość złożoną ewolucję, ale o tym napiszemy w kolejnej części cyklu.
Źródła:
https://www.eeweb.com/profile/alex-tamari/articles/eras-of-pcb-design-the-land-before-cad
http://www.pcbwizards.com/
Cool? Ranking DIY