История развития технологии монтажа

Общая тенденция развития электроники на протяжении последних 50 лет — увеличение сложности и удешевление. Если в 1950 году радиоприемник стоил так дорого, что месячной зарплаты инженера могло не хватить на его покупку, то сегодня на среднюю зарплату можно купить сотню радиоприемников. Удешевление возможно только благодаря изменению конструкции таким образом, что количество ручного труда сводится к минимуму. Попробуем посмотреть как же изменялся вид электронных блоков.

Исторически самой первой технологией является так называемый объемный монтаж или навесной монтаж. Радиоэлементы припаиваются к рядам специальных лепестков, и соединяются между собой проводами, объединенными в жгуты.

vol1

Сборка полностью вручную, автоматизировать процесс такой сборки затруднительно. Возможен другой вариант, когда лепестки расположены иначе:

vol2

Плотность упаковки минимальная, стойкость к ударам и вибрациям также невысокая.

Для примера измерительный прибор выполненный по технологии навесного монтажа:

IMG_1317

Или вот:

IMG_1428

Трудоёмкость сборки таких приборов можно представить.

Затем у инженеров появилась идея. Если радиодетали соединены особым образом в устройстве, то можно каким-нибудь массовым способом изготавливать заранее этот рисунок соединения деталей меж собой из проводника, и просто закреплять детали в нужных местах, они соединятся между собой в правильном порядке автоматически. Так появились печатные платы.

Печатная плата — это пластинка из гетинакса или стеклотекстолита, на которой нанесен рисунок из медной фольги с отверстиями для выводов радиоэлементов. Радиодетали просто вставляются в отверстия и припаиваются к рисунку из фольги. Прелесть такого способа в том, что во-первых сами платы с рисунком можно изготавливать массово травлением, а во вторых что при определенных доработках можно припаивать все элементы к плате разом, окуная в расплавленный припой всю плату.

Вот пример радиоприемника с печатной платой. Можно увидеть, что детали упакованы довольно плотно.

pcb1

Измерительный прибор при переходе на печатный монтаж стал внутри компактнее:

IMG_1446

А в следующем поколении еще компактнее:

IMG_1463

Параллельно с развитием технологии печатных плат стала развиваться микроминиатюризация. Сами элементы стали компактнее благодаря появлению полупроводниковых элементов и переходу на низкое напряжение питания. Затем сами элементы стали на заводах собираться в микросборки, микромодули, и в конце концов появились микросхемы. С ростом плотности упаковки элементов в корпусах сборок сам рисунок соединения деталей на плате стал плотнее и в конце концов стало невозможным уместить его на плоскости без пересечений. Вот пример блока, построенного на микросборках, в котором помимо печатного рисунка используются перемычки:

pcb2

pcb3

Но перемычки требуют напайки вручную. Следующим этапом стало размещение проводящего рисунка из медной фольги с двух сторон. Вот пример с микросхемами:

pcb4

pcb5

Внимательные читатели могли заметить что при создании печатной платы с двухсторонним рисунком появились дорожки, которые через отверстие «ныряют» на другую стороны. Это так называемые переходные отверстия. Их создание не так просто, и если просто печатную плату одностороннюю можно изготовить в домашних условиях то изготовить двухстороннюю печатную плату с переходными отверстиями затруднительно, так как стенки отверстия должны быть покрыты слоем меди, который выращивают гальванически. Подробнее процесс изготовления плат будет рассмотрен в другой статье.

В дальнейшем элементы становились еще мельче, их упаковка становилась еще плотнее. Появилась технология поверхностного монтажа, когда деталь напаивалась на дорожки всем своим телом, а не через проволочные выводы продетые через отверстия в плате и припаянные к проводникам с обратной стороны. В таком случае элементы устанавливаются в нужное место роботом и печатная плата может быть изготовлена полностью автоматически.

IMG_0869

Для удешевления и уменьшения габаритов кристаллы микросхем стали крепить непосредственно к плате, заливая компаундом. Вы могли видеть такие черные капли на печатной плате. Вот кристалл микросхемы не залитый компаундом:

pcb6

Стало невозможным выполнить все необходимые соединения пользуясь всего двумя слоями проводников, поэтому стали делать многослойные печатные платы. Они дороже, сложнее в изготовлении, стараются обойтись без них, но не всегда это возможно.Фотография разреза материнской платы компьютера:

pcb7

Видно, что помимо наружных слоев с проводниками есть два внутренних. А отверстия имеют металлизацию.

В итоге что мы можем наблюдать — электронные блоки становятся дешевле, компактнее благодаря переходу от ручного труда к технологиям автоматической групповой сборки. Автоматизация — это единственный способ повысить благосостояние каждого человека за счет существенного удешевления производства вещей. Размещение сборочных производств в странах с дешевым трудом дадут лишь временный, несущественный эффект.

 

История развития технологии монтажа: 2 комментария

  1. Игорь

    Совсем необзятельно, чтобы кристалл, заливаемый компаундом, был открытым. Вполне возможно заливать кристал в корпусе, ведь компаунд предохраняет кристалл от воздействия влаги. :)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *