Найти сегодня электронное устройство без хотя бы небольшой печатной платы практически невозможно. Годом рождения печатных плат считается 1903 год, когда немецкий изобретатель Альберт Хансон подал заявку в патентное ведомство.

Предприятия Ростеха разрабатывают материалы и технологии для производства печатных плат, а также производят сами платы, которые широко применяются в промышленности. Например, Омский НИИ приборостроения недавно нарастил производственные мощности по выпуску печатных плат до 2500 м² в год.

Рассказываем об истории, устройстве и применении печатных плат.

Как появились печатные платы

Печатная плата − это элемент электроаппаратуры, передающий сигналы между электронными компонентами по своеобразным токопроводящим рисункам, а также выступающий основой для крепления этих компонентов. Печатные платы являются неотъемлемой частью практически всех электронных устройств за исключением самых простых продуктов.

В современном виде платы существуют с 1960-х годов, когда они стали элементами калькуляторов, кассовых аппаратов и других простых устройств с электрическими цепями. Однако история их началась гораздо раньше.

В 1903 году немецкий изобретатель Альберт Хансон подал первый патент на устройство для использования в телефонных системах, похожее на печатную плату. Оно представляло собой плоский проводник для многослойной изолирующей платы. Плата имела конструкцию со сквозными отверстиями и проводники с обеих сторон, как бывает и в современных печатных платах. Однако мир еще не был готов к новой технологии, и он ней забыли почти на 40 лет.

В 1941 году радиотехник Пауль Эйслер в Великобритании занимался кустарной сборкой радиоприемников и искал способы ускорить процесс. Нужно понимать, что в это время радиотехника собиралась методом навесного монтажа, когда множество элементов – батареи, лампы, резисторы и т.д. – крепились на деревянном или металлическом шасси и соединялись большим количеством проводов. Эйслер придумал способ объединить несущую и проводящую функции. Опыт работы в полиграфии подсказал ему решение: рисовать электрическую схему на подложке из медной фольги и затем прикреплять на нее элементы приемника.

Добавив в процесс трафареты и печать, подобные платы можно было тиражировать достаточно быстро и в больших количествах. Технологию взяли на вооружение военные, а бурный рост электрорадиотехники в США 1950-60-х гг. способствовал распространению печатных плат. По сути этот метод используется и сегодня.

Холодная война и космическая гонка между СССР и США подстегнули развитие печатных плат, но больше всего платы повлияли на компьютеры. Если первые вычислительные машины 1940-50-х гг. представляли собой громоздкие шкафы с навесным монтажом и бесконечными проводами, то с появлением транзисторов и печатных плат компьютеры стали компактнее и доступнее.

Развитие компьютерной техники диктовало новые требования к платам, они становились многослойными и более сложными, а для их проектирования потребовалось специальное программное обеспечение. С появлением мобильных устройств платы стали еще миниатюрнее, а значит, сложнее в разработке и изготовлении.

Как устроена печатная плата

Для описания устройства печатной платы прекрасно подходит образ города, где проводники и компоненты образуют сложную сеть, позволяющую устройству работать.

Фундаментом для этого мегаполиса служит основание платы – пластина из электроизоляционного пластика или другого материала, прочного и способного выдерживать высокие температуры. Например, ЦНИТИ «Техномаш» в составе холдинга «Росэлектроника» недавно разработал материал-диэлектрик для печатных плат, обладающий термической стабильностью до +450 °С и устойчивый к химическим воздействиям и влаге.

Дороги на плане города, служащие для коммуникации, – это проводящие ток медные узоры печатной платы. Места соединения дорожек – это городские перекрестки. Дороги ведут к домам – закрепленным на плате микрочипам, резисторам и другим компонентам платы. Зеленые газоны города − изолирующий слой, предотвращающий короткое замыкание между проводниками. На плате есть маркировки, своеобразные дорожные знаки, облегчающие монтаж и обслуживание.  

Печатные платы бывают однослойными, двухслойными, многослойными (слоев могут быть десятки) и даже гибкими. Платы делятся по классам точности, которых всего выделяют семь.

Как и где изготавливают печатные платы

Как же изготавливаются платы? Сначала инженер-конструктор согласно техническому заданию составляет принципиальную электрическую схему за компьютером в системе проектирования. Далее существует два метода производства печатных плат: аддитивный и субтрактивный. Первый предполагает нанесение медного слоя на подготовленную маску химическим способом. Во втором случае узор, наоборот, получается удалением лишних частиц меди. Затем после множества других процедур на плате размещаются электронные компоненты – вручную или автоматически.

Для проверки печатной платы используются осциллограф и источники питания, иногда для контроля качества применяется микроскоп. В Омском НИИ приборостроения холдинга «Росэлектроника», где недавно нарастили мощности по производству двуслойных плат до 2500 м² в год, качество изделий проверяется установкой электроконтроля и автоматической оптической инспекцией, что существенно снижает влияние человеческого фактора.  

Конструкция печатной платы включает в себя сложные детали, но сборку и производство печатных плат можно реализовать по шаблону. Поскольку печатные платы состоят из смонтированных компонентов, их массовое производство представляет собой простой, относительно недорогой и, как правило, безошибочный процесс, особенно по сравнению с другими вариантами разводки.

В контуре Ростеха целый ряд предприятий занимается печатными платами, обеспечивая нужды Госкорпорации и выполняя работы для сторонних заказчиков. Например, НИЦЭВТ и ПО «Электроприбор», входящие в «Росэлектронику», изготавливают двусторонние и многослойные печатные платы высокого класса точности. БПО «Прогресс» (входит в концерн «Автоматика» холдинга «Росэлектроника») производит монтаж компонентов на печатные платы для отечественных ноутбуков, компьютеров и умных домофонов. А печатные платы Государственного Рязанского приборного завода (КРЭТ) были отмечены на конкурсе «Всероссийская Марка (III тысячелетие). Знак качества XXI века». 

В текущих условиях спрос на отечественные печатные платы, а также на материалы и технологии для их производства продолжает расти. Предприятия Ростеха активно участвуют в процессе импортозамещения иностранных материалов и компонентов, выпуская печатные платы для оборонной и гражданской промышленности России.

Источник: https://rostec.ru/news/elektroprovodyashchie-uzory-kak-rabotaet-pechatnaya-plata/