Печатная плата - изобретение Эйслера не было случайным озарением, а стало результатом стечения нескольких обстоятельств: личной необходимости, наблюдательности и применения известных технологий в новой области.
Вынужденная изобретательность.
Эйслер был евреем, бежавшим от нацистов из Австрии в Великобританию в 1936 году. Он был беден, не мог найти стабильную работу и работал инженером-фрилансером. Ему нужно было найти дешёвый, эффективный и компактный способ сборки электроники, не требующий дорогого ручного труда и громоздких компонентов. Фактически, он искал способ производить электронику массово и дёшево.
Как выглядели электронные устройства до изобретения печатных плат?
До появления печатных плат сборка электронных устройств была трудоемким, медленным, дорогим и громоздким ремеслом, больше похожим на работу электрика или часовщика. Это эра объёмного монтажа (point-to-point wiring).
Основными методами монтажа были:
1. Монтаж на шасси.
Это был самый распространенный способ. Устройство собиралось на металлическом каркасе-основании (шасси).
Компоненты (радиолампы, большие резисторы, конденсаторы) устанавливались в специальные ламповые панельки или крепились прямо к шасси. Все соединения между компонентами делались вручную с помощью проводов и пайки. Провода припаивались непосредственно к выводам компонентов.
Получался настоящий клубок из проводов. Такая конструкция была подвержена коротким замыканиям, обрывам, сильно грелась и её было практически невозможно ремонтировать.
2. Клеммные полоски и платы (и сейчас используются так называемые макетные платы).
Для упрощения монтажа использовались изоляционные стойки и платы с клеммами. Компоненты устанавливались рядом, а их выводы крепились к общим клеммам. Соединения между клеммами затем делались проводами. Это немного структурировало процесс, но всё равно было очень громоздко.
3. Сборка на каркасе.
В более продвинутых устройствах (например, в профессиональной и военной аппаратуре) провода наматывались на штырьки —это называлось навивной монтаж (wire wrap). Это было надежнее пайки, но невероятно трудоемко.
Главные недостатки такой сборки:
- Размер. Устройства были огромными и тяжелыми. Первые компьютеры (например, ENIAC) занимали целые залы, во многом из-за такого способа сборки.
- Трудоемкость. Требовалась высокая квалификация сборщиков-монтажников. Каждое устройство было, по сути, handmade.
- Ненадежность. Тысячи паек и соединений – тысячи потенциальных мест для отказа. Провода могли перетереться, отвалиться, замкнуть друг на друга.
- Высокая стоимость. Ручной труд всегда дорог. Массовое производство было сложным и затратным.
Изобретение печатной платы совершило революцию, превратив сборку электроники из ремесла в промышленную технологию, сделав устройства массовыми, дешевыми, надежными и миниатюрными.
В 1941 году Пол Эйслер представил концепцию печатной платы, создав устройство, в котором использовалась медная фольга на непроводящем стеклянном основании.
Эйслер не изобретал технологии с нуля, он адаптировал уже существующие методы из других отраслей:
1. Трафаретная печать уже широко использовалась для нанесения узоров на ткани, плакаты и т.д.
2. Травление металла было известно в ювелирном деле и полиграфии (например, для изготовления гравюр).
Его гениальная идея заключалась в том, чтобы объединить эти две технологии для создания электрических цепей. Он придумал нанести на медный лист, приклеенный к диэлектрику (стеклотекстолиту), кислотостойкую краску через трафарет в виде будущих дорожек. Затем он травил всю печатную плату в кислоте, которая съедала незащищенную медь, оставляя только нужный «рисунок» проводников.
Ключевым отличием Эйслера от его предшественников было то, что он мыслил именно о конструкции всего электронного устройства. Он видел в печатной плате не просто проводники, а несущую конструкцию, монтажную платформу и систему соединений одновременно. Он создал работающее устройство – радиоприемник – целиком на основе своей технологии.
Эйслер применил простые промышленные методы для решения сложной инженерной задачи, движимый необходимостью и блестящим умом.
Больше о нас здесь:
Сайт ТГ ВК Дзен Youtube Rutube