PCB简史：印刷电路板从何而来？

关于作者：Steven Leibson拥有45年的行业领先专业知识，曾在多家领先的电子公司担任管理和技术职位，包括惠普、Cadnetix、Tensilica、Cadence、赛灵思和英特尔。自1985年以来，Steve一直在多家领先的行业出版物上撰写有关电子开发的文章。

最近在撰写电子设计自动化（EDA）发展历史时，我敏锐地意识到，EDA工具开发的大部分工作都是针对集成电路（IC）设计的。用于开发印刷电路板（PCB）工具的精力要少得多。原因很简单，IC设计工具的售价要高得多。IC设计工具中最复杂的工具售价高达六、七位数，而印刷电路板设计工具的售价只有几百或几千美元。就单位数量而言，PCB设计工具的市场要比IC设计工具的市场大两三个数量级。IC设计领域才是赚大钱的地方。从1947年贝尔实验室开发出点接触晶体管开始，一直到1959年和1970年德州仪器（Texas Instruments）和仙童半导体（Fairchild Semiconductor）开发出第一批IC，半导体和IC的发展历史都有详尽的记载。但PCB的发展史又是怎样的呢？

我从1970年的高中时代起就开始设计和制造PCB。这已经是半个多世纪以前的事了。高中时，我参加了学校的几门电子学函授课程，该校将PCB称为“新事物”。这些课程的授课内容制定于20世纪50年代和60年代，因此PCB仍是新事物。

在那些日子里，我直接在覆铜板上贴上黑色皱纹带、胶垫和Bishop Graphics公司提供的摩擦衬垫图案，然后用氯化铁溶液蚀刻电路板。我很快就学会了对层压板进行光蚀刻，用瓶子里倒出的液态光致抗蚀剂对层压板进行感光，然后在家里的煤气炉上烘烤。

20世纪70年代末，我在科罗拉多州乐福兰的惠普台式电脑部担任实验室工程师。在惠普PCB布局经理辛普森（Bev Simpson）的监督下，我为自己设计的产品制作了一些PCB布局。在惠普的那些日子里，我们使用彩色铅笔、胶片和Calma数字转换器为内部PCB工厂绘制照片。我负责绘制图纸，其他人将我的图纸数字化。

20世纪80年代初，我在Cadnetix公司设计工程工作站，用于运行我们专有的PCB布局软件。不久，我们开始使用自己的软件和工作站开发新一代产品。在这段时间里，我从未仔细考虑过我们的行业是如何开始使用PCB的。就像EDA的历史一样，PCB的发展历史也没有得到很好的记录。

PCB的大规模生产始于第二次世界大战。当时，电子产品采用手工焊接、点对点布线的方式，使用金属底盘来固定变压器、电子管和电容器等大型电子元件。点对点布线是用单根导线或轴向引线元件（如电阻器和纸电容器或云母电容器）与底盘安装的元件或用螺栓固定在底盘上的接线端子相连接。当时元件昂贵，但劳动力廉价，因此点对点布线是合理的。

然而，早在第二次世界大战之前，就有人在开发电子产品时尝试将互连线固定在坚硬的基板上。最初，这些导线是用铆钉、订书钉、胶水或钉子固定在基板上的。发明家们开始在基板上涂刷或筛选导电油墨，以形成布线图案。其中最著名的是奥地利工程师艾斯勒，他在20世纪30年代逃到英国。艾斯勒获得了添加式PCB制造工艺的专利，但他的手工PCB却鲜有人问津。

第二次世界大战爆发后，全世界的装甲兵都投入了大规模生产，基于雷达的近炸引信成为一项挑战。

由Centralab公司开发的雷达近炸引信所用的PCB采用硬质合金陶瓷基板，基板上的导体由银色金属漆丝网印刷而成。烘烤使油墨固化。然后，Centralab通过丝网印刷碳浆，再经过一次烘烤，增加了电阻。这种增材制造工艺后来被称为厚膜陶瓷混合工艺，Centralab也因此在战后声名鹊起。

制作完裸PCB后，超小型真空管被焊接在PCB上。真空管被包裹在由物理学家詹范艾伦（范艾伦辐射带就是以他的名字命名的）开发的橡胶防震套筒中，范艾伦曾参与过战时近炸引信的开发项目。然后，将无源电子元件以绳木方式垂直堆叠在导管周围，焊接在PCB上，并用蜡封装，以保护整个组件免受地心引力和振动的影响。到战争结束时，包括Crosley、Eastman Kodak、McQuay-Norris、RCA和Sylvania在内的美国制造商已经生产了两千多万个近炸引信。随着近炸引信的问世，PCB首次进入大规模生产阶段。

战后，美国军方对用于通信和其他应用（如近接引信）的微型电子产品产生了极大的兴趣。1946年2月，美国军方披露了近炸引信中使用的陶瓷PCB技术的细节，这似乎引发了战后PCB的密集开发浪潮。战后美国国家标准局出版了两本书：1947年出版《印刷电路技术，国家标准局通告468》，1948年出版《印刷电路的新进展，国家标准局杂项出版物192》。1948年出版物的第1页写道：“在过去的两年中，国家标准局收到了来自其他政府机构、工业界和科研机构对相关技术信息的空前需求”。

1947年，位于新泽西州蒙莫斯堡的美国陆军信号部队开发出了类似于我们今天所使用的减成法PCB制造工艺。该工艺首先在绝缘基板上贴上铜箔，然后涂上抗蚀剂（最初是丝网印刷，最终使用直接光刻法），在电路板上蚀刻线路，然后在电路板上钻孔或打孔，以安装元件引线。这种工艺改良自铭牌制造商蚀刻金属铭牌的工艺。

尽管在1947年，裸PCB的制作取得初步成功，但元件仍然是一个一个手工焊接到电路板上的。1949年，Moe Abramson和Stanislaus F. Danko在蒙莫斯堡为美国陆军信号部队工作，他们开发了自动组装技术，将通孔元件插入空白PCB，然后将组装件通过焊波，在几秒钟内完成所有元件的连接，从而实现了PCB组装件量产的突破。就在这一年，电子系统的大规模制造成为可能。Danko和Lanzarotti在1951年7月发表了一篇关于自动装配方法的文章，自此，PCB行业不断发展壮大。

如今，全球有成百上千家裸板PCB制造商在争夺业务。每周都有许多供应商与我联系，他们大多在中国。可以看到，自20世纪40年代以来，PCB技术确实发生了翻天覆地的变化。（校对/孙乐）