A Evolução das Placas de Circuito Impresso: Inovações e Impacto

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Placas de circuito impresso são os componentes internos que transmitem sinais elétricos através de dispositivos eletrônicos. Toda vez que você liga um computador ou pressiona um botão em um smartphone, rádio-despertador ou componente de som, você está interagindo com uma placa de circuito impresso, que estão dentro dos gabinetes de todos esses dispositivos. Se a eletricidade é a força vital da eletrônica, as placas de circuito impresso são os órgãos internos vitais.

No mundo de hoje, pesadamente dependente de dispositivos, a maioria das pessoas desconhece a circuitaria complexa contida em cada smartphone ou MP3 player portátil. Sem placas de circuito impresso, a tecnologia moderna nunca teria se tornado possível.

O que são Placas de Circuito Impresso?

Uma placa de circuito impresso (PCB) é um dispositivo de substrato que apresenta componentes elétricos gravados. PCBs vêm em variedades de camada única, dupla camada e multicamadas com camadas de cobre correspondentes. Os PCBs de maior densidade consistem de múltiplas camadas. Estes contêm furos metalizados que conectam condutores em diferentes camadas. Em PCBs mais elaborados, o substrato frequentemente será em camadas com capacitores, resistores e outros componentes. As camadas da maioria dos PCBs firmes geralmente consistem em um substrato feito de epóxi de vidro FR-4.

PCBs são integrais a praticamente todos os dispositivos eletrônicos, exceto os produtos mais simples. O design de um PCB envolve detalhes de circuito intrincados, mas a montagem e produção de PCBs podem ser implementadas uniformemente. Como PCBs consistem de componentes montados e com fio com uma única peça, a produção em massa de PCBs é um processo direto, relativamente barato e geralmente livre de erros, especialmente quando comparado a outras opções de fiação como ponto a ponto e wire wrap.

O acrônimo PCB se aplica tanto a placas bare quanto a placas montadas. Se uma placa apresenta conexões de cobre, mas carece de peças embutidas, o nome mais apropriado seria placa de fiação impressa, apesar da eliminação virtual desse termo do vocabulário tecnológico. Outros termos mais comuns incluem montagem de placa de circuito impresso e montagem de circuito impresso, que é um PCB com peças eletrônicas.

Onde Placas de Circuito Impresso são Usadas?

Placas de circuito impresso são essenciais em uma vasta gama de dispositivos eletrônicos e componentes de computador. PCBs em sua forma moderna existem desde os anos 1960, quando eram componentes em calculadoras, registradoras e outros dispositivos simples com circuitos elétricos.

Nos anos 1970, PCBs começaram a aparecer em relógios digitais e alguns dos primeiros videogames e computadores pessoais do mundo. Nos anos 1980, PCBs estavam em rádios-despertador, videocassetes, consoles de jogos Atari, players de CD e laserdisc, e telefones sem fio. Durante os anos 1990, um PCB cada vez mais avançado e miniaturizado foi responsável pela disseminação de computadores desktop e dispositivos periféricos como scanners e impressoras entre americanos comuns.

A rápida evolução de dispositivos computadorizados desde o final dos anos 1990 levou a PCBs menores e menores com maior capacidade que placas de décadas anteriores. Smartphones, por exemplo, tornaram-se mais compactos, mas resistentes a danos. Um desenvolvimento semelhante ocorreu ao longo de aproximadamente 12 anos com players MP3 portáteis, que avançaram dos pesados e volumosos players Archos do início dos anos 2000 para os modelos elegantes e leves iPod Nano em voga entre os ouvintes atuais em movimento.

O desenvolvimento de componentes de chip com maior versatilidade facilitou a miniaturização de dispositivos. Com micro matrizes de esferas e placas mais curtas, as empresas agora podem fabricar pequenos dispositivos computadorizados, sabendo que PCBs são suficientemente compactos para caber no gabinete em questão. Isso contrasta com PCBs anteriores, onde o tamanho da placa frequentemente ditava os requisitos de tamanho do dispositivo de encerramento.

A História dos PCBs

Ao longo do último meio século, os componentes tecnológicos de PCBs foram quantificados a níveis micro. Durante os anos 1960, o PCB em uma calculadora típica consistia de aproximadamente 30 transistores. Hoje, o PCB em um computador médio apresenta milhões de transistores dentro de um único chip na motherboard. Estes desenvolvimentos tornaram possível carregar níveis crescentes de funcionalidade em dispositivos cada vez menores. Além disso, componentes como capacitores e resistores também encolheram a frações de seus tamanhos anteriores.

As capacidades avançadas que PCBs modernos proporcionam aclimataram usuários a ativações em frações de segundo em todo prompt concebível. Em toda probabilidade, um usuário atual de PC ou dispositivo móvel ficará inquieto com um mero atraso de cinco segundos em uma dada função. Talvez o sinal mais revelador da evolução de PCBs esteja em videogames, que progrediram dos simples sistemas Pong dos anos 1970 para os cenários fotorrealistas que permitem que gamers lutem e corram via consoles de jogos atuais.

Podemos traçar a história de placas de circuito impresso até um tempo muito antes de existirem em design. As rodas estavam em movimento no momento em que Benjamin Franklin voou uma pipa em uma tempestade e descobriu a qualidade elétrica do raio.

1850-1900

Um marco da segunda metade do século 19 foi avanços tecnológicos em saltos. Nas décadas que seguiram a Guerra Civil, cidades ao longo da Costa Leste e através do Meio-Oeste tornaram-se equipadas com energia elétrica, deslocando o uso de óleo de aquecimento e carvão. À medida que a eletricidade se espalhava, subúrbios e áreas rurais também foram conectadas à recém-formada rede elétrica. O óleo, enquanto isso, quase perdeu seu propósito até que automóveis tornaram a gasolina necessária na virada do século.

A disseminação da energia elétrica prenunciou a introdução de telefones, lâmpadas e câmeras de consumo, todas as quais chegaram ao mercado durante o último trimestre dos anos 1800. Mesmo que o PCB em si não existisse dentro deste período, as fundações tecnológicas para seu eventual desenvolvimento estavam quase exclusivamente enraizadas no final do século 19.

1900-1950

Em 1903, o inventor alemão Albert Hanson registrou a primeira patente para um dispositivo semelhante a PCB. O dispositivo era um condutor plano para uma placa isolante multicamada. No entanto, dispositivos deste tipo não veriam uso generalizado nas tecnologias emergentes do início do século 20, um período que viu a introdução de rádios, fonógrafos, máquinas de lavar, secadoras e aspiradores.

Assim como o excesso ingênuo da Era Dourada afundou com o Titanic, e os horrores da Grande Guerra humilharam sentimentos nacionalistas, o maior triunfo do homem sobre a natureza foi o desenvolvimento de aeronaves. Em meio ao experimento falho da Lei Seca, americanos estavam mais ansiosos para se afastar de máquinas e ir ao speakeasy mais próximo para noites embebidas em gin sob luzes Deco.

A Grande Depressão, desencadeada pelo crash da bolsa de outubro de 1929, foi um revés adicional para a evolução de PCBs. O evento trouxe o fim da frivolidade da Era do Jazz e inaugurou um período de gangues de correntes, filas de pão e cortiços apertados onde famílias não tinham dinheiro para gastar em itens de luxo.

A primeira adaptação significativa de tecnologia semelhante a PCB ocorreu após o ataque a Pearl Harbor em dezembro de 1941 pegar a América de surpresa. A inteligência militar acreditava que poderia ter evitado este ataque se o Departamento de Estado tivesse sido melhor equipado para se comunicar com a base militar de Honolulu, onde indícios de perigo iminente pairaram por algum tempo antes.

À medida que a nação se envolvia na Segunda Guerra Mundial, as forças militares dos EUA encontraram um dispositivo britânico conhecido como fusível de proximidade, que equipava projéteis de artilharia com a capacidade de atingir alvos precisos através de vastas extensões de terra e mar.

Os militares dos EUA acabaram abraçando e adotando o conceito por trás do fusível de proximidade, aprimorando o design e tornando-o adequado para produção em massa. Por volta da mesma época, o inventor austríaco baseado no Reino Unido, Paul Eisler, avançou o conceito de PCB com um dispositivo que usava folha de cobre em uma base de vidro não condutiva. O design prenunciaria o isolamento de cobre superior/inferior moderno em PCBs. O inventor também introduziu um rádio equipado com PCB em 1943 que mais tarde se provaria útil em operações militares.

1950-2000

Com o fim da Segunda Guerra Mundial veio um retorno à domesticidade à medida que militares americanos chegavam de volta da Europa e do Extremo Oriente. Frank Sinatra emplacou sucesso após sucesso, bobby soxers trocaram maquiagem de perna por nylons reais e famílias se aqueceram para novas invenções como o álbum de disco de 33 rpm e o aparelho de televisão. O fim da Grande Depressão inaugurou a ascensão da classe média, que impulsionou o desenvolvimento suburbano através das periferias das cidades e através da América central.

O primeiro uso significativo de PCBs no pós-guerra veio em 1947 com o transistor dos Bell Labs. À medida que as tensões da Guerra Fria aumentavam entre os Estados Unidos e a União Soviética durante os anos 1950, cada lado teve que aumentar suas capacidades de comunicação para se manter a par dos desenvolvimentos na frente inimiga. Assim como Elvis Presley apareceu pela primeira vez nas telas de TV sacudindo seu quadril ao som de "Heartbreak Hotel", o Exército dos EUA patenteou o "Processamento de Montagem de Circuitos Elétricos" em 1956.

Pela primeira vez, a capacidade de manter eletricidade e comunicar entre componentes de traço de cobre havia frutificado. A corrida agora estava em ser o primeiro no espaço, o que os soviéticos venceram em várias frentes enviando o primeiro satélite, Sputnik, em 1957. Eles seguiram esta realização com o primeiro lançamento não tripulado à lua e a primeira órbita tripulada da Terra em 1959 e 1961, respectivamente.

Em 1963 — justamente quando os EUA intensificavam seus próprios feitos espaciais e boomers de luto por JFK se preparavam para os Beatles e a subsequente Invasão Britânica — dois desenvolvimentos ocorreram na tecnologia de PCB. Um envolvia tecnologia de furo metalizado, uma patente da Hazeltine Corp. que tornou possível espaçar componentes de perto no mesmo PCB sem risco de conflito. A segunda inovação neste momento foi o desenvolvimento de tecnologia de montagem em superfície, cortesia da IBM. Ambas as inovações foram componentes essenciais de propulsores de foguetes Saturn.

À medida que os anos 1960 psicodélicos e tecnicolor deram lugar aos anos 1970 de cocaína e ternos largos, o engenheiro da Texas Instruments, Jack Kilby, introduziu o primeiro microprocessador. Kilby desenvolveu o circuito integrado, que viu adoção rápida em montagem eletrônica. Neste momento, PCBs haviam se tornado de rigueur em tecnologia de computador. Durante a segunda metade da década, os primeiros computadores domésticos chegaram ao mercado, começando com o MITS Altair 8800 e IMSAI 8080 em 1975, seguido pelo Apple 1 em abril de 1976.

Embora inovador para sua época, a tecnologia do 8-track, Super 8, analógico dos anos 1970 foi rapidamente superada pelos avanços de alta tecnologia do som surround, cristal claro, digital dos anos 1980. Enquanto Michael Jackson fazia a geração X moonwalk na era do vídeo, a década viu dispositivos dependentes de PCB aparecerem nas salas de estar e bolsos de americanos comuns. Gadgets como gravadores VHS, players de disco compacto, Walkmans, telefones sem fio e consoles de jogos todos transmitiam sinais via PCBs. Computadores pessoais e software EDA também fizeram incursões durante este tempo.

Seja o que for que os anos 1990 possam ter carecido em identidade cultural, foi um tempo florescente para tecnologia de PCB. Os anos 90 foi a década onde dispositivos se tornaram menores graças a desenvolvimentos em design de PCB que permitiram mais portas em chips únicos. À medida que mais lares se conectaram à Internet — primeiro via serviços discados e depois, perto do final da década, através de linhas a cabo e DSL — o computador pessoal tornou-se um item doméstico.

Computadores não eram mais as grandes máquinas complicadas que disparavam explosões nucleares ao apertar o botão errado — agora eram dispositivos compactos, acessíveis, interativos que traziam um mundo cheio de informações para as pontas dos dedos de todos. PCBs também eram um componente significativo de telefones celulares, que rapidamente superaram o telefone sem fio com antena para se tornarem um símbolo de status comum em meados dos anos 90.

Em meio aos rápidos avanços tecnológicos e miniaturização, surgiu uma necessidade aumentada de projetar PCBs com potencial de modificação em mente. Enquanto era possível modificar PCBs anteriores com simples refiação, placas mais novas tinham peças minúsculas que eram fisicamente mais difíceis de alterar, quanto mais soldar. Consequentemente, o design de PCB tornou-se um processo mais dedicado.

2000 em Diante

O século 21 testemunhou as inovações dos últimos 50 anos integradas e compactadas em unidades singulares e leves que as pessoas podem levar a qualquer lugar. Enquanto você uma vez precisou de um dispositivo separado para cada função — um telefone para chamadas, uma calculadora para matemática, um som para música, uma televisão para filmes e programas, um PC para acesso à Internet, uma câmera para fotos, etc. — agora você pode realizar todas as funções e consumir qualquer tipo de mídia em um laptop, pad ou smartphone conectado móvel.

Só se pode adivinhar o que o futuro pode reservar para PCBs e a tecnologia que eles dão vida. À medida que se espalham conversas sobre casas inteligentes, veículos autônomos e inteligência artificial, PCBs de várias dimensões provavelmente serão componentes nos botões e alças automáticas em edifícios e carros computadorizados. Da mesma forma, PCBs poderiam eventualmente ser inseridos sob as partes móveis de tecnologias antecipadas como robôs militares e de coworking.

Placas de Circuito Impresso de Qualidade da Millennium Circuits Limited

Desde o desenvolvimento de eletrônica e tecnologia computadorizada, placas de circuito impresso contêm a circuitaria interna que permite que tais dispositivos ativem e funcionem. Sem placas de circuito impresso, a tecnologia do pós-guerra nunca poderia ter chegado a lugar algum perto de seu estado atual de alta capacidade e sofisticação tecnológica. À medida que o potencial final de dispositivos computacionais se aproxima de seu platô, o público aguarda um futuro de drones de entrega, carros autônomos, trabalho robótico e eletrodomésticos inteligentes.

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