A NYÁK története

Sokan nem is gondolnák, hogy az első nyomtatott áramkör mennyire régen készült el. Paul Eisler 1907-ben született Bécsben. Számos találmánya közül az egyik legfontosabb a nyomtatott áramkör, amelyet az ő nevéhez kötnek. Ez az 1943-ban bejegyzett szabadalom volt az amely már úgy kötötte össze a megfelelő alkatrészlábakat, hogy egy hordozó anyagra felvitt rézfóliából alakították ki a vezetősávokat. Ugyanebben az évben kezdték el építeni az ENIAC-ot, amely három évig épült és 17468 elektroncsövet tartalmazott.

Eisler előtt is gyártottak már elektronikus áramköröket. 1904-ben építette meg Fleming az első detektoros rádióvevőt, amelyet egy év múlva már az erősítésre is használható trióda követett. Mivel így már lehetett megfelelő minőségű vételre alkalmas rádióvevőket építeni, ezzel gyakorlatilag pár éven belül el is indult a a rádiózás azaz a műsorszóró rádióadások vétele. Ezekben a rádióvevőkben még az alkatrészeket szegecsekkel rögíztették, a szegecseket pedig vezetékekkel kötötték össze. Ahogyan az áramkörök egyre jobban finomodtak, bonyolódtak, már a vezetékezés kezdett egyre kezelhetetlenebbé válni.

Először sínre szerelték az elektroncsöveket, és a tápfeszültségeket fém rudakon vitték a csövek között, ilyen modulszerű vezetékezést alakítottak ki az ENIAC esetében is. A következő lépés az volt, hogy egy szigetelőlapra (tipikusan furnérlemez) lyukakat fúrtak, ezekbe szegecseket szegecseltek és ezekhez forrasztották az alkatrészek lábait valamint a vezetékeket. Mivel a farost lemez képes volt felvenni a kedvességet, ugyanakkor tűzveszélyes is volt, ezt később bakelitre cserélték. A bakelitet mint hordozóanyagot olcsósága miatt évtizedeken át használták később a nyomtatott áramkörök hordozóanyagaként is. Ma már korszerű üvegszál erősítésű kompozit alapanyagokat használnak a NYÁK lemezek alapanyagaként, amelyek közismert nevükön FR4 rövidítésként vannak gyakran említve. Itt az FR a tűzállóságra utal (fire resistant), a szám pedig besorolási osztály száma.

A NYÁK lemezek még ma is előfordul, hogy egyrétegűek. Ha nagyon egyszerű áramkörről van szó, akkor előfordulhat, hogy egyetlen rétegen is tökéletesen ki lehet alakítani az elektromos összeköttetéseket. A paneleken apró fémezett átvezetőfuratok sokasága viszi át a jeleket az egyes rétegek között. Előfordul, hogy ezek a lyukak már nem is látszanak egyik oldalról, vagy egyáltalán, mert csak bizonyos rétegek között vannak a lapok kifúrva, nem a teljes NYÁK-on megy át a furat.

A NYÁK tervezés során igyekszünk arra, hogy az általunk tervezett áramkör fölöslegesen ne legyen elbonyolítva. Vannak jól bevált tervezési praktikák, amelyek segítik a tervezőmérnököt abban, hogy ne alakuljon ki a panelen viaháború. Viaháború azért jön létre, mert amikor a tervező NYÁK-on a vezetősávot elkezdi húzni, akadályba ütközik. Ekkor “lerak” egy viát, ezzel átmegy a panel másik oldalára. Azonban innen egy újabb akadály miatt hamarosan vissza kell jönnie. A gond akkor van, amikor már a saját maga által lerakott vezetősávokat is kerülgetnie kell, ezért újabb viákat rak le, amit már ki sem tud kerülni, mert a sok-sok via miatt már nincs hely hol kikerülni őket. Mit lehet ilyen esetben tenni? A legfontosabb, hogy jól helyezzük el az alktrészeket már az elején, hogy minél kevesebb dolgot kelljen a panelen kikerülni majd. A másik, hogy tartsunk be néhány fontos alapszabályt. Például azt, hogy az egyik oldalon csak vízszintesen, a másik oldalon pedig mindíg csak függőlegesen vezetjük a NYÁK lemezen a vezetősávokat. Ebben az esetben el tudjuk kerülni, hogy belegabalyodjunk a vezetősávok tömkelegébe és szép “kifésült” rajzolatot kapunk.

Ma már sokféle alapanyagra rendelhetjük a NYÁK lemezeinket. A tervezőprogramunkkal elkészítjük a tervet, majd kigeneráljuk az ún. Gerber file-okat, és ezt kell elküldenünk a panelgyártónak. Rendeléskor megadjuk a kész panel kért vastagságát, ami lehet 0.2mm-től akár több milliméter vastagságig. A leginkább elterjedt az 1.6mm-es panelvastagság. A hordozóanyag lehet aluminium (igen, ez fémes alumínium), Roger (nagy frekvenciákon is kiválóan teljesít, stabil és drága anyag), FR4 (ezt már ismerjük). Az FR4-nek is van több változata, eltérő dielektromos állandóval, ezt hadd ne részletezzem, cserébe elmondom hogyan lehet aluminium lemezen NYÁK-ot kialakítani. Az aluminium felületét eloxálással passziválják, hogy szigetelő legyen, valamint hogy jól tapadjon. Ezután erre ragasztják fel laminálással a réz lemezt, amin a rajzolatot ugyanúgy fotolitográfiai módszerrel maratással ki lehet alakítani, mint a többi PCB esetében. Ezek a panelek elsősorban teljesítménymodulokban és LED-es világítótestekben használatosak, ahol fontos az, hogy jól el lehessen a keletkető káros hőt vezetni hűtőbordákkal.

A merev lemezek mellett hajlékony fóliára is el tudják akár több rétegben is készííteni a NYÁK lemezt, sőt a hajlékony és a merev lemezeket kombinálni is tudják, azaz a merev lemezből hajlékony rétegek jönnek ki és mennek tovább. Ezt hívják rigid-flex PCB gyártási technológiának.