Dos Fios às Trilhas de Cobre
Como uma ideia transformou a fabricação eletrônica e ajudou a mudar o mundo
Vire um aparelho dos anos 1940 de cabeça para baixo e você verá dezenas de fios soldados um a um. Abra um aparelho de hoje e verá milhares de ligações desenhadas em cobre. Entre essas duas imagens há quase um século de inventores, patentes esquecidas, guerras, fábricas e ideias que chegaram cedo demais.
Começar a viagem
1948
HojeArraste para comparar. À esquerda, um televisor Motorola de 1948, ligado fio a fio. À direita, uma placa de circuito impresso fabricada pela Micropress. Fotos: Westernelectric555 (domínio público) e Micropress (foto provisória).
O mundo dos fios
Durante meio século, cada ligação elétrica foi um fio, cortado, preso e soldado à mão.
Um fio para cada ligação
Fonte: Scientific American (1920); fichas de museu do Science Museum Group (1973-433) e do Ingenium (1998.0127.001).
Nos primeiros aparelhos elétricos, cada ligação era um fio cortado, preso e ajustado à mão, com parafusos, bornes e porcas.
Muitos rádios domésticos do início dos anos 1920 eram montados literalmente sobre uma tábua de madeira: componentes por cima, fios por baixo. Funcionava, mas cada aparelho exigia horas de trabalho artesanal, e cada fio era um ponto possível de falha.
Fonte: Scientific American (1920); fichas de museu do Science Museum Group (1973-433) e do Ingenium (1998.0127.001).
O emaranhado debaixo do chassi
Quando os rádios passaram a ser ligados na tomada, ganharam um chassi de chapa metálica: válvulas em cima, uma floresta de fios embaixo.
A fiação ponto a ponto, soldada junta por junta, dominou rádios, televisores e instrumentos por décadas. Era robusta e fácil de consertar, mas lenta de montar, sujeita a erros e impossível de automatizar.
Fonte: Radio Broadcast, outubro de 1928, p. 356.
Ilhas de apoio no meio dos fios
Para organizar o emaranhado surgiram as réguas de terminais: tiras de laminado fenólico com terminais metálicos rebitados, onde se soldavam componentes e fios. Na década de 1930 elas já eram objeto de patentes para rádio.
Não eram, porém, um "circuito impresso primitivo": quem conduzia a corrente continuava sendo o fio. Réguas e placas impressas conviveram por décadas, e as réguas são fabricadas até hoje.
Parentesco verdadeiro: o mesmo laminado de papel e resina fenólica das réguas serviu, mais tarde, de base às placas de circuito impresso mais simples.
Fonte: Patente US 2.073.466 (Cinch Mfg. Corp., pedido 1935, concessão 1937).
A ideia de trocar fios por metal plano
A ideia de desenhar ligações com metal surgiu cedo. Faltava transformá-la em indústria.
Uma ideia meio século adiantada
No início do século XX já havia quem propusesse trocar os fios das centrais telefônicas por tiras planas de metal, recortadas e coladas sobre um isolante, inclusive nas duas faces, ligadas através de furos.
Era recortar e colar, não imprimir. Mas a dupla face e o furo de passagem já estavam no papel, meio século antes de a indústria dominá-los.
Fonte: Proposta atribuída pelos historiadores a Albert Hanson, patente britânica de 1903 (K. Gilleo, "The Circuit Centennial"). A conferência no documento original está pendente; por isso, o texto não traz nome nem data.
Muitos caminhos, nenhuma fábrica
Fonte: Patentes US 1.563.731 (Ducas, 1925) e US 1.647.474 (Seymour, pedido 1923, concessão 1927); M. Hummel, Leuze-Verlag.
Nas décadas seguintes, inventores testaram quase tudo: corroer metal protegido por verniz, aspergir metal fundido através de máscaras, depositar cobre por eletrólise sobre desenhos condutores.
Duas patentes americanas dos anos 1920, de Frederick Seymour e Charles Ducas, propunham "desenhar" condutores com metal. Faltavam, porém, um laminado confiável e uma demanda que pagasse a mudança. A fiação manual ainda saía mais barata.
Fonte: Patentes US 1.563.731 (Ducas, 1925) e US 1.647.474 (Seymour, pedido 1923, concessão 1927); M. Hummel, Leuze-Verlag.
O robô que fabricava rádios
Fonte: J. A. Sargrove, Journal of the British IRE, jan–fev/1947; Science Museum Group, objetos 1964-257 e 1967-215.
Na Inglaterra, John Sargrove construiu uma máquina, a ECME, que fabricava rádios quase sozinha. Placas de plástico moldadas recebiam metal aspergido, eram fresadas e saíam com condutores, e até bobinas e capacitores, prontos.
Segundo o Science Museum de Londres, a máquina produzia cerca de três painéis por minuto e foi a primeira abordagem moderna de automação na fabricação eletrônica. Sargrove a apresentou em 1947. A máquina não prosperou, mas apontou o caminho.
Fonte: J. A. Sargrove, Journal of the British IRE, jan–fev/1947; Science Museum Group, objetos 1964-257 e 1967-215.
A máquina que assustava
A máquina de Sargrove produzia painéis de rádio em ritmo de linha de montagem, em plena década de 1940. Segundo o Science Museum, ela não se difundiu em parte porque foi vista como uma ameaça aos empregos. Décadas depois, a automação venceria de qualquer forma.
Fonte: Science Museum Group, objetos 1964-257 e 1967-215.
O cobre vence
Um processo se impõe, a guerra cria escala e a solda passa a ser feita de uma só vez.
Imprimir, proteger, corroer
Em Londres, o engenheiro austríaco Paul Eisler reuniu o que estava disperso: folha de cobre colada ao isolante, desenho impresso com tinta resistente por métodos gráficos e corrosão do cobre desprotegido.
Em 1942 montou um rádio com essas placas, hoje guardado no Science Museum de Londres; em 1943 pediu a patente. O princípio é o mesmo usado até hoje. Eisler não foi o primeiro a corroer metal, mas reuniu as etapas num método completo, pensado para a indústria.
Fonte: Science Museum Group, objeto L2000-4429 (rádio de 1942); patentes GB 639.178 (prioridade 02/02/1943) e US 2.441.960.
O "pai" que perdeu a patente
Paul Eisler é muitas vezes chamado de "pai do circuito impresso". Mas, em 1963, um tribunal dos Estados Unidos declarou inválidas as patentes americanas dele que estavam em disputa, porque processos semelhantes já haviam sido descritos antes. A placa foi construída por muitas mãos.
Fonte: Technograph v. Bendix, 218 F. Supp. 1 (D. Md. 1963).
Um rádio dentro de um projétil
Fonte: NBS Circular 468, "Printed Circuit Techniques" (15/11/1947); Radio & Television News, dez/1949.
A guerra trouxe um desafio extremo: pôr um pequeno rádio dentro de um projétil, capaz de sobreviver ao disparo e detonar perto do alvo, a espoleta de proximidade.
Nos Estados Unidos, a solução produzida em massa a partir de 1945 foi pintar o circuito com pasta de prata sobre placas de cerâmica. Não era cobre corroído: era outra família de tecnologia, ancestral dos circuitos de filme espesso.
Fonte: NBS Circular 468, "Printed Circuit Techniques" (15/11/1947); Radio & Television News, dez/1949.
O manual que deixou de fora o vencedor
Em 1947, o governo americano publicou um guia sobre como fazer circuitos impressos. Ele descreve seis métodos: pintura, spray, deposição química, vácuo, estampagem e pó. A corrosão de folha de cobre, o processo que acabaria dominando o mundo, não está entre eles.
Fonte: NBS Circular 468, "Printed Circuit Techniques" (15/11/1947).
Soldar tudo de uma vez
Fonte: Exército dos EUA/CECOM (histórico oficial); patente US 2.756.485 (pedido 1950, concessão 1956).
Depois da guerra, o desafio passou a ser montar. No Exército dos Estados Unidos, Moe Abramson e Stanislaus Danko combinaram placa de cobre corroído, furos para os terminais dos componentes e um único mergulho num banho de solda: todas as ligações feitas ao mesmo tempo.
Esse modo de montar dominaria a eletrônica por décadas.
Fonte: Exército dos EUA/CECOM (histórico oficial); patente US 2.756.485 (pedido 1950, concessão 1956).
A placa conquista o mundo
A placa entra nas casas, atravessa a si mesma e ganha camadas escondidas.
O circuito impresso chega à sala de estar
Fonte: Depoimento de B. Swiggett (2006); Radio & Television News, dez/1949; IPC, história oficial.
Laminados já fornecidos com cobre, tintas fotográficas mais estáveis e a solda em massa baratearam a placa. Ao longo dos anos 1950, rádios, televisores e aparelhos auditivos adotaram circuitos impressos: menores, mais leves e iguais entre si.
Em 1957, fabricantes americanos de placas fundaram o IPC, para criar regras comuns a um setor que crescia depressa.
Fonte: Depoimento de B. Swiggett (2006); Radio & Television News, dez/1949; IPC, história oficial.
Um tubo de cobre atravessando a placa
Fonte: Depoimento de B. Swiggett, fundador da Photocircuits (2006); Leuze-Verlag.
Como o furo é metalizado hoje: Guia de PCB, capítulo 4Com circuitos nas duas faces, era preciso ligar um lado ao outro. Ilhoses de latão faziam isso, mas eram montados à mão e podiam se soltar com o calor.
A solução foi metalizar a parede do próprio furo: uma camada química de cobre, depois reforçada por eletrólise, forma um tubo contínuo de metal. O furo metalizado tornou a dupla face confiável e abriu caminho para as multicamadas.
Fonte: Depoimento de B. Swiggett, fundador da Photocircuits (2006); Leuze-Verlag.
Camadas escondidas
Fonte: M. E. Pole-Baker, Circuit World, vol. 10, n. 3 (1984).
Multicamadas e HDI hoje: Guia de PCB, capítulo 12Os computadores exigiam cada vez mais ligações em menos espaço, e duas faces já não bastavam. A resposta foi empilhar: várias camadas de cobre corroído, coladas com isolante e interligadas por furos metalizados.
Em 1961, a americana Hazeltine divulgou um processo de multicamadas que se tornaria referência. As camadas internas passaram também a abrigar planos inteiros de terra e alimentação.
Fonte: M. E. Pole-Baker, Circuit World, vol. 10, n. 3 (1984).
Cada vez menor
Os componentes deitam sobre a placa, e os furos encolhem até virar microvias.
Componentes deitados na superfície
Fonte: Surface Mount Council (1999) e Garner & Taylor (1986), via Wikipedia; Leuze-Verlag.
Terminais que atravessam a placa roubam espaço de todas as camadas. A montagem em superfície eliminou esse furo: o componente fica apoiado sobre pequenas ilhas de cobre e é soldado por refusão.
Estudada desde os anos 1960, a técnica se espalhou a partir de meados dos anos 1980, com máquinas automáticas de posicionamento. As placas encolheram e passaram a receber componentes nas duas faces.
Fonte: Surface Mount Council (1999) e Garner & Taylor (1986), via Wikipedia; Leuze-Verlag.
Por que quase toda placa é verde?
Não há documento que prove uma causa única. O que se sabe: o verde vem de um pigmento, a ftalocianina de cobre clorada, que é barato, resiste ao calor da solda e deixa ver as trilhas. Sem o cloro, a mesma molécula é azul. O verde também contrasta bem com o cobre e com a legenda branca, e, como quase todos o adotaram, processos e máquinas de inspeção foram ajustados a ele. A explicação de uma "exigência militar" é muito repetida, mas não encontramos documento que a sustente.
Fonte: Patentes US 4.452.740 e US 8.034.531; PCB007 Magazine (mar/2020); norma IPC-SM-840, que não impõe cor.
Atalhos entre camadas
Fonte: H. Holden, artigo técnico (Altium) sobre a história das microvias (HP FINSTRATE; IBM SLC, 1991).
Tipos de vias: Guia de PCB, capítulo 12Chips com centenas de terminais em poucos milímetros exigiram outra revolução. Em vez de furos que atravessam a placa inteira, surgiram as microvias: pequenos furos feitos a laser ou por processo fotográfico, que ligam apenas camadas vizinhas, construídas uma sobre a outra.
A HP já usava placas assim em meados dos anos 1980; em 1991, a IBM levou a técnica à produção em volume.
Fonte: H. Holden, artigo técnico (Altium) sobre a história das microvias (HP FINSTRATE; IBM SLC, 1991).
Via passanteatravessa a placa de uma face à outra
Via cegasai de uma face e termina numa camada interna (aqui, da 1ª à 3ª camada de cobre)
Via enterradafica só entre camadas internas (aqui, da 2ª à 4ª) e não aparece nas faces
Microviafuro pequeno e raso entre camadas vizinhas (aqui, a 1ª e a 2ª)
A história continua
Mudaram os materiais e as máquinas. O problema continua o mesmo.
O mesmo problema, novas respostas
Hoje, a placa de circuito impresso pode ser flexível, ter dezenas de camadas, esconder componentes em seu interior ou servir de base aos próprios chips.
O desafio, porém, é o mesmo dos primeiros rádios: ligar componentes de forma confiável, barata e repetível. Cada geração resolveu esse problema com as ferramentas do seu tempo.
Fonte: Síntese editorial.
Muitas mãos, um mesmo problema
Começamos com um fio preso por um parafuso. Terminamos com furos menores que um grão de areia, ligando camadas que não se veem.
Ninguém inventou a placa de circuito impresso sozinho. Ela foi construída por engenheiros de telefonia, inventores do rádio, laboratórios militares, gráficos e químicos, cada um resolvendo o problema do seu tempo.
Imprimir o desenho, proteger o cobre que deve ficar, remover o que sobra: a ideia organizada nos anos 1940 continua no coração da fabricação de placas, também nesta, fabricada em São Paulo.
Galeria histórica — Um século de invenções
Por trás de cada avanço, existiram ideias, experiências, máquinas e pessoas. Reunimos aqui imagens e documentos que ajudam a visualizar a extraordinária transformação dos circuitos eletrônicos ao longo do tempo.
Toque ou clique numa imagem para ampliá-la e ler a história, os créditos e a licença.
1920 – 1937 Fios, tábuas e chassis
- 1920Portaphone, receptor portátilU.S. Bureau of Standards / Scientific American, 22/05/1920. Domínio público. Via Wikimedia Commons.
- 1923O primeiro receptor neutrodinoPopular Science Monthly, 1923. Domínio público. Via Wikimedia Commons.
- 1923 – 1927Bobinas planas de Frederick SeymourPatente US 1.647.474. Domínio público.
- Anos 1920Rádio montado sobre uma tábuaRádio Signal Electric (EUA). Foto: Armstrong1113149, via Wikimedia Commons. Domínio público.
- 1925Condutores por eletrodeposiçãoPatente US 1.563.731 (pedido 02/03/1925, concessão 01/12/1925). Domínio público.
- 1928"The under side"Radio Broadcast, out/1928, p. 356, Fig. 3. Domínio público nos EUA. Internet Archive / Media History Digital Library.
- Anos 1930Chassi de rádio dos anos 1930Foto: Dave H., via Wikimedia Commons. Domínio público.
- 1935 – 1937Régua de terminais da CinchPatente US 2.073.466 (S. M. Del Camp / Cinch Mfg. Corp.). Domínio público.
1943 – 1959 A placa impressa entra em cena
- 1943 – 1948O circuito em folha metálica de Paul EislerPatente US 2.441.960, folha 2. Domínio público.
- Publicada em 1947Espoleta de proximidade em corteNational Bureau of Standards, Circular 468, Fig. 1 (1947). Domínio público.
- Publicada em 1947O mesmo amplificador, de dois jeitosNational Bureau of Standards, Circular 468, Fig. 2 (1947). Domínio público.
- Publicada em 1947Impressão por estêncilNational Bureau of Standards, Circular 468, Fig. 7 (1947). Domínio público.
- 1948Televisor Motorola VT-71 "Golden View"Foto: Westernelectric555, via Wikimedia Commons. Domínio público.
- 1950 – 1956Auto-Sembly: tudo soldado de uma vezPatente US 2.756.485 (Abramson e Danko / Exército dos EUA), Fig. 2. Domínio público.
- 1952Circuito montado pelo Auto-SemblyU.S. Army Signal Corps Engineering Laboratories, 1952 (CECOM Historical Archive). Domínio público. Via DVIDS.
- 1952Módulo de válvulas do IBM 701Museo Nazionale Scienza e Tecnologia Leonardo da Vinci, Milão. CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons.
- c. 1956Zenith Royal 500Foto: Joe Haupt, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons.
- 1959Válvulas sobre a placa impressaWerk für Fernmeldewesen, Berlim, 10/01/1959. Industriesalon Schöneweide (TFA-5917819), CC BY-SA 4.0.
1984 – hoje Cada vez mais densa
- 1984Placa-mãe do ZX SpectrumFoto: Bill Bertram, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons.
- Foto de 2007Um furo metalizado de pertoFoto: Smial, CC BY-SA 2.0 DE, via Wikimedia Commons.
- Foto de 2007Por dentro de uma máquina pick-and-placeFoto: Peripitus, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons.
- Foto de 2008Corte de um módulo de memóriaFoto: Smial, Licença Arte Livre (FAL), via Wikimedia Commons.
- Foto de 2008Linha de montagem em superfícieFoto: Megger Ltd., CC BY 3.0, via Wikimedia Commons.
- Foto de 2010Réguas de terminais ainda em usoFoto: Christian Wolff, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons.
- Foto de 2020Máscaras de muitas coresFoto: Thomas Flummer, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons.
Fontes e créditos
Cada documento histórico traz autor, acervo e licença na própria legenda e, com mais detalhes, na Galeria histórica. As ilustrações didáticas são representações esquemáticas, fora de escala, produzidas pela Micropress; não são documentos históricos. A foto da placa Micropress é provisória.
Licenças e alterações
- Documentos em domínio público: publicações e patentes dos EUA (Scientific American 1920, Popular Science 1923, Radio Broadcast 1928, NBS Circular 468 de 1947, patentes US 1.563.731, 1.647.474, 2.073.466, 2.441.960 e 2.756.485, fotos do Exército dos EUA) e fotos liberadas pelos autores no Wikimedia Commons.
- Licenças Creative Commons usadas: CC BY-SA 2.0, CC BY-SA 2.0 DE, CC BY-SA 3.0, CC BY-SA 4.0, CC BY 3.0; e Licença Arte Livre 1.3.
- Alterações: imagens reduzidas e otimizadas para a web; figuras de patentes, da NBS e da Radio Broadcast recortadas das páginas originais; miniaturas da galeria reduzidas. As versões adaptadas de obras sob CC BY-SA e Arte Livre seguem a mesma licença da obra original.
Principais fontes da pesquisa
- NBS Circular 468, "Printed Circuit Techniques", 1947: nvlpubs.nist.gov
- J. A. Sargrove, "New Methods of Radio Production", Journal of the British IRE, 1947: worldradiohistory.com
- Science Museum Group: rádio de Paul Eisler, 1942: collection.sciencemuseumgroup.org.uk
- Technograph v. Bendix, 218 F. Supp. 1 (D. Md. 1963): law.justia.com
- Patentes US 1.563.731, 1.647.474, 2.073.466, 2.441.960 e 2.756.485 (Google Patents)
- U.S. Army CECOM, histórico do Auto-Sembly: army.mil
- IPC, história oficial: electronics.org/history
- K. Gilleo, "The Circuit Centennial"; M. Hummel, "The history of the printed circuit board" (Leuze-Verlag); B. Swiggett (2006); H. Holden (Altium)
