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Leiterplatten sind sehr weit verbreitete Bauteile, die in fast jedem elektronischen Gerät zu finden sind. Erfahren Sie, was Leiterplatten genau sind, wie sie funktionieren und wie sie in der modernen Elektronik verwendet werden.
Was ist eine Leiterplatte (PCB)?
PCB kommt aus dem Englischen und steht für Printed Circuit Board, also gedruckte Schaltung, oder einfach Leiterplatte. Dabei handelt es sich um Platten aus isolierenden Materialien mit Lötfeldern, den so genannten Pads, und elektrischen Verbindungen, den so genannten Leiterbahnen. Leiterplatten ermöglichen die einfache Montage elektronischer Bauteile und die Erstellung von Schaltkreisen, so dass sie die Grundlage für verschiedene Module in Geräten bilden können.
Arten von Leiterplatten
Leiterplatten können nach verschiedenen Kriterien eingeteilt werden. Sie unterscheiden sich unter anderem durch das Herstellungsmaterial, die Anzahl der Lagen, die Dicke und Steifigkeit, die maximale Strombelastung oder die Technologie zur Montage der elektronischen Bauteile.
Material – woraus werden Leiterplatten hergestellt?
Die wichtigste Eigenschaft des für die Herstellung von Leiterplatten verwendeten Materials ist eine gute Isolierung – dadurch wird die Bildung unerwünschter elektrischer Verbindungen zwischen den Bauteilen vermieden. Meistens werden Leiterplatten aus verschiedenen Arten von Laminaten hergestellt, z. B. aus Verbundwerkstoffen (CEM1, CEM3), Phenolpapier (FR-2, FR-3), Glas-Epoxid (FR-4) oder Glas-Teflon (PTFE). Eine sehr wichtige Eigenschaft von Leiterplatten ist auch die maximale Betriebstemperatur, die je nach Material von etwa 100°C bis über 130°C reichen kann. Darüber hinaus werden den einzelnen Laminattypen Stoffe zugesetzt, die die Entzündungsgefahr verringern.
Dicke und Steifigkeit
Leiterplatten unterscheiden sich in ihrer Dicke und Steifigkeit. Man unterscheidet zwischen dicken Leiterplatten (mit einem Querschnitt von mehr als 1,5 mm), dünnen Leiterplatten (weniger als 0,5 mm) und Folienleiterplatten (weniger als 0,2 mm). Darüber hinaus können Leiterplatten einlagig, zweilagig oder mehrlagig sein, was sich auf ihre Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten auswirkt.
Strombelastbarkeit
Die maximale Strombelastbarkeit ist ebenfalls ein wichtiger Parameter. Sie hängt in erster Linie von der Dicke der Kupferschicht auf der Oberfläche ab, aus der die Verbindungswege zwischen den elektronischen Bauteilen bestehen. Standardmäßig werden Leiterplatten mit einer Kupferschichtdicke zwischen etwa 15 μm und mehr als 100 μm hergestellt.
Technologie zur Montage elektronischer Bauteile
Leiterplatten können für die Montage von Bauteilen entweder in Durchstecktechnik (THT, Through-Hole Technology) oder in Oberflächenmontagetechnik (SMD, Surface-Mounted Devices) angepasst werden. Im ersten Fall werden die Leitungen der elektronischen Bauteile durch Bohrungen in der Leiterplatte geführt und auf der anderen Seite verlötet. Bei der Oberflächenmontage hingegen werden die Bauteile auf Lötfeldern auf der gleichen Seite der Platine befestigt.
Wie wird eine Leiterplatte hergestellt?
Leiterplatten werden aus größeren Platten aus Isoliermaterial hergestellt, die in die richtige Form und Dicke gebracht und dann mit einer Kupferschicht überzogen werden. Im nächsten Schritt wird eine spezielle Farbe auf die Platte aufgetragen, um die Leiterbahnen auf dem fertigen Produkt abzubilden. Anschließend wird der Platten chemisch behandelt, um überflüssige Teile der Kupferschicht (abgesehen von den gewünschten Pfaden) zu entfernen und elektrische Verbindungen nur auf den geplanten Pfaden herzustellen – ein Prozess, der Ätzen genannt wird. Schließlich werden auf der Platine Lötfelder vorbereitet, um die Montage von elektronischen Bauteilen zu ermöglichen, und es wird eine Laminierung vorgenommen, um Beschädigungen des Produkts während des Transports und der Verwendung zu vermeiden.
Erstellen Sie Ihre eigene Leiterplatte
Leiterplatten werden in der Regel industriell in großem Maßstab hergestellt, aber Elektronikingenieure erstellen oft auch individuelle Stücke für einzelne Elektronikprojekte – unter Verwendung von Basisplatten, Farben und Ätzmitteln, die im Elektronikhandel erhältlich sind. Diese Lösung ermöglicht es, die Leiterplattenparameter auf die Bedürfnisse spezifischer Projekte zuzuschneiden, da das Layout der Leitungen und Leiterbahnen in fast jeder Konfiguration geplant werden kann.Verschiedene Anwendungen für PCBs
Leiterplatten sind sowohl in der Industrie- als auch in der Hobbyelektronik weit verbreitet. In großem Umfang dienen sie unter anderem als Grundlage für die Erstellung verschiedener Module in Geräten, zum Beispiel in Haushaltsgeräten und Kleinelektronik, sowie in den Steuerungssystemen von elektrischen Maschinen, Anlagen und Fahrzeugen. Andererseits werden einzelne Exemplare von individuell entworfenen und geätzten Leiterplatten von Elektronikern im Rahmen von Projekten wie Robotern oder selbstgebauten elektronischen Geräten hergestellt.
Wenn Sie die Leiterplatte selbst herstellen, können Sie ihre Parameter vollständig an die Anforderungen eines bestimmten Projekts anpassen, was sich positiv auf ihre Funktionalität auswirkt und es Ihnen ermöglicht, ihre Größe zu reduzieren.
