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Eine Leiterplatte aus dem Jahr 1983 mit Durchgangsbohrungskomponenten aus einem Sinclair ZX-Spektrum, ein Heimcomputer.

Leiterplatte mit SMD-Teilen

0,5 mm dicker Epoxid-Uhrendruck

Flexible Leiterplatte

EIN PCB, gedruckte Verkabelung oder Leiter ist eine Isolierstoffplatte, die als Träger für elektronische Bauteile, worauf Kupfer Verkabelungen genannt Spuren, sind vorgesehen, um diese Komponenten zu verbinden. Im Englischen wird aus einer Leiterplatte ein Leiterplatte (PCB) oder gedruckte Leiterplatte (PWB). Die Sporen werden in der Regel mittels Mühle- oder Ätztechniken.

PWB, PCB oder PCBA

Die Unterscheidung zwischen einer 'Printed Wiring Board (PWB)' und einer 'Printed Circuit Board (PCB)' erfolgt durch die IPC wie folgt beschrieben:

Ein PWB ist eine Leiterplatte, die nur als Verbindungselement dient.Die Abkürzung PCB (Printed Circuit Board) ist innerhalb der IPC als PWB definiert, die neben Anschlüssen auch elektronische Funktionen enthält.^[1]

Beispiele für elektronische Funktionen auf einem PWB:

• Eine bewusst sehr schmale Druckspur fungiert als Sicherung oder ein Widerstand.
• Eine extra lange Spur bildet a Spule.
• Zwei übereinanderliegende Kupferoberflächen auf unterschiedlichen Schichten bilden a Kondensator.

Eine PCBA (Printed Circuit Board Assembly) ist die Bezeichnung für eine Leiterplatte inklusive der darauf gelöteten Bauteile. In der Praxis spricht man fast immer von einer „Leiterplatte“ oder „Leiterplatte“.

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Im Radio- und Fernsehgeräte hergestellt für 1960, sowie im ersten elektronischen Computers, die Teile wurden noch per Handeinfädelung verbunden Lot, durch Teile am Rohrfuß des Elektronenröhren und an Drahthalterungen anlöten. Dies war ein sehr zeitaufwändiger Produktionsprozess, bei dem leicht Fehler gemacht wurden. Mit der Einführung der Leiterplatte wurde es möglich, fast alle elektronischen Bauteile darauf zu löten.

Material

Eine Leiterplatte besteht aus einem starken, isolierend Träger. für ca. 1975 es wurde spröde, braun pertinax gebraucht, der noch in billigen Geräten apparaten erhältlich ist Ostasien wird angewandt. Leiterplatten bestehen seit dieser Zeit hauptsächlich aus Glasfaser befestigt Kunstharz (Epoxidharz) hergestellt. Die Standardfarbe ist Gelbgrün („Natur“), aber auch andere Farben wie Milchweiß, Rot und Blau sind zu finden. Je nach Anwendung und Anzahl der Innenlagen liegt die Dicke zwischen ca. 0,5 und 2,0 mm. In dem Industrie Bleche mit Abmessungen bis 1230×2470 mm werden verarbeitet. Mittlerweile gibt es viele Arten von Druckmaterialien mit jeweils spezifischen Eigenschaften. Die am häufigsten verwendete ist die sehr starke FR 4, bei welchem FR steht für Flammhemmung (flammhemmend). Bei 260°C für 60 Minuten, 288°C für 15 Minuten oder 300°C für 3 Minuten wird es nicht beschädigt. FR 1 ist aus gepresstem Papier- im Phenol und FR 2 (Pertinax) von Baumwolle in Phenol; jedoch sind beide ziemlich zerbrechlich. FR 5 ist eine verbesserte Version von FR 4 in Bezug auf die Feuerbeständigkeit. CEM 1- und CEM 3-Platten bestehen aus einer Kombination von Glasfaser, Papier (Kern) und Epoxid. Für sehr kritische Anwendungen gibt es auch Druckmaterial von Teflon, Polyimid und Keramik, und mit Spuren aus Gold.

Starr oder flexibel

Die meisten Leiterplatten sind starr, es gibt aber auch flexible Typen, die hauptsächlich in kleinen Geräten wie z Digitalkameras, Hörgeräte und Fernbedienungen. Es gibt auch flexible Leiterplatten, die tausendfachem Biegen standhalten. Diese werden verwendet, um bewegliche Teile wie Druckköpfe zu verbinden.

Eine, zwei oder mehr Schichten

Bei einer einseitigen Leiterplatte werden die Bauteile in der Regel auf der Seite aufgebracht, auf der sich die Druckspuren nicht befinden. Man spricht von der Druckseite und der Bestückungsseite. Die Bauteile werden mit Löchern in der Platte an die Kupferbahnen gelötet, damit sich die Kupferbahnen nicht so leicht lösen. Bei einer solchen Leiterplatte stellt sich das Problem, wie sich die Leiterbahnen kreuzen können. Es zeigt sich daher oft, dass die Gleise mit großen Umwegen verlaufen, was für Hochfrequenzanwendungen besonders ungünstig ist. Manchmal ist es unumgänglich, eine Brücke, eine kurze Verbindung über einen Draht auf der Bestückungsseite der Leiterplatte herzustellen.

Moderne Leiterplatten sind fast immer doppelseitig, also mit Leiterbahnen auf jeder Seite. Üblicherweise sieht man, dass die Gleise auf der einen Seite hauptsächlich in Längsrichtung der Bramme und auf der anderen Seite hauptsächlich in Breitenrichtung verlaufen. Die Löcher in der Leiterplatte sind innen metallisiert, so dass bei jedem Loch die Leiterbahnen oben und unten miteinander verbunden sind.

Es gibt auch mehrlagige Leiterplatten (mehrschichtig). Eine solche Leiterplatte besteht aus einer Reihe dünner, schlaffer Bleche mit Kupferspuren. Während des Herstellungsprozesses werden mehrere Platten zusammengeklebt, so dass ein stabiles Ganzes entsteht. Dadurch entsteht eine kompakte Leiterplatte mit gekreuzten Anschlüssen. Durch sogenannte ViasLöcher durch alle oder mehrere Lagen, die innen mit einer Kupferschicht versehen sind, werden die notwendigen gegenseitigen Verbindungen hergestellt (die sog. durch Metallisierung). Interne Verbindungen, die also nicht aus der Oberfläche hervortreten, nennt man versteckte Vias (Englisch: vergrabene Vias). Interne Verbindungen, die nur einseitig an die Oberfläche kommen, nennt man blinde Vias.

Kupferdicke

Die häufigste Schichtdicke der Kupferspuren auf einem Druck beträgt 35 µm. Dies hat seinen Ursprung im nicht metrischen Wert „oz (Unze) pro Quadratfuß“. 1 Unze Kupfer verteilt auf 1 Fuß² ergibt eine Kupferschichtdicke von ca. 34 µm.

In der aktuellen Leiterplattenindustrie wird die Kupferschichtdicke vorzugsweise in µm angegeben. Andere übliche Werte sind 12 µm, 18 µm, 70 µm, 105 µm.

Struktur

Auf einer oder beiden Seiten der Leiterplatte befinden sich Kupferspuren. Diese bilden die elektrischen Verbindungen zwischen den auf der Leiterplatte montierten Bauteilen. Durch das Aufbringen elektronischer Bauteile auf eine Leiterplatte war es möglich, alle Bauteile in einem Arbeitsgang zu verlöten, indem die Leiterplatte über ein Lötbad laufen.

Design

Vor dem Aufstieg von CAD-NOCKENSysteme wurden Leiterplatten von Hand entworfen, indem die Schaltung auf durchscheinendes Papier gezeichnet wurde. Dies war ein zeitaufwendiger Prozess. Seit etwa 1985 ist die Computer das wichtigste Werkzeug im Herstellungsprozess. PCB-Design verwendenProgrammLeiterplatten können gestaltet werden, ggf. sogar von a elektronisches Schema. Außerdem kann die Schaltung teilweise sogar vorprogrammiert werden Software kontrolliert und der Raum so effizient wie möglich genutzt werden kann.

Herstellung

Leiterplatten sind in der Regel geätzt aber für Prototypen manchmal auch bearbeitet.

Beim Ätzen besteht das Rohmaterial aus dem Träger mit einer dünnen Schicht (30 bis 60 µm) Kupfer darüber. Darüber hinaus ist a lichtempfindliche Schicht. Durch Beleuchtung mit UV-Licht das Designmuster wird in diese Ebene eingebrannt. Wo die Leiterplatte freiliegt, entwickeln mit Ätznatron die lichtempfindliche Schicht muss entfernt werden, danach wird die Leiterplatte mit Ätzflüssigkeit wie z Eisenchlorid, Natriumpersulfat, Ammonium Persulfat oder eine Mischung aus Salzsäure und Wasserstoffperoxid geätzt.

Das Ätzbad ätzt Kupfer dort weg, wo die lichtempfindliche Schicht verschwunden ist. Es bleiben gedruckte Schaltungen, die die verschiedenen elektronischen Komponenten verbinden.Nachdem alle Löcher gebohrt und alle Metallisierungen gemacht wurden, wird eineLötmaske über die Leiterbahnen aufgebracht. Diese Schicht (eine Lackschicht) bedeckt nur die Teile, die später nicht gelötet werden und dient zum Schutz der dünnen Kupfermuster (um zu vermeiden Oxidation und von Kurzschluss zwischen den Gleisen). Es verhindert auch die Feuchtigkeitsaufnahme durch die Leiterplatte. Abschließend wird meist ein Druckaufdruck aufgebracht, eine symbolische Darstellung der zu platzierenden Komponenten und deren Nummerierung und dergleichen. Danach ist die Leiterplatte fertig und kann mit Teilen versehen werden.

Platzieren der Teile

Das Platzieren von Teilen erfolgt oft mit dem Germanismusmontieren angegeben.

Es gibt grob zwei Möglichkeiten, Komponenten auf einer Leiterplatte zu montieren: Durchgangsloch, wobei für jedes Bauteil zwei oder mehr Löcher gebohrt werden müssen, und Oberflächenmontiertes Gerät (SMD), SMD-Bauteil, bei dem die Bauteile direkt auf die Leiterplatte gelötet werden. SMD-Komponenten sind typischerweise viel kleiner als ihre Gegenstücke mit Durchgangslöchern.

Die Durchgangsbohrung wird von Bastlern, die ihre eigene Schaltung auf einem Stück Experimentierplatine aufbauen, noch häufig verwendet, aber auch im professionellen Bereich wird Durchgangsbohrung gewählt, wenn die Stromstärke oder die mechanischen Anforderungen für SMD zu hoch sind.

Um die elektronischen Bauteile auf einer Leiterplatte zu montieren, werden in der Regel Bestück- oder Bestückungsautomaten (Aufsammeln und plazieren) benutzt. Für kleine Durchgangslochbauteile, die a . erfordern axial eine (Zylinder-)Form haben, bei der die Drähte auf beiden Seiten herausragen, geschieht dies in zwei Schritten. Im ersten Schritt werden in einem sogenannten Sequencer die verschiedenen Teile, die jeweils in Stationen auf Rollen hängen, ausgewählt und in der Reihenfolge, in der sie platziert, mit Klebeband aneinander befestigt und auf eine neue Rolle gewickelt werden. Im Bestückungsautomaten wird ein Teil des vom Sequenzer gebildeten Bandes abgeschnitten, die Drähte gebogen, durch die Löcher der Leiterplatte gesteckt und unten gebogen. Die Leiterplatte wird hierbei durch eine numerische Kontrolle (x-y-Tisch) verschoben und bei Bedarf auch gedreht werden. Der Positionierkopf bewegt sich nur auf und ab.

Große Teile wie große Kondensatoren, groß spülen und Transformer werden in der Regel von Hand auf die Leiterplatte aufgelegt, dies kann aber auch mit Roboter passieren. Hierfür gibt es auch halbautomatische Bestückungsautomaten. Die Teile werden vorher in Behälter gelegt. Für jedes Bauteil zeigt die Maschine mit Lichtpunkten an, in welche Löcher die Stifte des Bauteils gesteckt werden sollen und nur der Behälter mit dem richtigen Bauteil zugänglich ist. Diese Maschinen sichern, wie auch die Bestückungsroboter, die Teile an der Unterseite, indem sie die Drähte oder Stifte biegen, damit sie beim Transport zur Lötmaschine nicht herunterfallen können.

Bestückautomaten für SMD-Bauteile entnehmen die zu bestückenden Teile direkt von Stationen und pressen sie auf die Leiterplatte. Sowohl die Leiterplatte als auch der Arm, der die Teile platziert, können bewegt werden. Je nach folgendem Lötprozess gibt es vorab Klebertröpfchen auf der Leiterplatte befestigt (mit Wellenlöten) oder klebrig Lötpaste (mit Reflow-Löten).

Löten

Für die Maschine Lot der auf einer Leiterplatte platzierten elektronischen Bauteile sind zwei Techniken weit verbreitet.

Das älteste ist das Lötbad. Die zu lötenden Leiterplatten werden auf einem Träger (Träger) auf einem Förderband abgelegt, das in der Regel aus beidseitig der Förderbahn laufenden Ketten besteht. Die Unterseite der Leiterplatte wird zunächst mit einem Flussmittel versehen, dann vorgewärmt und kommt dann mit einer Flüssigkeitswelle einer geschmolzenen Zinnlegierung in Kontakt. Nachdem die Leiterplatten die Welle passiert haben, wird dem noch flüssigen Metall Zeit zum Abkühlen gegeben. Am Ende des Bandes können die Lötprodukte vom Band entfernt werden.

SMD-Bauteile können auch durch Reflow-Löten gelötet werden. Bevor die Bauteile auf der Leiterplatte platziert werden, wird eine Lotpaste auf die Lötpads der Leiterplatte aufgetragen. Anschließend werden die Teile auf die Leiterplatte gelegt. In einem sogenannten Reflow-Ofen wird nun die Leiterplatte so weit erhitzt, dass die Lotpaste schmilzt. Nach dem Abkühlen der Paste werden die Teile verlötet. Ein Reflow-Lötofen muss pro Produkt genau eingestellt werden.

Lötmaterialien

Traditionell ein Zinn-BleiLegierung zum Löten verwendet. Ab Juli 2006 ist die RoHS-Richtlinie über die Verwendung von Blei beim Löten. Es gibt einige Ausnahmen, zum Beispiel medizinische und militärische Ausrüstung. Heute werden meist Zinn-Silber-Kupfer-Legierungen verwendet, beispielsweise SAC305, Zinn mit 3 % Silber und 0,5 % Kupfer. Um mit diesem Material löten zu können, muss die Löttemperatur 15 bis 20 °C höher eingestellt werden als bei den bisher verwendeten Zinn-Blei-Legierungen. Das bedeutet auch, dass die zu lötenden Bauteile und die Leiterplatten diesen höheren Temperaturen standhalten müssen. Elektronische Bauteile, die die RoHS-Anforderung erfüllen, können die höheren Temperaturen vertragen, manchmal muss jedoch ein besseres Material für die Leiterplatte verwendet werden.

Evolution

Durch die Miniaturisierung und angetrieben durch den Erfolg der Mobiltelefon ist es dazu gekommen, Leiterplatten mit noch mehr Schichten herzustellen; das können bis zu 24 Lagen sein mit zum Beispiel a Hauptplatine.

Auch die Zahl der verwendbaren Fertigungs- und Bestückungstechniken sowohl für die Leiterplatten als auch für die Bauteile entwickelt sich weiter. Ein Beispiel hierfür ist das Partial Wave Soldering (PWS), bei dem die Wärme viel stärker lokal aufgebracht wird als beim traditionellen Wellenlöten; Ein weiteres Beispiel ist die Hotbar-Reflow-Technologie, bei der zwei vorverzinnte Bauteile mit Hitze und Druck zusammengepresst und miteinander verbunden werden.

Siehe auch Elektronik

Externer Link

• Leiterplatten selber ätzen

Siehe die Kategorie Leiterplatten von Wikimedia Commons für Mediendateien zu diesem Thema.