Was ist eine Leiterplatte (PCB)?

Eine Leiterplatte (PCB) ist eine Struktur zum Zusammenbau elektronischer Komponenten und ihrer Verbindungen zu einem Ganzen Schaltung das ermöglicht elektrische Strom zwischen Komponenten zu übergeben. Die Leiterplatten-Basisplatine besteht normalerweise aus einem starren, nicht leitenden Material, sie kann jedoch auch auf einer flexiblen Basis oder einer Basis aus starren und flexiblen Materialien aufgebaut sein. Elektronische Komponenten wie z Dioden, Induktoren und Transistoren werden an der Leiterplatte befestigt und Leiterbahnen (elektrische Leitungen) verbinden Komponenten.

Leiterplatten unterstützen elektronische Geräte aller Art und Größe. Beispielsweise enthalten viele Verbraucherprodukte PCB, darunter Laptops, Tabletten, Smartphones und smartwatchessowie Haushaltsgeräte, Unterhaltungssysteme und IoT-Geräte. Leiterplatten treiben auch Kommunikations- und Navigationssysteme an und finden sich in der Industrie und medizinische Ausrüstung, Automobile, Flugzeuge und Seeschiffe.

Leiterplattenschichten

Eine Leiterplatte kann einlagig, zweilagig oder mehrlagig sein. Einschichtige Leiterplatten werden typischerweise für einfache elektronische Geräte wie Haushaltsgeräte verwendet, während mehrschichtige Leiterplatten eher für komplexere Geräte verwendet werden Hardware, wie Computer-Grafikkarten und Motherboards. Doppelschichtige Leiterplatten ermöglichen eine höhere Dichte als einschichtige Leiterplatten und werden beispielsweise für elektronische Geräte wie Automobil-Armaturenbretter oder LED-Beleuchtung verwendet.

Die Anzahl der Schichten einer Leiterplatte basiert üblicherweise auf der Anzahl der Schichten leitend Lagen. Eine Leiterplatte umfasst jedoch auch andere Arten von Schichten, die in abwechselnden Mustern aus leitendem und isolierendem Material zusammenlaminiert sind. Heutige Leiterplatten enthalten immer die folgenden vier Arten von Schichten:

• Substrat. Dies ist die Basis- oder Kernschicht. Typischerweise handelt es sich um ein starres Isoliermaterial wie FR-4, einen Glasfaser-/Epoxidharz-Verbundwerkstoff. In einigen Fällen besteht das Substrat aus einem flexiblen Material, meist Kunststoff, das sich je nach Platzbedarf falten oder biegen lässt. Flexible Substrate halten auch höheren Temperaturen und anderen rauen Bedingungen stand. Einige Leiterplatten verwenden eine Kombination aus starren und flexiblen Substratmaterialien.
• Leitfähig. Diese Schicht besteht normalerweise aus einem dünnen Kupferblech. Auf einer einseitigen (oder einschichtigen) Leiterplatte ist eine leitende Schicht auf das Substrat laminiert. Auf einer doppelseitigen (oder doppelschichtigen) Leiterplatte gibt es zwei leitende Schichten, eine auf jeder Seite des Substrats. Bei einer mehrschichtigen Leiterplatte wechseln sich Substrat und leitende Schichten ab.
• Lötmaske. Die leitende Schicht ist mit einer Lötmaske bedeckt, einem nicht leitenden Material, das den Leiterplatten ihre grüne Farbe verleiht, obwohl auch andere Farben verwendet werden können. Die Lötmaske fungiert als Isolator für die darunter liegenden Leiterbahnen, die in das leitfähige Material geätzt sind. Der Lötstopplack wird auch auf die Unterseite einer einseitigen Leiterplatte aufgetragen.
• Siebdruck. Bei dieser Schicht handelt es sich einfach um die Beschriftung, die auf die Leiterplatte aufgebracht wird, nachdem alle anderen Schichten hinzugefügt wurden. Die Beschriftung kann Zahlen, Buchstaben, Symbole oder andere Informationen enthalten, die auf die verschiedenen Funktionen jedes Verbindungspunkts hinweisen. Die Beschriftung ist in der Regel weiß, es können jedoch auch andere Farben verwendet werden.

Eine Leiterplatte besteht aus einer Mischung dieser vier Arten von Schichten. Die Mischung und ihre Organisation variieren je nach Verwendungszweck der Leiterplatte. Eine einschichtige Leiterplatte enthält jeweils eine dieser vier Schichten. Eine doppelschichtige Leiterplatte umfasst ein Substrat, aber jeweils zwei der anderen Schichttypen. Eine mehrschichtige Leiterplatte enthält eine Mischung aus leitenden und nicht leitenden Schichten, die genaue Anordnung kann jedoch variieren. In einigen Fällen kann bei einer mehrschichtigen Leiterplatte auch Prepreg als Schicht verwendet werden. Prepreg ist ein dielektrisches Material das liegt zwischen zwei Kernschichten oder zwischen Kern- und Leiterschichten.

Komponenten für Leiterplatten

PCB-Komponenten verwenden eine von zwei Methoden zur Verbindung mit der Platine: Durchgangsloch oder Aufputzmontage. Durchgangslochkomponenten verfügen über Verbindungsdrähte (Leitungen), die in Löcher in der Platine gesteckt werden. Die Anschlüsse werden auf der anderen Seite der Platine angelötet. Oberflächenmontierte Komponenten werden direkt auf die gleiche Seite der Platine gelötet. Heutige Leiterplatten bevorzugen tendenziell oberflächenmontierte Komponenten, da sie weniger Platz benötigen und effizienter sind, obwohl sie schwieriger zu montieren sind.

Die PCB-Komponenten sind über Leiterbahnen miteinander verbunden, was die Kommunikation zwischen den Komponenten erleichtert. Die Leiterbahnen werden aus der leitenden Schicht durch einen Prozess namens Ätzen erzeugt, bei dem das gesamte Kupfer aus der leitenden Schicht entfernt wird, außer dem, was für die Leiterbahnen benötigt wird.

[Eingebetteten Inhalt]

Eine Leiterplatte kann eine Reihe von Komponenten enthalten, die je nach Verwendungszweck der Leiterplatte variieren. Zu den gebräuchlichsten Komponententypen gehören die folgenden:

• Batterie. Bietet Spannung zum Schaltkreis der Leiterplatte, obwohl viele Leiterplatten ihre Energie von externen Quellen beziehen.
• Kondensator. Hält elektrische Ladung und gibt sie dann ab, wenn sie im Schaltkreis der Leiterplatte benötigt wird.
• Diode. Stellt sicher, dass der Strom nur in eine Richtung fließt und verhindert so, dass er in die falsche Richtung fließt.
• Induktor. Speichert Energie in Form eines Magnetfelds, das dabei helfen kann, die Schwankungen des durch die Leiterplatte fließenden elektrischen Stroms zu kontrollieren.
• Widerstand. Begrenzt oder reguliert den Stromfluss im Schaltkreis der Leiterplatte, indem Widerstand gegen den Stromfluss erzeugt wird.
• Sensor. Erkennt Eingaben aus der physischen Umgebung – wie Vibration, Bewegung, Beschleunigung oder Infrarotlicht – und reagiert auf diese Eingaben durch die Erzeugung eines entsprechenden Signals.
• Schalter. Schaltet den Strom ein oder aus, während er durch den Schaltkreis der Leiterplatte fließt.
• Transistor. Verstärkt oder schaltet das elektronische Signal, das durch den Schaltkreis der Leiterplatte fließt.

Viele der heutigen Leiterplatten haften an einem High-Density Interconnect (HDI) Design, das eine höhere Verdrahtungsdichte als herkömmliche Leiterplatten beinhaltet. HDI-Leiterplatten benötigen weniger Platz und können mehr Komponenten aufnehmen. Das Design ermöglicht außerdem die Herstellung kompakterer Leiterplatten, die weniger wiegen und weniger Materialien erfordern. Das HDI-Design eignet sich gut für Anwendungsfälle, bei denen Platz ein wichtiger Faktor ist, wie zum Beispiel Smartphones, Haushaltsgeräte oder medizinische Implantate.

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