PCB (Leiterplatte) ist ein wichtiges elektronisches Bauteil, das als Trägerstruktur für elektronische Komponenten und als Träger für elektrische Verbindungen dient. Sie wird als „gedruckte“ Leiterplatte bezeichnet, da sie mithilfe elektronischer Druckverfahren hergestellt wird. Leiterplatten sind eine der wichtigsten Komponenten der Elektronikindustrie. Fast jedes elektronische Gerät, von kleinen Geräten wie Digitaluhren und Taschenrechnern bis hin zu großen Systemen wie Computern, Kommunikationselektronik und militärischen Waffensystemen, verwendet Leiterplatten zur Verbindung von integrierten Schaltkreisen und anderen elektronische Bauteile elektrisch.
Eine Leiterplatte besteht aus einem isolierenden Substrat, Anschlussdrähten und Pads für die Montage und das Löten elektronischer Komponenten und dient sowohl als Leiterbahnen als auch als isolierende Basis. Sie kann komplexe Verdrahtungen ersetzen, um elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen Komponenten herzustellen, vereinfacht Montage- und Lötprozesse, reduziert den Arbeitsaufwand herkömmlicher Verdrahtungsmethoden und verringert die Arbeitsintensität deutlich. Darüber hinaus PCB Sie tragen dazu bei, die Gesamtgröße von Geräten zu reduzieren, die Produktkosten zu senken und die Qualität und Zuverlässigkeit elektronischer Geräte zu verbessern. Sie bieten eine hohe Produktkonsistenz und können im Design standardisiert werden, was die Mechanisierung und Automatisierung der Produktion erleichtert. Darüber hinaus kann eine vollständig bestückte und geprüfte Leiterplatte als eigenständiges Ersatzteil dienen, was den Austausch und die Wartung kompletter Produkte erleichtert.
Leiterplatten wurden ursprünglich aus papierbasierten, kupferkaschierten Laminaten hergestellt. Seit der Einführung von Halbleitertransistoren in den 1950er Jahren ist die Nachfrage nach Leiterplatten stark gestiegen. Die rasante Entwicklung und Verbreitung integrierter Schaltkreise hat zu kleineren elektronischen Geräten mit zunehmender Schaltungsdichte und Komplexität geführt, was kontinuierliche Innovationen bei Leiterplatten erforderlich macht. Die Leiterplattenvarianten haben sich von einseitigen zu doppelseitigen, mehrschichtigen und flexiblen Leiterplatten entwickelt. Ihre Struktur und Qualität haben sich zu ultrahoher Dichte, Miniaturisierung und hoher Zuverlässigkeit entwickelt. Ständig entstehen neue Designmethoden, Materialien und Herstellungsverfahren. In den letzten Jahren wurden verschiedene computergestützte Designsoftware (CAD) für Leiterplatten hat sich in der Branche weit verbreitet und die mechanisierte und automatisierte Produktion hat manuelle Prozesse bei spezialisierten Leiterplattenherstellern vollständig ersetzt.
Klassifizierung nach Schichtanzahl
Nach der Anzahl der Schaltungsschichten können PCB in einseitige Platten eingeteilt werden, doppelseitige Platinen, und Mehrschichtplatinen. Übliche Mehrschichtplatinen bestehen typischerweise aus vier oder sechs Lagen, während komplexere Platinen Dutzende von Lagen umfassen können. Die drei Haupttypen von Leiterplattenklassifizierungen sind:
Einseitige Platinen
Einseitige Leiterplatten (Single-Sided Boards) haben Komponenten auf einer Seite und Leiterbahnen auf der gegenüberliegenden Seite (oder sowohl Leiterbahnen als auch oberflächenmontierte Komponenten auf der einen Seite und bedrahtete Komponenten auf der anderen Seite). Da die Leiterbahnen nur auf einer Seite erscheinen, wird dieser Leiterplattentyp als einseitig bezeichnet. Aufgrund der strengen Beschränkungen bei Schaltungsdesign (Leiterbahnen dürfen sich nicht kreuzen und müssen getrennte Wege nehmen), einseitige Platinen werden normalerweise nur in frühen Schaltungsentwürfen verwendet.
Doppelseitige Tafeln
Doppelseitige Leiterplatten (Double-Sided Boards) verfügen über beidseitige Verdrahtung und erfordern daher ordnungsgemäße elektrische Verbindungen zwischen beiden Seiten. Diese Verbindungen, sogenannte Vias, sind kleine, mit Metall gefüllte oder beschichtete Löcher, die den Anschluss von Leiterbahnen beider Seiten ermöglichen. Doppelseitige Leiterplatten, die die doppelte Oberfläche einseitiger Leiterplatten haben, lösen die Interleaving-Probleme von einseitige Ausführungen (ermöglicht Verbindungen über Durchkontaktierungen). Sie eignen sich besser für komplexere Schaltungen als die, die typischerweise auf einseitigen Platinen verarbeitet werden.
Flexible Platine, Starr-flexible Platine
Mehrschichtige Leiterplatten (Multi-Layer-Boards) vergrößern die verfügbare Verdrahtungsfläche durch die Verwendung mehrerer einseitiger oder doppelseitiger Leiterplatten. Beispielsweise kann eine vierlagige Leiterplatte aus einer doppelseitigen Leiterplatte als Innenlage und zwei einseitigen Leiterplatten als Außenlagen bestehen, oder aus zwei doppelseitigen Leiterplatten als Innenlagen und zwei einseitigen Leiterplatten als Außenlagen. Diese Leiterplatten sind mit isolierenden Klebematerialien verklebt und gemäß den Designanforderungen miteinander verbunden. Die Anzahl der Lagen entspricht nicht zwangsläufig der Anzahl der unabhängigen Verdrahtungslagen; in Sonderfällen können leere Lagen zur Dicke der Steuerplatine hinzugefügt werden, wobei die Anzahl der Lagen typischerweise gerade ist und die beiden äußersten Lagen einschließt. Die meisten Motherboards bestehen aus 4 bis 8 Lagen, obwohl Leiterplatten technisch gesehen fast 100 Schichten. High-End-Supercomputer verwenden oft hochschichtige Motherboards. Da jedoch Cluster von Standardcomputern solche Systeme mittlerweile ersetzen können, werden Ultra-Multilayer-Boards immer seltener. Jede Schicht einer Leiterplatte ist eng miteinander verbunden, sodass es schwierig ist, die tatsächliche Anzahl der Schichten zu erkennen, obwohl eine genaue Betrachtung eines Hauptplatine kann diese Informationen preisgeben.
Flexible Platine, Starr-flexible Platine
Flexible Platinen und Starrflex-Platinen werden in starre und flexible Leiterplatten unterteilt. Im Allgemeinen wird die im ersten Bild gezeigte Leiterplatte als starre Leiterplatte bezeichnet, während die gelben Anschlüsse im zweiten Bild als flexible Leiterplatten bezeichnet werden. Der intuitive Unterschied besteht darin, dass flexible Leiterplatten gebogen werden können. Gängige Dicken für starre Leiterplatten sind 0.2 mm, 0.4 mm, 0.6 mm, 0.8 mm, 1.0 mm, 1.2 mm, 1.6 mm und 2.0 mm. Die übliche Dicke für flexible Leiterplatten beträgt 0.2 mm, mit dickeren Schichten auf der Rückseite zum Löten von Komponenten, die zwischen 0.2 mm und 0.4 mm liegen können. Das Verständnis dieser Details bietet Bauingenieuren eine räumliche Referenz während der Konstruktion. Gängige Materialien für starre Leiterplatten sind Phenolpapierlaminate, Epoxidpapierlaminate, Polyesterglasfaserlaminate und Epoxidglasfaserlaminate; gängige Materialien für flexible Leiterplatten sind Polyesterfolie, Polyimidfolie und Fluorethylenpropylenfolie.
