Eine Leiterplatte (PCB), auch als gedruckte Verdrahtungsplatte (PWB) bezeichnet, ist ein Medium, das in der Elektroniktechnik verwendet wird, um elektronische Komponenten miteinander zu verbinden. Typischerweise wird die Kupferverdrahtung auf der Leiterplatte mithilfe eines Diagramms, das als Schaltplan bezeichnet wird, entworfen und analysiert. Der Schaltplan besteht aus Symbolen für elektronische Komponenten, die durch Linien verbunden sind. Nachdem die Kupferdrähte gemäß einem erfolgreichen Schaltplan auf die Platte gedruckt wurden, sollten die Komponenten in der Lage sein, auf kontrollierte Weise zu kommunizieren, sobald sie auf die Platte montiert sind.
Einfach ausgedrückt ist eine Leiterplatte nur ein gedrucktes Kupferdrahtlayout, das bereit ist, physische und elektrische Verbindungen mit Komponenten herzustellen. Und der Prozess des Verbindens bestimmter elektronischer Komponenten mit der unbestückten Leiterplatte wird als Leiterplattenbestückung (PCBA) bezeichnet. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Leiterplatte!
Der Aufbau einer Leiterplatte
Typischerweise besteht eine sehr einfache Leiterplatte aus einem flachen, starren, isolierenden Material mit dünnen leitfähigen Kupferschichten, die auf beiden Seiten der Oberfläche bedeckt sind. Während des Herstellungsprozesses wird der größte Teil des Kupfers auf der Oberfläche weggeätzt, sodass nur der entworfene Schaltplan auf der Oberfläche verbleibt. Das ist eine auf die Platte „gedruckte“ Schaltung. Danach müssen bei mehrlagigen Platinen, um physische und elektrische Verbindungen zwischen den verschiedenen Lagen herzustellen, Pads und Durchkontaktierungen unterschiedlicher Größen und Arten gebohrt werden. Abhängig von der Anzahl der Lagen der Platine kann sich dieser Prozess viele Male wiederholen.
Eine Standard-Mehrlagenleiterplatte besteht aus Kernen, Kupferschichten, Prepreg und Lötstopplacken auf der Oberseite beider Seiten, wobei der Kern das Glasfasergewebe ist, das der Platine die Steifigkeit verleiht, und Prepreg das Klebemittel ist, das die Schichten zusammenhält. Der am häufigsten verwendete Kern ist FR-4, das gut als elektrischer Isolator fungiert und ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aufweist, während es flammenhemmend ist. Auf den Oberflächenschichten befindet sich auf jeder Seite der Platine eine Schicht Lötstopplack, die die Kupferflächen abdeckt, um Oxidation zu verhindern.
Gründe für die Verwendung mehrerer Lagen in einer Leiterplatte
- Reduzierte Komplexität
Mehrere Lagen erleichtern das Routen der Leiterbahnen auf der Leiterplatte, indem sie von einer Lage zur anderen springen, um den Pfad zu vervollständigen. Daher können viele komplexe Schaltungen leicht geroutet werden. - Miniaturisierung
Die Reduzierung der Größe der Leiterplatte spart viele Ressourcen, angefangen von der Leiterplatte bis hin zu Verpackungsmaterialien. Auch die Nachfrage nach kompakten elektronischen Geräten steigert den Bedarf an miniaturisierten Schaltungen. - Versorgungs- und Masseisolation
In Leiterplatten mit 4 oder mehr Lagen wird die Versorgung und Masse jeweils mit einer Lage bereitgestellt. Dies sorgt für eine Isolation zwischen Versorgungs- und Massepins und vermeidet Kurzschlüsse.
Eine Leiterplatte entwerfen
Das Entwerfen von Leiterplatten kann eine sehr komplizierte und technische Arbeit sein, da Designer alle elektrischen Parameter verstehen und ein tiefes Verständnis für die Funktionen verschiedener Arten von elektronischen Komponenten haben müssen, während sie mit den Designregeln und Anforderungen der Leiterplattenherstellung vertraut sind.
Unabhängig von der Komplexität und Funktion der Schaltungen müssen Designer einige Verantwortlichkeiten einhalten:
- Schaltpläne entwerfen
- Komponenten auswählen, die den Designstandards entsprechen
- Mathematische Analyse durch Simulation
- Prototyping und Testen der Schaltung
- Nachweis, dass die Schaltung für die Produktion funktioniert!!!
