Tipps zum Kennenlernen von Leiterplatten

Wenn Sie sich einen elektrischen Schaltkreis ansehen, werden Sie feststellen, dass er aus einer Vielzahl von Komponenten besteht. Kondensatoren zum Beispiel dienen dazu, eine elektrische Ladung in einer Leiterplatte zu halten und sie bei Bedarf wieder abzugeben. Induktivitäten hingegen speichern Energie in einem Magnetfeld. Schließlich gibt es noch Dioden, die den elektrischen Strom nur in eine Richtung fließen lassen und so Schäden verhindern, die durch einen falschen Stromfluss verursacht werden.

Gängige Arten von Leiterplatten

Es gibt zwei gängige Arten von Leiterplatten: PCBs und Breadboards. Leiterplatten werden für das Prototyping verwendet und ermöglichen die Wiederverwendung von Bauteilen. Sie sind jedoch nicht so stabil und vollständig wie Lochrasterplatten. Die Herstellung beider Arten kann viel Zeit in Anspruch nehmen und in der Anschaffung teuer sein. Breadboards eignen sich hervorragend, um Ihre Schaltungen zu testen, bevor Sie sie auf eine vollständige Leiterplatte übertragen.

Das am häufigsten verwendete Material für die Herstellung von Leiterplatten ist FR-4. Dieses Material hat gute Isoliereigenschaften und ist widerstandsfähig gegen Lichtbogenbildung. FR-4 ist in einer Vielzahl von Qualitäten mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften erhältlich. Normalerweise ist FR-4 für 130 Grad Celsius ausgelegt. Eine andere Art von Leiterplatten ist die so genannte Aluminiumkernplatte, die oft mit FR-4 laminiert wird. Dieser Leiterplattentyp wird für elektronische Schaltungen verwendet, die ein hohes Maß an Kühlung erfordern.

Gemeinsame Komponenten

Die häufigsten Komponenten einer Leiterplatte sind Widerstände, Kondensatoren und Transistoren. Diese Bauteile speichern und übertragen elektrische Ladung und leiten sie als Wärme ab. Sie werden aus verschiedenen Materialien hergestellt und sind je nach ihrem Widerstandswert farblich gekennzeichnet. Transistoren hingegen übertragen elektrische Energie und werden als Verstärker in Leiterplatten verwendet. Es gibt verschiedene Typen, darunter bipolare und radiale Typen.

Die wichtigsten Materialien, die für die Herstellung von Leiterplatten verwendet werden, sind Kupfer und FR-4. Kupferkaschiertes Laminat ist ein Leiterplattenmaterial mit ungeätztem Kupfer darauf. Das FR-4-Material ist das heute am häufigsten verwendete Material. Die kupferkaschierten Laminate sind eine neuere Entwicklung. Inhomogenitäten werden bei der Herstellung von Leiterplatten immer wichtiger. Diese Unterschiede können zu Schwankungen in der Dielektrizitätskonstante der Leiterplatte führen.

Häufige Verwendungen

Leiterplatten spielen eine Schlüsselrolle bei der Herstellung vieler elektronischer Geräte, darunter Computermonitore, Aufnahmegeräte und Fernsehgeräte. Sie sind auch in Unterhaltungssystemen wie Videospielen und DVD-Playern zu finden. Ebenso werden sie in Haushaltsgeräten wie Kaffeemaschinen, Mikrowellen und Weckern verwendet. Neben diesen allgemeinen Verwendungszwecken werden PCB auch in der Industrie eingesetzt, z. B. in Maschinen, die eine hohe Leistung benötigen und einer rauen Behandlung und aggressiven Chemikalien ausgesetzt sind.

Leiterplatten haben viele Vorteile gegenüber herkömmlichen verdrahteten Schaltungen. Sie sind leicht, können einfach repariert werden und sind eine kostengünstige Möglichkeit, komplexe Systeme zu erstellen und zu warten. Ihre Vielseitigkeit hat zu bedeutenden Fortschritten in der Elektronik geführt, die von Computern bis zu medizinischen Geräten reichen. Sogar Autos sind heute auf Leiterplatten angewiesen, damit sie reibungslos funktionieren.

Gewöhnliche Materialien

Es gibt viele verschiedene Materialien, die für Leiterplatten verwendet werden. FR4 ist zum Beispiel ein gängiges Laminat. Dieses Material hat eine Glasübergangstemperatur (GTT) von etwa 135 Grad Celsius und einen CTE von etwa 3,8 bis 4,6. Andere Laminate verwenden Polyimid, ein Hochtemperaturmaterial mit einer hohen elektrischen Festigkeit. Einige andere Materialien sind speziell für Hochfrequenz- und Mikrowellenanwendungen entwickelt worden.

Kupfer ist das am häufigsten verwendete leitende Material auf Leiterplatten. Dieses Material wird in der Grundschicht verwendet und auf die Leiterplatten aufgebracht, um die notwendige Steifigkeit zu gewährleisten. Alternativ werden Epoxidharze für die Trägerschicht verwendet. Sie haben jedoch nicht die Haltbarkeit von Glasfasern.

Gemeinsame Prozesse

Bei der Leiterplattenbestückung sind das Löten, Ätzen und die Oberflächenbearbeitung gängige Verfahren. Die Oberflächenbehandlung schützt die Leiterplatte vor Korrosion und erleichtert den Lötprozess. Ein Beispiel für eine Oberflächenveredelung ist das Heißluftlöten, bei dem die Leiterplatte mit Flussmittel beschichtet und in geschmolzenes Lot getaucht wird. Anschließend wird mit einem Hochdruck-Heißluftstrahl überschüssiges Lot aus den Löchern der Leiterplatte entfernt und die Lötfläche geglättet.

Im ersten Schritt der Verkupferung wird die Platte in ein Verkupferungsbad gelegt, das Kupfersulfat und Schwefelsäure enthält. Anschließend wird eine dünne Kupferschicht auf die Platte aufgetragen. Diese Schicht wird dann mit einem Verzinnungsbad geschützt. Nachdem die Kupferschicht ausgehärtet ist, wird die verzinnte Leiterplatte aus dem Zinnbad entfernt, das als Ätzbarriere dient.

Häufige Probleme bei der Herstellung

Eine unzureichende Verkupferung kann zu defekten Leiterplatten führen. Die Verkupferung ist entscheidend dafür, dass elektrischer Strom durch die Leiterplatte fließen kann. Eine unzureichende Verkupferung lässt sich mit Hilfe von PCB-Designsoftware oder durch einen PCB-Hersteller leicht feststellen. Es ist auch wichtig, die Löcher nach dem Bohren gründlich zu reinigen, um Luftblasen zu vermeiden.

Das Leiterplattendesign ist der erste Schutz vor häufigen Fertigungsproblemen. Ein gutes Leiterplattendesign kann dazu beitragen, elektrostatische Entladungen und Lötfehler zu vermeiden. Fertigungsingenieure und Designer sollten miteinander kommunizieren, um Probleme vorherzusehen und einen Plan zu erstellen, der diese Probleme angeht. Einfache Fehler können sich zu kostspieligen Ausfällen entwickeln, daher ist es wichtig, das bestmögliche Design zu wählen. Außerdem kann die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Konstrukteur dazu beitragen, Fehler zu vermeiden, die möglicherweise unentdeckt bleiben.