Elektronische Schaltungen haben Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren, Transistoren und integrierte Schaltkreise, die miteinander verbunden sind, um Produkte so einfach wie eine Türklingel oder so komplex wie einen Computer zu machen.
Die ersten Schaltungen wurden von Hand zusammengebaut, eine mühsame Methode, die in einer Form das manuelle Schneiden, Trimmen und Löten zahlreicher loser Einzeldrähte beinhaltete. Die Herstellung auf diese Weise war langsam und fehleranfällig. Darüber hinaus war die Platzierung der Drähte von Techniker zu Techniker unterschiedlich, was zu Schwierigkeiten bei der Überprüfung der Arbeit oder der Korrektur von Fehlern führte.
Die Erfindung der Leiterplatte, auch PC-Board oder PCB genannt, führte zu schnelleren, einfacheren elektronische Baugruppen und ermöglichte die Erstellung von Schaltungen mit Hunderten von Bauteilen – unmöglich mit Handarbeit.
Die typische Leiterplatte besteht aus einer Epoxid-Glasfaserplatte und ersetzt Drähte durch fotografisch gedruckte und dann chemisch auf Kupferschichten geätzte „Spuren“. Das Ergebnis ist ein Muster aus leitfähigen Leitungen, das fest mit der Platine verbunden ist und elektronische Teile wie Drähte verbindet.
Arten von Leiterplatten
Viele Arten von PCBs wurden für unterschiedliche Zwecke entwickelt. Ein preiswertes Spielzeug könnte a einseitig Leiterplatte, weil die wenigen Bauteile und die geringe Anzahl von Leiterbahnen auf einer Seite passen würden. Eine größere Schaltung benötigt möglicherweise a doppelseitig PCB, die auf beiden Seiten Spuren erfordert, um alle erforderlichen Verbindungen herzustellen.
Noch komplexere Schaltungen erfordern zusätzliche Schichten. EIN vierlagig PCB hat zwei innere Schichten, normalerweise für Masse- und Stromverbindungen zu Komponenten, wobei die äußeren beiden Schichten für die Verdrahtung zwischen den Komponenten übrig bleiben. In diesem Fall sind die Innenlagen breite Kupferflächen für eine hochwertige Stromverteilung und eine hervorragende Abschirmung gegen Rauschen – deutliche PCB-Vorteile gegenüber handverdrahteten Leiterplatten.
Desktop- und Laptop-Computer haben viele integrierte Schaltkreise mit Tausenden von Verbindungen zwischen ihnen. Sie brauchen ein mehrschichtig Leiterplatte, die mehr als 40 Schichten und Leiterbahnen so dünn wie ein menschliches Haar haben kann. Diese Art von PCB ermöglicht es einer großen, komplexen Schaltung, eine kleine Fläche einzunehmen.
Obwohl die meisten Leiterplatten aus Epoxid-Glasfaser bestehen, können stattdessen auch andere Materialien wie Phenolpapier oder Teflon verwendet werden, um die Anforderungen des Produkts zu erfüllen. Typische Leiterplatten sind starr, können aber auch aus dünnen Platten aus temperaturbeständigem Kunststoff hergestellt werden, die gefaltet werden können, um in kleine oder ungewöhnliche Räume zu passen.
Entwerfen und Herstellen einer Leiterplatte
Ingenieure entwerfen heute Leiterplatten mit Computern, die dabei helfen, die Anordnung von Bauteilen und das Verlegen der Leiterbahnen zwischen ihnen zu erstellen und zu überprüfen. Das fertige Design kann dann digital an ein auf Plattenfertigung spezialisiertes Unternehmen übermittelt werden.
Da sie mit hoher Geschwindigkeit in Massenproduktion hergestellt werden können, kosten gedruckte Leiterplatten weit weniger als eine gleichwertige handverdrahtete Leiterplatte. Anders als bei handverdrahteten Leiterplatten können Maschinen schnell Komponenten auf einer Leiterplatte installieren und alle auf einmal verlöten.
Zusätzliche PCB-Vorteile
Die Leiterplattentechnologie mit hochdichten Verbindungen und dünnen Leiterbahnen ermöglicht den Einsatz immer kleinerer elektronischer Geräte für immer kompaktere Produkte. Im Extremfall sind passive Komponenten wie Widerstände kaum größer als Sandkörner; integrierte Schaltkreise könnten hundert Verbindungen haben, die in einem Raum von der Größe eines Fingernagels gepackt sind.
Da seriengefertigte Leiterplatten des gleichen Designs identisch sind, können sie leicht getestet werden, um Probleme zu diagnostizieren und zu beheben. Leiterplatten haben klar definierte Leiterbahnen und Komponenten, die auf der Oberfläche der Platine beschriftet sind, beides eine wichtige Hilfe für Servicetechniker.
Durch die Bereitstellung einer stabilen Basis für Komponenten und die Eliminierung der durch manuelle Verdrahtung verursachten Variabilität haben Leiterplatten die Zuverlässigkeit elektronischer Produkte enorm erhöht.
Teile bewegen sich nicht, wenn die Platine wackelt, was für Leiterplatten in Fahrzeugen wie Autos oder Raumfahrzeugen wichtig ist. Komponenten können so angeordnet werden, dass die Aufnahme von elektronischen Störungen zwischen ihnen oder von externen Quellen reduziert wird. Eine konsistente Platzierung von Komponenten und Spuren bedeutet eine konsistente Leistung, die für alle unsere komplexen modernen Geräte von Smartphones bis hin zu Laptops von entscheidender Bedeutung ist.