Was bedeutet PCB?
PCB ist die Abkürzung für Printed Circuit Board, also Leiterplatte oder Platine. Auf ihr werden sämtliche Bauteile montiert, verlötet und gemäß der vorgesehenen Schaltung verbunden. Die Leiterplatte bildet das Herzstück jeder elektronischen Baugruppe und ist maßgeblich für die korrekte Funktion der gesamten Elektronik verantwortlich. Durch die Auswahl des Basismaterials, den Aufbau der verschiedenen Schichten und die Leiterbahnführung auf der PCB können bestimmte elektrische Eigenschaften beeinflusst oder erreicht werden.
Die Geschichte des Printed Circuit Boards (PCB)
Damals: Die Anfänge der Leiterplatten
Historisch betrachtet wurden die Verbindungen der Schaltungen zu Beginn manuell mit einzelnen Drähten hergestellt. So wurden beispielsweise Leitungen von A nach B gezogen und an den jeweiligen Enden angelötet, oder es wurde mit der sogenannten WireWrap-Technik (Wickelverbindung) auf der PCB gearbeitet. Bei diesem Verfahren wurden kleine Drähte um die Anschlusskontakte der Bauteile oder um spezielle Wrappfosten-Sockel gewickelt. Durch diese Methode konnten damals bereits recht komplexe Schaltungen realisiert werden, wobei durch die manuelle Herstellung und die Leitungsführung die elektrischen Eigenschaften variierten. Zudem waren die hergestellten Verbindungen recht unsicher. Oft traten Kontaktfehler durch kalte Lötstellen oder Korrosion auf. Für die immer komplexer werdenden Schaltungen musste daher eine andere Lösung gefunden werden – die Leiterplatten!
Heute: PCB-Boards – Elektronik mit modernen Leiterplatten
Um den wachsenden Ansprüchen an die Verbindungstechnik auf einer elektronischen Baugruppe gerecht zu werden, hat man sich von der manuellen Erstellung der Schaltung auf einem Trägerboard abgewandt. Eine moderne PCB dient daher nicht mehr nur als Träger für Bauteile – sie sorgt mit ihren Leiterbahnen auch gleich für die erforderliche Verschaltung. Printed Circuit Boards sind deshalb zu einem wichtigen Bestandteil der Gesamtschaltung geworden, da die immer gleiche Leitungsführung und der gleiche Querschnitt der Leiterbahnen für konstante und zuverlässige elektrische Eigenschaften auf der Leiterplatte sorgen. Eine Serienproduktion in den heutigen Maßstäben wäre ohne PCBs undenkbar.
Planung eines Printed Circuit Boards (PCB)
Während die Leiterbahnen und Abmessungen anfangs noch am Zeichenbrett mit Tusche und Pergament oder per "Rubbeltechnik" entstanden, werden die Leiterplatten heute mit PCB-Designsoftware konstruiert. Die Schaltpläne entstehen ebenfalls durch diese Systeme, sodass nach erfolgreicher Platzierung der Bauteile und dem Entflechten der Schaltung die Vorgaben für das endgültige PCB-Design entstehen. Mit diesen Daten können die Hersteller das individuell geplante PCB-Board produzieren.
Wie wird eine Leiterplatte hergestellt?
Leiterplatten werden hergestellt, indem leitfähiges Kupfer abwechselnd mit nicht-leitfähigem Isolationsmaterial geschichtet wird. Während der Produktion werden die inneren Kupferschichten oder -lagen geätzt, um nur die gewünschten Kupferverbindungen für die Verbindung der Komponenten des Schaltkreises beizubehalten. Nach dem Ätzen wird ein Isolationsmaterial auf die Kupferschichten aufgetragen. Dieser Prozess wird wiederholt, bis die Leiterplatte vollständig ist. Wenn alle Lagen geätzt und miteinander verbunden sind, wird abschließend auf die Ober- und Unterseite der Leiterplatte eine Lötstoppmaske aufgebracht und mithilfe von Siebdruck die Beschriftung vorgenommen. Die Leiterplatte ist nun bereit für die Bestückung der elektronischen Bauteile.
Die Bauteile werden während des Montageprozesses auf den äußeren Schichten der Leiterplatte positioniert. Die oberflächenmontierbaren Komponenten (SMD) werden maschinell appliziert, während Durchsteckkomponenten (THT) manuell montiert werden. Letztendlich werden alle Komponenten durch Reflow- oder Wellenlöten auf der Leiterplatte verlötet. Diese Arbeiten werden heutzutage von spezialisierten EMS-Dienstleistern übernommen, die über das Know-how und die Technik verfügen, um die Elektronik zuverlässig herzustellen.
Das Basismaterial als Faktor für die Funktion eines gedruckten Schaltkreises
Das Basismaterial (Trägermaterial) sorgt für den mechanischen Halt sowie die Isolation der Schichten und Leiterbahnen auf der PCB. Abhängig von der vorgesehenen Anwendung der Schaltung wird jedoch neben den Standardmaterialien auf spezielle Varianten zurückgegriffen. So gibt es beispielsweise für Leistungsanwendungen Basismaterialien, die eine höhere Temperaturstabilität aufweisen. Auch für Hochvolt-, Hochfrequenz- und sensibles Messschaltungen sind spezielle Trägersubstanzen verfügbar.
