Was ist eine Leiterplatte?#
Eine Leiterplatte, englisch Printed Circuit Board oder PCB, trägt elektronische Bauteile und verbindet sie elektrisch. Leiterbahnen, Pads und leitfähige Flächen aus Kupfer liegen auf oder zwischen isolierenden Schichten. Nach Fertigungsschritten wie Laminieren, Metallisieren, Aufbringen der Lötstoppmaske und Bestückungsdruck entsteht die unbestückte Leiterplatte. In der anschließenden Baugruppenfertigung werden die Bauteile aufgelötet.
Leiterplattendesign ist heute ein eigenständiges Fachgebiet der Elektronik. Eine Platine stellt elektrische Verbindungen her, gibt den Bauteilen mechanischen Halt und ermöglicht einen kompakten Aufbau im Endprodukt. Auch einfache Schaltungen müssen sorgfältig mit geeigneter CAD-Software entwickelt werden, damit aus dem Konzept eine herstellbare Leiterplatte wird. Dieser Leitfaden erläutert die Grundlagen, den Aufbau und wichtige Entwurfsentscheidungen.
Die Entwicklung der Leiterplatte#
Früher wurden elektronische Bauteile einzeln mit Drähten verbunden. Mit steigenden Anschlusszahlen und komplexeren integrierten Schaltungen stieß diese Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung an ihre Grenzen. Kupferverbindungen auf einem isolierenden Träger veränderten die Elektronikfertigung grundlegend. Heute stecken Leiterplatten in Smartphones ebenso wie in Medizingeräten; moderne HDI-Aufbauten ermöglichen Tausende von Verbindungen und mehrere elektrische Schnittstellen.
Arten von Leiterplatten#
Neben den üblichen starren Trägermaterialien gibt es weitere Leiterplattenarten für unterschiedliche Anforderungen:
Einseitige Leiterplatten: Die Bauteile sitzen auf einer Seite; auf der Rückseite befinden sich üblicherweise Kupferleiter und Lötstoppmaske.
Doppelseitige Leiterplatten: Beide Außenseiten dienen als Signallagen und können bestückt werden.
Mehrlagenleiterplatten: Zusätzliche innere Kupferlagen führen elektrische Signale zwischen den Bauteilen. Die Bestückung kann ein- oder beidseitig erfolgen.
Starre Leiterplatten: Sie bestehen aus festen Laminaten, etwa glasfaserverstärktem Epoxidharz der Klasse FR-4.
Starrflex-Leiterplatten: Flexible Polyimidbereiche verbinden starre Abschnitte, beispielsweise für Konstruktionen mit beweglichen Teilen.
Flexible Leiterplatten: Ihr flexibler Polyimidträger eignet sich für Anwendungen, bei denen Biegsamkeit gefragt ist.
Metallkernleiterplatten: Eine Metallplatte im Kern erhöht Steifigkeit und Wärmeabfuhr, etwa in leistungsstarker Beleuchtung oder Industrieanwendungen.
Keramikleiterplatten: Sie kommen dort zum Einsatz, wo eine hohe Wärmeleitfähigkeit große Wärmemengen von den Bauteilen abführen soll.
Aufbau und Einsatzbereiche#
Leistung und Zuverlässigkeit hängen wesentlich vom Lagenaufbau ab: leitende und isolierende Schichten sowie Kernmaterialien und Prepregs bilden die Leiterplatte. Gerade bei hohen Zuverlässigkeitsanforderungen in Wehrtechnik, Medizin und Telekommunikation müssen Kern und Prepreg die benötigten Eigenschaften mitbringen. Für Ihre Leiterplattenfertigung können Sie sich an PCBPit wenden.
Vom Schaltplan zur fertigen Baugruppe#
Eine Leiterplatte ist ein gezielt entwickeltes Verbindungssystem. Der Schaltplan legt die elektrische Funktion fest; das Layout setzt sie in Kupfer, Dielektrika, Bohrungen, Lötstoppmaske und mechanische Konturen um. Die Fertigung erzeugt die unbestückte Platine, die Bestückung fügt Bauteile hinzu, und Inspektion sowie Prüfung kontrollieren das Ergebnis.
- Lagenaufbau, Materialien, Kupferdicke und Enddicke vor dem Routing festlegen.
- Landeflächen verwenden, die zum vorgesehenen Bestückungsprozess passen.
- Abstände, Restringe und Randabstände nach den Regeln des vorgesehenen Herstellers auslegen.
- Rückstrompfade, Stromversorgungsintegrität, Wärmefluss und mechanische Grenzen gemeinsam prüfen.
- Geprüfte Fertigungs-, Bestückungs- und Testdaten mit einem einheitlichen Revisionsstand freigeben.
Häufig gestellte Fragen#
Was unterscheidet PCB und PCBA?
PCB bezeichnet normalerweise die unbestückte Leiterplatte. PCBA steht für die Baugruppe, auf der die elektronischen Bauteile bereits montiert und verlötet sind.
Aus welchem Material bestehen die meisten Leiterplatten?
Viele starre Leiterplatten bestehen aus FR-4, einem glasfaserverstärkten Epoxidharz. Flexible, HF-, Metallkern- und Keramikaufbauten erfüllen dagegen jeweils andere Anforderungen.
Wie viele Lagen braucht eine Leiterplatte?
Die Mindestzahl ergibt sich aus Routing, Referenzflächen, Stromversorgung, EMV und Mechanik. Zusätzliche Lagen können die elektrische Integrität erleichtern, erhöhen aber die Kosten.