Wesentliches PCB-Layer-Wissen für jedes Elektronikprojekt

Eine Leiterplatte (PCB) ist ein bekannter Begriff, auch wenn manche sie als „gedruckte Verdrahtungskarten“ oder „gedruckte Verdrahtungsplatten“ kennen. Mit dem Übergang der Elektronik von Relais und Röhren zu integrierten Schaltungen und Silizium begannen Kosten und Größe elektronischer Schaltungen zu sinken. Der Druck, Größe und Fertigungskosten von Unterhaltungselektronik zu minimieren, zwang Hersteller zu vernünftigen Lösungen – so entstand die Leiterplatte.

Eine PCB verbindet mehrere elektronische Komponenten an einem Ort und ermöglicht die Stromführung zwischen physischen Geräten. PCBs haben viele verschiedene Schichten. Für Unkundige können diese Beschichtungen verwirrend sein. Doch mit grundlegendem Verständnis wird alles klar. Dieser Artikel beleuchtet PCB-Layer: Typen, Stapelmethoden, Layer-Konnektivität und richtige Anwendung.

Gängige PCB-Layer-Typen

Leiterplatten-Schichten lassen sich in 7 Kategorien einteilen: Signallagen, mechanische Lagen, interne Ebenen (Masse-/Leistungsebenen), Bestückungsaufdruck-Lagen (Silkscreen), Lötmaske-Lagen, System-Arbeitslagen und sonstige.

Signallagen

Sie umfassen Bottom-Layer, Top-Layer, Mid-Layer 30, Intermediate Layer 1 und 2. Sie dienen der Komponentenplatzierung und dem Routing. Hier bestehen Drähte und Objekte auf der Oberfläche aus Kupfer.

Mechanische Lage

Diese Schichten enthalten Hinweise zur Platine und Bestückung: physische Maßlinien, Daten, Dimensionsmarkierungen, Durchkontaktierungs-Informationen, Montageanweisungen u. a.

Interne Ebenen

Auch als Inner Layers bezeichnet, dienen sie der Anordnung von Masse- und Versorgungsleitungen. Objekte oder Linien auf diesen Ebenen sind kupferfrei. Sie verteilen aktiv Spannung und Masse auf der PCB.

Bestückungsaufdruck-Lage (Silkscreen)

Diese Lagen dienen dem Aufdruck von Komponentenumrissen, Textinformationen oder Bauteilnummern auf der PCB.

Lötmaske-Lage

Grün gefärbt, schützen sie Leiterbahnen vor Kurzschlüssen, besonders wenn sich Schmutz auf der PCB ansammelt.

System-Arbeitslage

Sie zeigen elektrische Verbindungen zwischen Pads, Komponenten und Vias an.

Sonstige

Weitere Beschichtungsarten umfassen Keep-Out-Lagen, Split-Planes, Lötpastenschichten und Multilayer u. a.

Gängige PCB-Layer-Stapelmethoden

Stacking ist bei der PCB-Fertigung notwendig. Was ist ein Stack-up? Es ist die Anordnung isolierender und Kupferlagen, die eine Leiterplatte bilden, bevor das Board-Layout entworfen wird. Neben mehr Schaltungskapazität bietet Stack-up weitere Vorteile.

Beispielsweise hilft PCB-Stack-up, effiziente und kostengünstige Fertigungsmethoden zu balancieren. Zudem minimiert es die Anfälligkeit für Strahlung und externe Störungen. Ein guter Layer-Stack-up verbessert auch die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Designs.

Es gibt verschiedene Stapelmethoden. Die häufigsten sind 4-, 6- und 8-Lagen-Stack-ups. Einfach ausgedrückt: Der PCB-Hersteller entscheidet, ob 4, 6 oder 8 Lagen gefertigt werden.

PCB-Layer-Konnektivität

Für funktionelle Leiterplatten müssen verschiedene Lagen zu einer Einheit verbunden werden. Ohne Konnektivität ist keine leitende Verbindung zwischen den Lagen möglich. Es gibt drei Haupttypen: Durchkontaktierung (Through-hole), Blind Via und Buried Via.

Beim PCB-Design gibt es ein Via aus zwei Pads in entsprechender Position auf verschiedenen Lagen, die durch ein Loch durch die Platine elektronisch verbunden sind (Daher „Through-hole“). Blind Vias verbinden nur Lagen auf einer Platinen-Seite, Buried Vias nur interne Lagen. Blind Vias liegen nicht an den Platinenoberflächen frei.

Ermittlung der benötigten PCB-Lagenanzahl

PCB-Lagen bestimmen Kapazität und Leistung einer Leiterplatte. Viele sind unsicher, ob ein einlagiges Board ausreicht oder vier oder sechs Lagen besser sind. Während die Lagenanzahl oft vom Budget abhängt, gibt es weitere Faktoren:

• Verwendungszweck der PCB
• Betriebsart oder benötigte Frequenz
• Gesamtbudget des Projekts
• Gewünschte Liefergeschwindigkeit
• Dichte und benötigte Signallagen

Richtige Anwendung der Layer im PCB-Layout

Nach Abschluss des PCB-Designs folgt die Platzierung der Lagen im Layout. Falsche Installation kann die Funktionalität beeinträchtigen. Es gibt jedoch einen effektiven Weg zur korrekten Platzierung.

Bei der Anwendung der Lagen in der PCB-Fertigung besteht hohes Risiko für Layout-Fehler, die die Endprodukt-Funktionalität negativ beeinflussen. Der PCB-Layout-Prozess erfolgt in zwei Schritten: Laminier- und Lay-up-Schritt. Beide sind ähnlich: Eine mechanische Presse presst alle Lagen zusammen auf das Layout. Stifte werden in die Lagen gestanzt, um korrekte Ausrichtung zu gewährleisten. Je nach Technologie werden diese Stifte entfernt, die Lagen verbleiben auf dem Layout.

Zweck von Multilayer-PCBs

Ein Multilayer-PCB besteht aus drei oder mehr leitenden Kupferschichten. Er wirkt wie mehrere doppelseitige PCBs, die mit hitzeisolierenden Zwischenschichten verklebt und laminiert sind. Multilayer-PCBs bieten diverse Vorteile:

Erstens sind sie bei gleicher Funktionality kleiner als andere PCBs. Kleine Größe ist vorteilhaft, da moderne Elektronik zu kompakten, leistungsstarken Geräten tendiert. Zweitens sind sie leicht und damit hochmobil. Drittens sind sie durch die umfangreiche Planungsarbeit langlebig und hochwertig. Viertens bieten sie mehr Flexibilität und Leistung.

Diese Vorteile machen Multilayer-PCBs in vielen Anwendungen zunehmend nützlich. Kein Wunder, dass immer mehr Branchen sie einsetzen.

Ausrichtung bei der Multilayer-PCB-Fertigung

Die Ausrichtung bei Multilayer-PCBs ist nicht übermäßig schwierig. Zunächst durchläuft jede Lage einen Reinigungsprozess. Die zuvor gebohrten Löcher dienen der Ausrichtung innerer und äußerer Lagen. Für erfolgreiche Ausrichtung platziert ein Techniker sie auf einer speziellen Maschine – einem optischen Lochstanzer (Visual Punch).

Diese Maschine treibt einen kleinen Stift durch die Löcher, um die Lagen auszurichten. Anschließend prüft eine optische Inspektionsmaschine auf Fehler.

Individuelle Anpassung der PCB-Layer

Der Mensch ist entscheidend für guten Service. Neben exzellenten Fertigungsmöglichkeiten verfügt WellPCB über ein leidenschaftliches, engagiertes Team, das Sie bei der Umsetzung unterstützt. Unübertroffener Kundenservice ist unser Anspruch. Wir betrachten PCB-Fertigung als Lebensaufgabe, arbeiten effizient und stolz darauf, PCBs genau so zu produzieren, wie Sie sie wünschen.

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Zusammenfassung

Leiterplatten verbinden elektronische Komponenten und ermöglichen Stromführung zwischen Geräten. Die meisten täglich genutzten Elektronikgeräte enthalten PCBs. Diese bestehen aus verschiedenen Lagen: 2, 4, 6 Lagen u. a., je nach Verwendungszweck und Budget.

Für Funktion benötigen gestapelte Lagen exzellente Konnektivität und Ausrichtung. Viele Unternehmen fertigen und bestücken PCBs. Wenn Sie einen vertrauenswürdigen Partner für alle PCB-Bedürfnisse suchen: WellPCB hilft Ihnen gerne. Für Ihren PCB-Bedarf kontaktieren Sie uns bei WellPCB.