Leiterplatten: Das unverzichtbare Rückgrat moderner Elektronik

Haben Sie gerade ein neues Motherboard für Ihren PC gekauft? Dann sind Ihnen vielleicht die feinen Leiterbahnen aufgefallen. Diese verbinden alle Sockel, Header und Bauteile. Diese Platine findet sich in fast allen elektronischen Komponenten und sorgt dafür, dass sie funktionieren und „leuchten“.

Bevor sie sich durchsetzten, erforderte die Verkabelung aller elektrischen Komponenten in einem Gerät dicke Drähte und ein Durcheinander an Bauteilen. Leiterplatten ebneten den Weg für die Miniaturisierung und Effizienzsteigerung der Elektronik.

Eine bahnbrechende Idee

Die Idee, Drähte auf ein flaches Stück Glasfaser einzubetten, setzte sich über die Jahre durch. Die PCB-Erfindung ermöglichte es, hochkomplexe Geräte wie Smartphones in die Hosentasche zu packen. Ingenieure können kritischste Verbindungen in kleinstem Raum unterbringen. Der Prozess ähnelt der CPU-Fertigung.

Design und Fertigung von PCBs

Bei der Leiterplattenfertigung werden Lagen aus Glasfaser mit Harz zu einem einzelnen Block verklebt. Danach wird Kupfermaterial auf beide Seiten aufgebracht. Anschließend wird ein exakt auf die Leiterbahnen abgestimmtes Muster auf die obere Kupferschicht aufgebracht.

Danach durchläuft die PCB den Ätzprozess mit anschließender Reinigung. Dieser Prozess ist hochpräzise und erfolgt in Lagen mit spezialisierten Maschinen und CAD-Simulatoren. Während der industriellen Fertigung bohren Bohrer kleine Löcher für Anschlüsse kleiner Bauteile wie Kondensatoren, Chips und Widerstände.

Überblick

Nachdem alle Bauteile auf der PCB bestückt sind, wird sie zur Verbindungseinheit aller elektrischen Anschlüsse auf einem Substrat. Für eine einfache PCB sind keine Fertigungsprozesse nötig – es gibt Marker, die leitfähige Tinte auf spezielles Papier dosieren, sodass man eine funktionsfähige PCB zu Hause zeichnen kann.

Wichtig: Jede PCB variiert in Form, Größe, Lagenanzahl und Bauteilen je nach elektronischem Gerät. Manche Elektronik ist einfach, andere hochfunktional. Bei Smartphones beeinflusst auch das Gehäusedesign die PCB.

In den 1990ern nahmen PCBs ab, als CAD/CAM an Bedeutung gewann. BGA wurde Mitte der 90er eingeführt und ermöglichte höhere Bauteildichten und weitere Miniaturisierung. In den 2000ern wurden PCBs nicht nur kleiner und leichter, sie haben höhere Lagenzahlen und sind komplexer. Multilayer-Designs ermöglichen mehr Funktionalität bei sinkenden Kosten. 2006 verbot man Blei in Loten, was bleihaltige Bauteile aus dem Lötprozess entfernte.

Fazit

Heute stellen moderne Schaltungsbaugruppen die höchsten Dichten in der Geschichte der Schaltungsmontage dar. Ein langer Weg seit den Anfängen 1903. Auch wenn die Zukunft ungewiss ist: Schaltungsbaugruppen werden weiter miniaturisiert, und die Prozesse werden sich weiterentwickeln.