Die Rolle von Leiterplatten in der modernen Elektronik

Jedes elektronische Bauteil enthält über hundert bis dreihundert Meter Drähte. Heute sind elektronische Bauteile multifunktional und können viele Komponenten gleichzeitig betreiben. Damit Elektronik funktioniert, muss jede Komponente miteinander vernetzt sein und nahtlos zusammenarbeiten. Ein einzelner Draht in einem Smartphone könnte ein Fußballfeld überspannen – doch man sieht diese Drähte nicht, selbst wenn man das Smartphone öffnet.

Das liegt daran, dass sie in der Leiterplatte (PCB) verlaufen. Eine PCB ist die grüne Platine in Elektronik. Sie hat mehrere Lagen mit hunderten Kupferdrähten. Die PCB gibt allen Komponenten Struktur und Organisation. Die Drähte zwischen den PCB-Komponenten verbinden alle miteinander.

Wie funktionieren PCBs?

Bevor man versteht, wie PCBs funktionieren, muss man den Unterschied zwischen Komponenten und PCB kennen. Die PCB-Komponenten umfassen Mikrochips, Kondensatoren, Widerstände und Stecker. Diese werden mithilfe des Lötstopplacks auf der PCB montiert. Eine PCB ohne Komponenten ist einfach eine flache Platte ohne Bestückung.

Man findet weitere Komponenten an der PCB, die nicht auf der Platine montiert, sondern angebracht sind. Röntgt man eine PCB, sieht man leitende Drähte im Inneren gebündelt sowie helle Schattierungen für nicht-leitendes Isolatormaterial. Dunkle Schattierungen zeigen mehrere Lagen Drähte, die übereinanderliegen.

Auch wenn sie geschichtet sind, berühren sie sich nicht. Mikrochips werden auf einem Raster von Anschlusspunkten (Pads) montiert – dem Ball Grid Array. Mikrochips sind die zentralen Funktionseinheiten hochspezialisierter Komponenten. Auf der PCB gibt es viele Pads und Bereiche für weitere Mikrochips.

Leitende Lagen der PCB

Die PCB besteht aus mehreren leitenden Lagen. Ober- und Unterseite sind die Montagelagen für Bauteile. Jedes Bauteil benötigt Strom – daher hat die PCB Lagen, die ausschließlich der Stromversorgung dienen.

Man nennt sie Power Planes und Ground Planes. Zusätzliche Ground Planes dienen der Wärmeableitung und elektromagnetischen Abschirmung. Andere Lagen führen Signalleitungen für die Kommunikation. Jede leitende Lage besteht aus Kupfer, isolierendem Glasfasergewebe und Epoxidharz, das den Stromfluss zwischen den Lagen unterbindet. PCBs können 2 bis 50 Lagen haben – die meisten jedoch ca. 10 Lagen.

Oben und unten liegt ein farbiger Lötstopplack, der nicht nur die Lötpads schützt, sondern auch isoliert. Darauf folgt der Silkscreen – Tinte, die Markierungen für die Bauteilplatzierung liefert.

Abschließende Worte

Wie man sieht, spielen Leiterplatten eine integrale Rolle in fast aller heutiger Elektronik. Jahre sorgfältiger Ingenieurskunst und Evolution haben zu den heutigen PCBs geführt, die bis ins Detail perfektioniert sind.