Die Entwicklung von Leiterplatten: Von den Ursprüngen in den 1940ern bis zum modernen High-Speed-Design

Leiterplatten (PCBs) ermöglichen es allen elektrischen Bauteilen, zusammenzuarbeiten und so alle elektronischen Geräte zu betreiben, die wir heute sehen. Sie optimieren die Funktionalität von Elektronik und haben im Laufe der Geschichte viele Rollen übernommen.

So fungierten sie zunächst primär als Bauteilträger. Dann wurden sie zur Alternative zu unnötiger Verkabelung. Heute bilden sie die Superstruktur für High-Speed-Designs.

Die Geburt der ersten Leiterplatte

1940 wurde die erste Leiterplatte gefertigt – für den Näherungszünder von Artilleriegeschossen. Dies geschah mitten im Zweiten Weltkrieg, als Großbritannien gegen die Nazis kämpfte. Da man in der Defensive war, entwickelte der britische Geheimdienst einen Näherungszünder, der in die Geschosse eingebaut wurde und explodierte, sobald er sich einem Objekt näherte.

Diese Erfindung war für ihre Zeit revolutionär, da sie eine Schaltung enthielt, die erkennen konnte, wann sie nahe genug an etwas herangekommen war, und dann zündete. Großbritannien war mit dieser Erfindung sehr erfolgreich. Nach Kriegsende 1945 wurde 1947 der erste Transistor erfunden.

Der Transistor revolutionierte die Sicht auf Elektronik und veränderte die Elektronikwelt grundlegend. Die erste Anwendung war das Fernsehgerät, das große Popularität erlangte.

Die Leiterplatte im Fernsehgerät glich in keiner Weise den heutigen PCBs. Stattdessen sah es so aus, als seien einzelne Bauteile festgeschnallt und Drähte an jedes Bauteilbeinchen gelötet.

Dies war ein extrem manuellintensiver Fertigungsprozess, der mehrere Tage dauern konnte. Wenn jemand den ganzen Tag lötet, stellt sich unweigerlich die Frage nach der Produktqualität.

Einführung des Kupferätzverfahrens

1956 patentierte die US-Armee ein geätztes Kupferboard. Damals war dies eine sehr ungewöhnliche Art der Schaltungsherstellung. Die Idee: Man nimmt eine blanko Kupferoberfläche und ätzt die gewünschten Leiterbahnen heraus. Anschließend werden bedrahtete Bauteile (THT-Bauteile) durch die Platine gesteckt.

Das war revolutionär, weil ein schwieriger, zeitaufwendiger Prozess in nur 20 Minuten erledigt werden konnte – ein gewaltiger Fortschritt in der Elektronikfertigung. Zunächst gab es nur einseitige Boards, aber sie erfüllten ihren Zweck, Verbindungen von Punkt A nach Punkt B herzustellen.

Leiterplatten heute

Moderne Leiterplatten sind durch Miniaturisierung hochoptimiert. Betrachtet man heute eine hochspezialisierte Platine, findet man winzige Bauteile, die ordentlich auf einem Board angeordnet sind, das alle Ports, Header und Sockel verbindet. Diese Leiterbahnen machen moderne Elektronik erst möglich.

Bevor sie sich durchsetzten, war das Verbinden von Bauteilen in einem Gerät ein zeitaufwendiger, unübersichtlicher Prozess. Die Idee, Leiterbahnen auf flaches Fiberglas einzubetten, ermöglichte die Miniaturisierung hochkomplexer Geräte wie Smartphones und Laptops.

Zudem besitzen heutige PCBs Kupferschichten auf beiden Seiten des Fiberglas-Trägers, was eine höhere Bauteildichte erlaubt.

Fazit

Wie man sieht, haben sich Leiterplattentechnologien weit entwickelt und übernehmen heute die wichtigsten Funktionen für die Menschheit – sie treiben die Räder von Handel und Information an.