Was ist eine Leiterplatte? PCB-Design und -Typen

Die Leiterplattenindustrie trotzt den Folgen von COVID-19 überraschend allen ErwartungenDer Nachrichtenagentur zufolge wird die PCB-Produktion im Jahr 2033 bis zu $108 Milliarden erreichen. Diese Statistiken zeigen ein beispielloses Wachstum der Leiterplattenunternehmen auf der ganzen Welt.

Es ist nicht falsch, wenn wir sagen, dass Leiterplatten wie das Nervensystem eines elektronischen Geräts sind. Sie bieten eine zuverlässige Möglichkeit, elektrische Signale in einer Reihenfolge zu übertragen. Daher ist ein gutes PCB-Design unverzichtbar, um eine reibungslose Leistung unter schwierigen Bedingungen zu gewährleisten.

Frühere elektronische Komponenten wurden manuell hergestellt und mithilfe von Drähten in einer Punkt-zu-Punkt-Konstruktion verbunden. Daher war die Wahrscheinlichkeit für Fehlfunktionen bei dieser alten Methode höher. Dank der neuesten PCB-Designsoftware können PCB-Hersteller die PCB-Fertigung und den PCB-Montageprozess nun problemlos durchführen.

Was ist eine Leiterplatte?

Eine Leiterplatte kann flach, flexibel oder starr sein und besteht aus isolierendem Material wie Glasfaser oder Epoxidharz. Sie dient als Grundlage für die Montage und Verbindung elektronischer Komponenten.

Leiterplatten werden traditionell im Siebdruckverfahren auf eine Platte gedruckt. Bevor wir uns in die Details vertiefen, schauen wir uns kurz an, wie sie normalerweise aussehen. Im Allgemeinen haben sie ein grünes Aussehen mit goldenen oder kupfernen Punkten. Falls Sie sich fragen, wo Sie Leiterplatten in Ihrem Alltag finden?

Überall. Angefangen von Ihrem Computer über Ihr Telefon bis hin zu Entwicklungsgeräten wie:

• Ein Raspberry Pi
• Ihre Kopfhörer
• USB Laufwerk
• Kamera
• Lautsprecher
• Taschenrechner oder sogar Ihr Auto

Die Evolution und Entwicklung der PCB-Technologie

Da diese Schaltkreise extrem komplex waren, war die Reparatur eines beschädigten Schaltkreises eine langwierige und unzuverlässige Aufgabe. Daher erkannte Paul Eisler, ein genialer Ingenieur, der für eine Zeitungsfirma arbeitete, 1936 die Hürden und erfand das Konzept, leitende Kupferschaltkreise auf eine nichtleitende Platte zu drucken.

Eine moderne Leiterplatte sieht jedoch viel raffinierter aus – sie ist kleiner und komplexer. Die moderne Leiterplattenherstellung beginnt mit einer einfachen flachen Kupferplatte.

PCB-Typen

Leiterplatten gibt es in verschiedenen Ausführungen für verschiedene Zwecke. Hier besprechen wir die 5 gängigsten Leiterplattentypen. Gleichzeitig besprechen wir auch ihre wichtigsten Spezifikationen.

Einseitige Leiterplatten

• Einseitige Leiterplatten bestehen aus einer einzigen Schicht. Sie haben ein glattes Design und sind kostengünstig.
• Bei diesem Platinentyp montieren die Hersteller von Leiterplatten die Komponenten auf einer Seite. Außerdem können die Kupferleiterbahnen nur auf einer Seite der Platine verlaufen.
• Eine einzelne Leiterplatte ist ideal für Elektronik, bei der Design und Abstand kein kritischer Faktor sind.

Doppelseitige Leiterplatten

• Bei doppelseitigen Leiterplatten sind die Komponenten auf beiden Seiten der Platine montiert.
• Bei doppelseitigen Leiterplatten sind die Kupferleiterbahnen auf beiden Seiten vorhanden. Ebenso verfügen sie über durchkontaktierte Lochverbindungen.
• Diese Art von Platinen kommt häufig in komplexen elektronischen Geräten vor, beispielsweise in Industrieanlagen und Unterhaltungselektronik.

Mehrschichtige Leiterplatten

• Mehrschichtige Leiterplatten bestehen, wie der Name schon sagt, aus mehr als zwei Substratschichten. Zwischen diesen Schichten sind Kupferleiterbahnen eingelegt.
• Mehrschichtige Leiterplatten weisen bei Anwendungen mit hoher Dichte und hoher Leistung einen hohen Verbrauch auf.
• Wir finden solche Leiterplatten in Smartphones, Computern und hochentwickelter Elektronik. In dieser Elektronik spielt die Signalintegrität eine entscheidende Rolle.

Flexible/flexible Leiterplatten

• Die flexible PCB-Technologie ist, wie der Name schon sagt, von Natur aus flexibel. Im Allgemeinen verwenden PCB-Hersteller dabei Materialien wie Polyimid.
• Solche Bretter lassen sich leicht biegen. Daher können wir sie in unregelmäßige Formen oder enge Räume einpassen.
• Flexible Leiterplatten eignen sich ideal für tragbare Geräte, die Automobil- und Medizintechnik.

Starrflexible/flexible Leiterplatten

• Starrflexible Leiterplatten vereinen die Eigenschaften sowohl flexibler als auch starrer Leiterplatten.
• Diese Platten bestehen aus einer Kombination aus starren und flexiblen Schichten.
• Starrflexible Leiterplatten eignen sich ideal für Anwendungen, bei denen eine gewisse Steifigkeit erforderlich ist, wie etwa bei militärischer Ausrüstung und in der Luft- und Raumfahrt.

Dies sind nur einige Beispiele für die vielen verfügbaren PCB-Typen. Jede Elektronikplatine hat eine spezielle Funktion und kann beim PCB-Design an die spezifischen Anforderungen verschiedener Branchen und elektronischer Geräte angepasst werden.

PCB-Materialien

Jeder weiß, wie eine Leiterplatte aussieht, aber nicht so viele Leute wissen das zunächst. Dieses kleine Stück Technologie beginnt mit einem so großen Panel. – Ja, wir beginnen mit diesem sehr großen Panel. Ebenso müssen wir während dieses umfangreichen Prozesses die richtige Marke auswählen. Anschließend benötigen wir die richtige Dicke, um am Ende die perfekte Leiterplatte zu erhalten.

Schauen wir uns das mal an! Leiterplattenhersteller unterstützen bei der Leiterplattenherstellung. Sie sind keine Rohmateriallieferanten für Leiterplatten, wie beispielsweise Kupferfolie oder Prepreg.

Darüber hinaus werden alle Materialien gelagert bei:

• Typ
• Gesamtdicke
• Kupferdicke
• Und Marke

Diese großen Platten bestehen bereits aus Kupfer und FR4. Das Kupfer bedeckt die Ober- und Unterseite der Platte und innen liegt, eingeklemmt, das FR4.

FR4 besteht aus Glasfaser und Epoxidharz. Dieser Schritt steht am Anfang der Leiterplattenherstellung. Die Überprüfung jedes Teils ist von entscheidender Bedeutung. Denn dies wird die Leistung des Geräts in Zukunft nicht beeinträchtigen. Für eine optimale Leistung müssen wir das Kupfer und die Gesamtdicke der Leiterplatte überprüfen.

Heutzutage achten Leiterplattenhersteller besonders auf zwei Faktoren: Kantenbearbeitung und Plattengeometrie. Daher wählt das Entwicklungsteam sorgfältig den idealen Herstellungsprozess aus. Darüber hinaus hängt die Leiterplattenherstellung auch stark vom Leiterplattendesign ab.

Jede Teilenummer hat ihre eigene Rohstoffauswahl sowie ihren eigenen Produktionsprozess, der von der Menge abhängt.

PCB-Platinendesign

Dies ist das erste Mal, dass Sie eine Leiterplatte entwerfen, und Sie wissen nicht viel über Leiterplattendesign. Ich vermute, dass dies bei den meisten von Ihnen der Fall ist, und deshalb gibt es ein paar wichtige Konzepte. Wir werden einige der wichtigsten Schritte im Designprozess durchgehen, die im Wesentlichen mit der schematischen Erfassung beginnen.

Sie platzieren Ihren Schaltplan in das Layout-Tool. Das machen Sie also in CAD. Anschließend bereiten Sie den Schaltplan für das Layout vor. Netlist erstellt für uns im Grunde eine Liste aller Knoten im Schaltkreis und sagt uns, wo alle Knoten verbunden sind.

Ein PCB-Design ist der Prozess der Erstellung eines Leiterplattenlayouts nach einem bestimmten Layout, das für bestimmte elektronische Geräte geeignet sein sollte. Im Allgemeinen umfasst das PCB-Design 10 Schritte:

1. Platzierung der Komponenten:
2. Routenplanung:
3. Lagenaufbau:
4. Signalintegrität:
5. Machtverteilung:
6. Wärmemanagement:
7. Entwurfsregeln und -beschränkungen:
8. 3D Modellierung:
9. Testen und Simulation:
10. Dokumentation:

Das PCB-Design hilft uns, mit den Wechselwirkungen unserer Anforderungen umzugehen. Ebenso haben alle unsere Designs eine logische und eine physische Seite, die richtig verwaltet werden muss, um das perfekte Design zu erstellen.

Was also bewirken PCB-Designregeln? Sie ermöglichen Ihnen, ein System zu definieren, um die Überprüfung dieser Anforderungen zu automatisieren. Darüber hinaus bietet Ihnen das PCB-Design eine Schnittstelle zwischen der logischen und der physischen Seite, sodass Sie eine Platine herstellen können. Ein gutes PCB-Design führt zu einer erfolgreichen PCB-Montage.

Wie funktioniert PCB?

Eine Leiterplatte arbeitet nach einer speziellen Struktur. Diese Struktur besteht aus mehreren elektronischen Komponenten und einer ausgeklügelten Verkabelung. Dieses Design ermöglicht es einer Leiterplatte, zu kommunizieren und Aufgaben auszuführen. Hier sind die gängigsten Leiterplattenkomponenten, die bei der Durchführung aller Vorgänge eine entscheidende Rolle spielen:

1. Komponentenmontage:Dieses Teil besteht aus mehreren Komponenten. Die häufigsten Komponenten sind Widerstände, Kondensatoren, Transistoren, integrierte Schaltkreise (ICs) und Steckverbinder.
2. Leitfähige Bahnen:Eine Leiterplatte besteht aus einem Netzwerk leitfähiger Bahnen. Diese Bahnen fungieren als elektrische Leitungen und stellen einen Pfad für elektrische Signale bereit.
3. Signalfluss:Wenn wir elektrische Geräte einschalten, fließt Strom durch die Leiterbahnen auf einer Leiterplatte.
4. Schaltungsfunktionalität:Die Anordnung der Komponenten während der Leiterplattenherstellung bestimmt die Funktionalität der elektronischen Schaltung.
5. Signalverarbeitung:Komponenten auf einer Leiterplatte ermöglichen die Übertragung elektrischer Signale. Diese Funktion reicht von Widerständen bis hin zu Kondensatoren. Was befindet sich auf der Leiterplatte und wie funktioniert sie?

Wir können auch mehrere andere Pads auf der Leiterplatte finden, wie zum Beispiel:

• Der Speicherchip
• Wireless-Chip
• Widerstände
• Kondensatoren

Wenn mehr Spuren vorhanden sind, können mehr Daten übertragen werden, was einen reibungslosen und schnellen Betrieb ermöglicht. Interessanterweise sind diese Spuren elektrisch getrennt und können sich nicht kreuzen.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Leiterplatte es jeder auf dem Gerät verfügbaren Komponente ermöglicht, effizient mit dem Rest des Systems zu kommunizieren. Daher empfiehlt es sich, einen Experten in der Leiterplattenfertigungsbranche zu kontaktieren.

Wir empfehlen immer, einen professionellen PCB-Hersteller für die PCB-Fertigung, das PCB-Design und die PCB-Montage zu beauftragen. Letztendlich hilft Ihnen dies dabei, zuverlässige elektronische Teile herzustellen.