Leiterplatten – Bauweise, Funktion und zukünftige Entwicklungen

Leiterkarte | © panthermedia.net /Péter Gudella Leiterkarte | © panthermedia.net /Péter Gudella

Platine, Leiterkarte, gedruckte Schaltung oder Printed Circuit Board (PCB): Leiterplatten haben so einige weitere Namen. Hinter diesen zahlreichen Bezeichnungen verbirgt sich allerdings immer das gleiche, nämlich ein Träger für elektronische Bauteile. Dieser dient der mechanischen Anbringung und elektronischen Vernetzung. Nahezu jedes Elektrogerät besitzt heutzutage mindestens eine Leiterplatte.

Doch wie sind solche Leiterplatten aufgebaut und in welchen Bereichen werden sie angewendet? Wir geben euch im Folgenden nützliche Informationen und gehen zusätzlich auf voraussichtliche Entwicklungen für die Zukunft ein.

Wie sind Leiterplatten aufgebaut und wie werden sie gefertigt?

Leiterplatten setzen sich grundsätzlich aus einem elektronisch isolierenden Material, wie faserverstärktem Kunststoff oder bei günstigeren Geräten auch Hartpapier, zusammen. Daran haften sogenannte Leiterbahnen, also leitende Verbindungen, die in der Regel aus Kupfer bestehen. Über ein Lötungsverfahren werden dann die jeweiligen Bauelemente sowohl mechanisch an der Leiterkarte befestigt als auch elektrisch miteinander verbunden. Auf diese Weise entsteht eine funktionsfähige gedruckte Schaltung, wie man sie aus vielen Geräten kennt.



Jede Leiterplatte ist individuell auf das Gerät angepasst, in das sie später eingesetzt werden soll. Das Design ist abhängig von den benötigten Bauelementen sowie von der Art und Weise, wie diese verbunden werden sollen. Dabei dürfen sich keine Leiterbahnen kreuzen, da ansonsten ein Kurzschluss entstehen würde.

Dementsprechend bedeutet dies, dass vor der Herstellung von Leiterplatten erst einmal ein genauer Entwurf geplant werden muss, welcher später als Grundlage der Fertigung dient. Solch ein Entwurf ist bei komplizierten Schaltungen nicht gerade einfach zu erstellen und wird heutzutage durch Computersoftwares unterstützt. Erst wenn der Leiterplattenentwurf fertiggestellt worden ist, kann die Herstellung der Karte erfolgen. Oftmals werden erst einmal nur Prototypen getestet, damit man keine unnötig teuren Produktionsfehler riskiert und eine wirklich einwandfreie Serienfertigung garantieren kann.

Vor der speziellen Fertigung befindet sich auf der Unterseite der unbehandelten Platte eine vollständige Schicht aus Kupfer. Früher trug man an den Stellen, an denen sich die Leiterbahnen später befinden sollten, einen säureresistenten Lack auf. Mit einer Säure wurde das restliche Kupfer weggeätzt, sodass lediglich die Leiterbahnen aus Kupfer stehen blieben. Im Anschluss wurde das Bohren, Durchkontaktieren und Löten der Leiterplatte durchgeführt. Heutzutage verwendet man eine fotoempfindliche Folie, die ein Auftragen des Lackes erspart und somit das Geschehen beschleunigt. Im ersten Schritt wird die Platine durchbohrt und durchkontaktiert, danach folgt der Ätzvorgang und ganz zum Schluss der Lötungsprozess.

Welche Funktionen erfüllen Leiterplatten?

Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen | © panthermedia.net /Péter Gudella

Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen | © panthermedia.net /Péter Gudella

Auf Platinen werden die elektronischen Bauteile eines Gerätes sicher befestigt und gleichzeitig miteinander verbunden, sodass ein optimales Zusammenspiel ermöglicht wird. Der große Vorteil dabei ist, dass Platinen auf sehr engem Raum sehr viele Komponenten aufnehmen können und somit einiges an Platz gespart wird.

In Anbetracht der Tatsache, dass unsere Technik immer weiter voranschreitet und aufgrund ihrer hohen Präzision die zuvor mechanisch betriebenen Geräte nach und nach ablöst, ist dieser Aspekt enorm wichtig. Leistungsstarke Elektronik auf geringem Raum wird heutzutage zunehmend essentieller und bringt immer komplexere Geräte mit wachsenden Ansprüchen hervor – direkt hier setzt die Technologie der Leiterplatten an.

Aus diesem Grund befinden sich Leiterplatten mittlerweile nahezu in allen elektronischen Geräten, allen voran natürlich in Laptops und Rechnern. In Form von Motherboards, Grafikkarten oder anderen Systemtechniken bilden Leiterkarten im PC sozusagen das elektronische „Gerüst“. Und auch in vielen anderen alltäglichen Geräten befinden sich Platinen – so etwa in Radios, Handys, Waschmaschinen oder auch in Autos.

Welche Optimierungen bringt die Zukunft?

Zukünftige Entwicklungen | © panthermedia.net /Andriy Popov

Zukünftige Entwicklungen | © panthermedia.net /Andriy Popov

Die Anfänge von gestanzten Leiterplatten sind bis in die 1950er Jahre zurückzuführen – vorher sind elektronische Schaltungen frei verdrahtet worden. Mit der Zeit wurde die Technik immer weiter optimiert und verbessert, sodass Leiterplatten spätestens seit Ende des 20. Jahrhunderts einen festen Platz in der Elektronik einnehmen.

Moderne, industrielle Verfahren machen es heutzutage möglich, dass beide Seiten einer Leiterplatte zum Bestücken verwendet werden können. Auf Basis des SMD-Verfahrens ist man nun nämlich in der Lage, Bauelemente auf einer einseitigen Oberfläche zu löten, wodurch sie nicht mehr durch vorgebohrte Löcher gesteckt werden müssen. Außerdem gibt es mittlerweile sogenannte Multilayer, also Karten mit mehreren aufeinanderliegenden Lagen, die besonders viele Schaltungen auf wenig Raum verbinden können und somit den Platzbedarf nochmals senken.



Dadurch, dass jegliche elektronischen Geräte immer komplexer werden, ist eine leistungsstarke Software zur Automatisierung des Elektronikdesigns von zunehmender Wichtigkeit. Nur auf der Grundlage bestimmter Tools können Projekte vielversprechend gemanagt, Entwürfe erfolgreich produziert und Produkte intelligent erstellt werden. Ganz nach dem Motto „Design für die Welt mit Altium“ nutzt beispielsweise das PCB-Expertenunternehmen Altium modernste Technologien zur individuellen Erstellung von Leiterplatten. Innovative Tools (Schaltplanerfassungen, 3D-Modelle etc.) sind in seinem Programm inklusive, wodurch die Entwurferstellung beschleunigt wird und man am Ende tolle Ergebnisse erzielt. Es bleibt abzuwarten, in welche Richtungen sich die Technologie der Leiterplatten weiterhin entwickelt.

Leiterplatten – Bauweise, Funktion und zukünftige Entwicklungen
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