Leiterplatte
Eine Leiterplatte auch Platine oder gedruckte Schaltung (engl. printed circuit board, PCB) dient dem Verbinden von elektronischen Bauteilen ohne die Verwendung von herkömmlichen Kabeln.
Einfache Leiterplatten bestehen aus einer Schicht Kupferfolie, die auf einen Kunststoffträger aufgeklebt ist. Der Kunststoffträger war früher üblicherweise aus Pertinax, heute wird meistens Epoxydharz getränkte Glasfaser verwendet. Für Spezialanwendungen kommen auch andere Materialien zu Einsatz, wie Beispielsweise Teflon oder Keramik in der Hochfrequenztechnik. Die Herstellung der Leiterbahnen erfolgt indem lichtempfindlicher Fotolack durch eine Maske belichtet wird. Nach dem Entwickeln bleibt der Lack an den Stellen auf der Leiterplatte, an denen das Kupfer stehenbleiben soll. Nun werden die freien Zwischenräume weggeätzt.
Der Einsatz von Leiterplatten begann Anfang der 1950er Jahre. Bis dahin wurden elektronische Bauteile frei verdrahtet, hingen also in der Luft und waren nur an den Enden festgelötet. Bei der Verwendung von gedruckten Schaltungen wurden nun die Anschlussdrähte der Bauteile von Oben durch Bohrlöcher duch die Leiterplatte gesteckt, auf der Unterseite war die Kupferleiterbahnen, an denen sie festgelötet wurden.
- Leiterplatte. Oben: Bestückungsseite mit den Bauteilen. Unten: Lötseite mit den Leiterbahnen.
Weil das Bohren der Löcher ein teurer und zeitintensiver Arbeitsschritt ist, begann man Ende der 1980er damit, die Bauteile direkt auf die Leiterbahnen zu löten. Diese oberflächenmonierten Bauelemente (engl. surface mounted devices, SMD) ermöglichten es zudem, die Packungsdichte zu erhöhen, und trugen zu einer enormen Verkleinerung von elektronischen Geräten bei.
- Datei:Smd.JPG
- Ausschnitt einer SMD-Platine
Um der Packungsdichte bei modernen SMD-Bauteilen, insbesondere bei Computern gerecht zu werden, reicht es nicht aus, wenn sich die Leiterbahnen nur auf einer Seite der Leiterplatte befinden. Nach den doppelseitigen Leiterplatten, die auf beiden Seiten der Leiterplatte eine Kupferschicht haben, begann man mehrere dünnere Leiterplatten aufeinander zu kleben (mit Prepregs). Diese Leiterplatten werden als Multilayer-Leiterplatten bezeichnet und können bis zu 20 Schichten mit Leiterbahnen haben. Vor Herstellung einer Leiterplatte muss im Rahmen eines CAD-Systems eine Leiterplattenentflechtung durchgeführt werden.
Mittlerweile werden sogar einfache passive Bauelemente, wie zum Beispiel Widerstände, mit speziellen Pasten in die verdeckten Layer eingedruckt. Dadurch kann man an der Oberfläche der Leiterplatte weitere Bauelemente einsparen. Diese Technik ist aber durch das entwickeln von kostengünstigeren Widerstandsnetzwerken wieder auf dem Rückzug.
Die neuesten Entwicklungen sind die Microviatechnologie, dabei werden Sacklochbohrungen die ~100 µm Ø haben mittels Laser in die Außenlagen eingebracht und enden auf dem Kupfer der nächsten Lage oder übernächsten Lage, nach der Reinigung des verbliebenen Harzes werden diese wiederum galvanisch verkupfert und somit elektrisch angebunden.
Hierbei gibt es mehrere Möglichkeiten des Lagenaufbaus, je eine Lage symetrisch, eine Lage unsymetrisch, zwei Lagen symetrisch, zwei Lagen unsymetrisch, oder Microvias über 2 Lagen.
Bei aufwendigen Leiterplatten ist dies zum Teil notwendig da nicht mehr alle Pins der BGAs (Ball Grid Arrays) elektrisch angebunden werden können (Platzmangel wegen des kleinen Pitches (Abstand) der einzelnen Pins). So bindet man die Pads der BGAs an Microviabohrungen an, die auf einer anderen Lage enden und gewährleistet so deren Entflechtung.