Die unsichtbaren Helden der Technik: Wie Leiterplatten unsere Welt antreiben

Die Elektronikwelt ist für viele ein Geheimnis geblieben. Wir möchten in unserem Artikel eines der Geheimnisse lüften, die das Fundament elektronischer Geräte bilden: Leiterplatten. Moderne Technik ist auf dieses Herzstück jedes Geräts aufgebaut. Leiterplatten machen fortschrittliche Funktionalität möglich – etwas, das unseren Alltag erleichtert und wir als selbstverständlich sehen.

Die Entwicklung von kleinen und großen Geräten basiert auf komplexen Schaltungen. Diese Schaltkreise werden auf den Leiterplatten installiert. Die Größe der Leiterplatten nimmt dabei immer weiter ab, während die Leistung zunimmt.

Klären wir zuerst, was Leiterplatten genau sind.

Was sind Leiterplatten?

Printed Circuit Boards (PCBs) ist die Fachbezeichnung für Leiterplatten. Die Platten fungieren als Träger für elektronische Bauteile, als mechanische Befestigung und stellen die Verbindung von elektronischen Komponenten dar. Nahezu jedes elektronische Gerät (ob Computer, Smartphones und Haushaltsgeräte) enthält Leiterplatten. Sogar große Industriemaschinen funktionieren auf Basis von Leiterplatten.

Praktische Beispiele für die Nutzung von Leiterplatten

Gehen wir weiter auf die Praxis ein. Leiterplatten werden zum Beispiel in medizinischen Geräten genutzt. LEDs funktionieren mit Leiterplatten, die gesamte Unterhaltungselektronik, die Telekommunikation, ja Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie nutzt die Leiterplatten für elektronische Funktionen.

Diese immense breitgefächerte Nutzungsmöglichkeit in den verschiedensten Teilen der Industrie, des Alltags oder sogar von Militär und Verteidigung macht die Rolle der Leiterplatten deutlich. Ohne Leiterplatte, keine Elektronik.

Das PCB-Herstellungsverfahren

Bei der Herstellung von Leiterplatten werden zwei Verfahren unterschieden: das PCB-Herstellungsverfahren und die SMT-Herstellung.

Mit dem PCB-Herstellungsverfahren kommt das Design der Leiterplatte ins Leben. Danach werden folgende Prozesse gestartet:

Zuerst werden das Design und Layout festgelegt durch die Erstellung eines Schaltplans. Der Schaltplan wird mit einer speziellen PCB-Layout-Design Software konzipiert. Anschließend wird Grundmaterial ausgesucht (beispielsweise FR4, CEM-1). Das Layout wird dann auf eine transparente Folie gedruckt, dadurch entsteht eine Fotomaske. Das Basismaterial wird mit Kupferfolie laminiert. Danach erfolgt die Belichtung der Fotomaske auf das Kupferlaminat. Das ungeschützte Kupfer wird durch die Entwicklung entfernt.

Beim anschließenden Ätzen entfernt man das überschüssige Kupfer, womit die Leiterbahnen freigelegt werden. Danach werden die Löcher gebohrt, die für die Durchkontaktierung und die Bauteilanschlüsse genutzt werden. Die Bohrlöcher und Leiterbahnen in Folge galvanisiert.

Damit Kurzschlüsse verhindert werden können, wir ein Lötstopplack aufgetragen. Jetzt können die elektronischen Bauteile auf der Leiterplatte installiert werden. Dabei werden die Bauteile mit Reflow- oder Wellenlötverfahren angelötet.

Zum Schluss erfolgen der Test und die Qualitätskontrolle. Jetzt ist die Leiterplatte fertig für den Zusammenbau und der Verpackung.

Die SMT-Herstellung

Hinter der Abkürzung SMT steht: Surface Mounted Technology, also die Technik, wie SMD-Bauteile auf eine Leiterplatte gelötet werden. SMD steht dabei für Surface Mounted Devices, also oberflächenmontiertes Bauelement. Beim SMT-Verfahren ist also das direkte Anbringen der elektronischen Bauteile auf einer Leiterplatte ohne Drahtanschlüsse gemeint. Dieses Herstellungsverfahren macht es möglich, die Bauteile auf der Leiterplatte dichter zu setzen, womit Platz gespart wird. Eine Miniaturisierung ist das Ergebnis. Dafür werden die SMD Schablonen passgenau für die Leiterplatte angefertigt. Sie sorgen dafür, dass nur an genau festgelegten kleinen Stellen die Lotpaste aufgetragen werden kann, sodass die Leiterplatte sehr exakt gelötet und bestückt werden kann.

Das SMT-Verfahren ist ein Teil der Oberflächenmontagetechnik und beinhaltet des Weiteren das Aufbringen und Lötpaste, die bereits erwähnte Bestückung von Bauteilen, die Aushärtung des Klebstoffes und Löten.

Fazit

Leiterplatten sind ein kleines technisches Wunder und für die moderne Elektronik unverzichtbar. Mit der Entwicklung der Leiterplattentechnik werden immer weiter die Grenzen der Elektronik ausgebaut. Technologische Fortschritte basierend auf der Leiterplattentechnik können weiter erwartet werden.

(Bildquelle: Pixabay.com – CC0 Public Domain)