Jeder Elektronikingenieur kennt die entscheidende Rolle von Leiterplatten als wichtigster Bestandteil des Schaltungslayoutdesigns. Dabei handelt es sich um Kupferbahnen, die auf einem dialektischen Substrat angeordnet sind und in angemessenen Abständen metallisierte Löcher und Laminate enthalten.
Eine entsprechend gefertigte Platine ermöglicht die genaue Festlegung des Verbindungsnetzes und die Montage der Elemente. Welche Arten von Leiterplatten sind auf dem Markt zu finden?
Klassifizierung von Leiterplatten
Derzeit werden mehrere Leiterplatten in Anwendungen verwendet. Erwägen Sie daher eine Recherche, um den am besten geeigneten Leiterplattentyp auszuwählen.
Sortieren Sie nach der Anzahl der Schichten in der Leiterplatte
Einschichtige Leiterplatte
Einschichtige Leiterplatte wird auch als einseitige Leiterplatte bezeichnet. Dieser Leiterplattentyp hat eine einfache Struktur und wird am häufigsten verwendet, da er einfach zu entwerfen und herzustellen ist. Eine Seite der Leiterplatte ist mit einem anderen leitfähigen Material beschichtet. Und es wird als leitfähiges Material für Leiterplatten verwendet, da Kupfer über hervorragende Leitfähigkeitseigenschaften verfügt.
Doppelschichtplatine
Ein anderer Name für doppellagige Leiterplatte ist eine doppelseitige Leiterplatte. Dieser PCB-Typ hat eine geringe Größe, wodurch die Schaltung dank einer dünnen Schicht aus leitfähigem Material kompakt, sehr flexibel und kostengünstig ist. Kupfer befindet sich beispielsweise sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite der Platine.
Mehrschichtleiterplatte
Mehrschichtige Leiterplatten bedeuten mehr als zwei Schichten. Dieser Platinentyp verfügt über mindestens drei leitende Schichten aus Kupfer. Der Platinenkleber ist zwischen den Isolierschichten angeordnet, um sicherzustellen, dass die erzeugte Wärme keine Schaltkreiskomponenten beschädigt.
Flexible Leiterplatte
A flexible Leiterplatte wird auch als Flex-Schaltung bezeichnet. Diese Art von Leiterplatte wird üblicherweise zusammengefaltet oder verdreht. Diese Art von Leiterplatten wird häufig aus flexiblen Materialien wie PEEK (Polyetheretherketon), Polymid oder transparenter leitfähiger Polyesterfolie verwendet.
Untere Leiterplatte aus Aluminium
Die untere Aluminiumplatine ist eine flexibel-starre Leiterplatte (starrflexible Leiterplatte). Hierbei handelt es sich um eine Kombination aus starrer Leiterplatte und flexibler Leiterplatte, bestehend aus Schichten flexibler Leiterplatte, die mit mehreren Schichten starrer Leiterplatte verbunden sind. Mobiltelefone, Autos und Digitalkameras werden häufig verwendet.
Starre Leiterplatte
Ähnlich wie flexible Leiterplatten bestehen starre Leiterplatten aus verschiedenen Schichten und werden in Einzel-, Doppel- und Mehrschichttypen eingeteilt. Andererseits kann dieser Leiterplattentyp im Gegensatz zu flexiblen Leiterplatten nicht gefaltet oder gebogen werden. Daher wird es als starre Leiterplatte bezeichnet.
Darüber hinaus ist die Haltbarkeit dieses Leiterplattentyps relativ hoch. Daher werden sie in vielen Teilen der Computerstruktur eingesetzt, beispielsweise in der CPU, dem RAM und der GPU. Derzeit wird die einseitige starre Leiterplatte am häufigsten entwickelt und in Produktion genommen. Man kann die Größe starrer Leiterplatten reduzieren, indem man 9–10 Schichten auf derselben Leiterplatte integriert.
Flexibel – harte Leiterplatte
Das Gerät wird in Mobiltelefonen, Digitalkameras und Automobilelektronikanwendungen eingesetzt. Diese Leiterplatte besteht aus starren Leiterplattenschichten, die mit flexiblen Leiterplattenschichten verbunden sind. Daher gelten sie als Kombination aus flexiblen und starren Leiterplatten.
Leiterplatte mit Durchgangsloch
Mechanisch trägt die Durchsteck-PCB-Technologie dazu bei, Teile zu schonen, und ist sicherer als das Herstellen von Löchern für Leiterplatten durch Bohren, was die Produktionskosten erhöht. Die Oberfläche dieses Leiterplattentyps weist viele Löcher auf, sodass sich Komponenten leicht an das Pad auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte löten lassen. Diese Technologie eignet sich am besten für einschichtige Leiterplatten, da sie die Installation erleichtert und die Komplexität der Schichten erhöht.
Oberflächenmontierte Leiterplatte
Die Komponenten werden für diesen Leiterplattentyp hergestellt, was die Installation auf der Platine erleichtert. Diese Zubehörteile werden SMD-Kleber genannt und werden direkt auf dem Schaltkreis montiert, ohne durch Löcher zu gehen.
Aus welchen Materialien werden Leiterplatten hergestellt?
Wie man sieht, ist das Hauptmaterial der Leiterplatte eine flexible oder starre dielektrische Platte. Diese Platte wird mit darüber angeordneten leitfähigen Materialien wie Kupfer verwendet. Darüber hinaus ist die dielektrische Platte mit einer Glas- oder Komposit-Epoxidbeschichtung beschichtet. Im Einzelnen werden für die Herstellung von Leiterplatten folgende Materialien verwendet:
FR4
FR steht für Fire Retardent. Dieses mit Glas beschichtete Material ist das am häufigsten verwendete PCB-Material. Basierend auf Epoxidglasverbindungen, FR4 wird am häufigsten synthetisiert und angewendet, da es die beste mechanische Festigkeit bietet.
FR-1 und FR-2
FR-1 und FR-2 werden aus Papiermaterialien und Phenolverbindungen hergestellt. Diese Materialien werden in Standardqualitäten, nicht hydrophobe und halogenfreie Qualitäten unterteilt. Sie werden für einlagige Leiterplatten verwendet. Die Eigenschaften von FR1 und FR2 sind ähnlich.
Der einzige Unterschied besteht in der inneren Glasübergangstemperatur. Die Glasübergangstemperatur liegt höher als die von FR2.
CEM-1
Dieses Material besteht aus Papier, zwei Schichten Glas-Epoxid-Textil und einer Phenolverbindung. Gleichzeitig wird dieser Brennstoff für einseitige Leiterplatten verwendet und CEM-1 wird als Ersatz für FR4 verwendet, aber die Kosten für CEM1 sind höher als für FR4.
CEM-3
CEM-3 ist eine Glasepoxidverbindung, die weiß ist und in doppelschichtigen Leiterplatten verwendet wird. Darüber hinaus ist die Haltbarkeit von CEM-3 geringer als die von FR4, es ist jedoch günstiger als FR4. Daher ist dieses Material eine hervorragende Alternative zu FR4.
Herstellung von Leiterplatten
Polyimid
Polyimide werden in flexiblen Leiterplatten verwendet. Es besteht aus Materialien wie Rogers, Keepedon, Dupont. Polyimidmaterialien verfügen über eine gute elektrische Leitfähigkeit, sind in einem weiten Temperaturbereich einsetzbar und weisen eine hohe chemische Beständigkeit auf. Die Betriebstemperatur dieses Materials liegt zwischen -200◦C und 300◦C.
Prepreg
Prepreg wird vorher imprägniert. Dabei handelt es sich um mit Harz imprägniertes Fiberglas. Dieses Harz wird getrocknet und beim Erhitzen schmilzt und bindet es. Prepreg kann ähnlich wie FR4-Material verklebt werden. Prepreg verfügt über eine breite Palette an Harzen und Harzen, die den SR-Standards, MR-Medium-Harzen oder High-HR-Harzen entsprechen.
Ähnlich dem Schichtaufbau und der Impedanz. Je nach Material haben sie unterschiedliche Anforderungen an die Dicke. Dieses Material hat eine hohe Glasübergangstemperatur und ist im Allgemeinen halogenfrei.
Software zum Entwerfen von Leiterplattenschaltungen
Im Folgenden sind einige der am häufigsten verwendeten PCB-Designsoftware aufgeführt:
Multisim
Die Multisim-Software ist überzeugend und unkompliziert. Electronics Workbench hat es entwickelt und ist derzeit eine Abteilung von National Instruments (NI).
Diese Software umfasst Mikrocontroller-Simulation (MultiMCU) sowie Eingabe- und Ausgabefunktionen, die in die auf der Leiterplattenschaltung gezeichnete Software integriert sind. Multisim ist in der Lehre und in der Industrie beliebt und wird häufig für die Ausbildung von Leiterplattenschaltungen eingesetzt.
Adler
Entwicklung der beliebtesten und benutzerfreundlichsten PCB-Software. Eagle ist ein Akronym für Easy Apply Graphical Layout Editor. Es wurde von CadSoft Computer entwickelt. Außerdem ist Autodesk derzeit der Entwickler dieser Software.
Erweiterter Designer
Das australische Softwareunternehmen Altium Limited erforscht und entwickelt die Software Altium Designer. Dabei handelt es sich um eine Software, die 3D-Visualisierung und PCB-Inspektion direkt aus dem PCB-Entwurf bietet. Die Funktionen dieser Software sind 3D-PCB-Design, Schaltplanerfassung, FPGA-Entwicklung und Release-/Datenverwaltung.
EasyEDA
Hierbei handelt es sich um Software zum Entwerfen und Simulieren von Schaltkreisen. EasyEDA ist ein integriertes Tool, das Schaltpläne aufzeichnet und Spice-Schaltungen basierend auf Ngspice- und PCB-Layouts simuliert.
Der Clou dieser Software ist, dass sie webbasiert ist und in einem Browserfenster genutzt werden kann. Daher ist die EasyEDA-Software unabhängig vom Betriebssystem.
KiCad
Jean-Pierre Charras hat KiCad entwickelt. Die Software ist mit Werkzeugen ausgestattet, mit denen Stücklisten, 3D-Ansichten und Illustrationen der Leiterplatte sowie aller auf der Leiterplatte angebrachten Komponenten erstellt werden können. In der Bibliothek stehen viele Softwarekomponenten und -funktionen zur Verfügung, zu denen der Benutzer benutzerdefinierte Funktionen hinzufügen kann. Darüber hinaus wird diese Software in vielen verschiedenen Sprachen unterstützt.
CircuitMaker
Die CircuitMaker-Software wird von Altium entwickelt. Der Editor enthält Speicherorte mit grundlegenden Funktionen, die zum Entwerfen mehrkanaliger und hierarchischer Leiterplattenschaltpläne mit fortschrittlichen Technologien verwendet werden. Alle Schaltpläne werden auf den Server hochgeladen und die Datei kann von jedem eingesehen werden, wenn der Benutzer über ein CircuitMaker-Konto verfügt.
Ich hoffe, dass jeder die Leiterplatte und die Materialien verstehen kann, die zur Erstellung von Software für die Verwendung mit vielen verschiedenen elektronischen und digitalen Geräten verwendet werden.
