Leiterplatten (LP) / PCB’s (Printed Circuit Boards) sind in der Elektronik weithin bekannt. Die erste Leiterplatte, erfunden von Paul Eisler, stammt aus dem Jahr 1936. Damals wurden die Leiterbahnen noch von Hand gezeichnet und das war ein zeitaufwendiger Vorgang. Das LP-Patent wurde erst im Jahr 1943 angemeldet.
Der Aufbau der Leiterplatte war und ist ein isolierendes Trägermaterial mit Kupferbahnen, die die Verbindungen zwischen den Bauteilen gewährleisten. Heute gibt es viele verschiedene Arten von Leiterplatten.
Die Hauptgruppen sind unterteilt in:
• Starre Leiterplatte, Beispiel von eine starre LP (rigid PCB)
• Flexibele Leiterplatten, Beispiel von eine flexibele LP (flexible PCB)
• Star-flexibele Leiterplatte, Beispiel von eine star-flexible LP (rigid-flex PCB)
Die gebräuchlichsten Leiterplatten sind die starren Leiterplatten. Wir können diese Gruppe unterteilen in: einseitige, doppelseitige und mehrlagige Leiterplatten (Multilayer PCBs).
Welche Materialien werden für Leiterplatten verwendet?
Für starre Leiterplatten gibt es viele verschiedene Trägermaterialien, wie zum Beispiel: FR 1 (gepresstes Papier in Phenol), FR 2 (Pertinax = gepresste Baumwolle in Phenol), FR 4 (Glasfasermatten in Epoxidharz), FR 5 (verbesserte FR 4, für höhere Temperaturen) , FR 6, Polyamid/Teflon, CEM 1 (Papierkern mit Glasfaser in Epoxid), CEM 3 (Papierkern mit Glasfaser in Epoxid), Keramik, Metall (Kupfer, Aluminium, Eisen) usw.
Das am häufigsten verwendete Leiterplattenmaterial ist das sehr starke FR 4. FR steht für „flammhemmend“ (Flame Retardant). Dieses Material besteht aus mit Epoxidharz imprägnierten Glasfasermatten. Der Vorteil ist, dass dieses Material sehr stark und temperaturbeständig ist. Bei 260°C (für 60 Minuten), 288°C (für 15 Minuten), 300°C (für 3 Minuten) wird es nicht beschädigt.
Die Wahl des Materials hängt von der Anwendung des Endprodukts ab. Wichtig bei der Entscheidung ist die Temperatur (z. B. im Automobil, unter der Motorhaube), die UL-Qualifikation (die Entflammbarkeit, eine Leiterplatte darf niemals Feuer verursachen und muss daher flammhemmend sein), mechanische Kräfte auf das Endprodukt, Umweltaspekte wie feuchtigkeitsbeständig, säurebeständig, UV-beständig etc.
Übersicht von Leiterplattenmaterialien:
Weitere Informationen zu LP-Basismaterialien siehe https://www.isola-group.com/pcb-laminates-prepreg/
Welche Arten von Leiterplatten werden heute am häufigsten verwendet?
Derzeit werden mehrschichtige Leiterplatten (Multilayer PCBs) am häufigsten verwendet. Da bei diesen Leiterplatten die Leiterbahnen sowohl an der Oberfläche als auch „unterirdisch“ in die Leiterplatte eingebaut sind, ist die Signalgeschwindigkeit zwischen den Bauteilen am höchsten, der Abstand kleiner, somit weniger Signalverlust und ein zusätzlicher Vorteil ist, dass diese Leiterplatten weniger Platz verbrauchen (kompakt, schnell).
Was können wir in Zukunft erwarten?
Die Zukunft liegt in der 3D-MID-Technologie (3 Dimensional Molded Interconnect Device).
Seit Einführung des 3D-Druckers ist es möglich, die Spuren direkt in das Gehäuse zu „lasern“. Das Gehäuse wird dann galvanisiert und geätzt, um die Kupfer- und Goldschicht zu erzeugen. Abschließend werden die Bauteile mit Lotpaste (im Reflow-Ofen) direkt in das Gehäuse eingelötet. Also ohne Verwendung einer Leiterplatte!
Das Gehäuse ist die Leiterplatte der Zukunft.
Bevor jedoch die „normale“ Leiterplatte komplett von der Bühne verschwindet, sind wir noch 50 Jahre weiter.
Beispiel für ein 3D-MID-gefertigtes Produkt:
