Leiterplatten – Funktion, Gebrauch und Beschaffung
Als Leiterplatten oder Leiterkarten bezeichnet man eine Konstruktionseinheit auf der seit den 50er Jahren vorwiegend Mikrochips mit anderen diskreten Bauelementen wie Widerständen oder Spulen zusammen gefügt werden.
Sie besteht aus leitenden Strukturen auf einem hochwertigen Isolator, die die einzelnen Bauteile elektrisch miteinander verbinden. Gleichzeitig ist sie der mechanische Träger der Schaltung. Leiterplatten bestehen üblicherweise aus Kupfer-Kaschiertem Epoxydharz-Glasgewebe, bei flexiblen Schaltungen sind auch Polyester-, Polyamid- oder Teflonbahnen in Gebrauch.
Für heutige Anwendungen sind meist Leiterkarten mit mehreren Ebenen (Layern) erforderlich, da sie die Trennung von Signal-, Strom- und Masseleitungen gestatten. Zudem können in Mehrschichtsystemen Leitungen großflächig geführt werden, mit positiven Auswirkungen für Induktivität, Widerstand und Abschirmung. Leiterbreite und – abstand sind dabei abhängig von Stromstärke, Spannungsdifferenz und Erwärmung.
Der Entwurf von Leiterplatten ist meist nur Computer gestützt möglich. Ausgangspunkt bilden dabei der Stromverlauf sowie die Größe der Bauelemente. Ist das Layout erstellt, erfolgt die Herstellung vollautomatisch. Zunächst wird entsprechend der Leiterbahnen Ätzschutzlack mittels Sieb- oder Fotodruck auf die Kupferkaschierung aufgebracht. Die nicht abgedeckten Bereiche werden anschließend weggeätzt, dann wird die Ätzschutzschicht entfernt. Zugeschnitten, mit entsprechenden Bauteilen bestückt und verlötet, ist die Leiterplatte nach durchlauf der Qualitätssicherung nun einsatzfähig.
Bei der Bestückung mit Bauelementen unterscheidet man hauptsächlich zwei Techniken: Bei der ersten werden SMD-Bauelemente (Surface Mounted Device) auf die Platte geklebt oder bei Nicht-SMD-Bauelementen durch Löcher in der Platte (Lötaugen) gesteckt. Anschließend wird eine Wellenlötanlage durchlaufen, wodurch die Bauelemente befestigt und mit den Leiterbahnen verbunden werden. Zum anderen gibt es die Oberflächenmontage auf dem Top-Layer. Dies erfordert spezielle SMD-Bauelemente ohne Anschlussdrähte. Mittels Rakelmaschinen wird eine spezielle Lötpaste auf die Leiterplatte aufgetragen. Danach werden die SMD-Bauelemente von Bestückungsautomaten genau platziert und durchlaufen anschließend einen Lötofen, in dem die Lötpaste schmilzt und die SMD-Bauelemente fest mit der Leiterplatte verbunden werden.
Der Vorteil von SMD-Bauelementen ist der dass dadurch wesentlich kleinere Schaltungen ermöglicht werden und eine leichtere Fertigung möglich ist.