Leiterplatte (PCBS) are boards used as substrates in most electronic devices – both as physical supports and as wiring areas for surface mount and socket assemblies. PCBS bestehen normalerweise aus Glasfaser, Verbundepoxidharz oder anderen Verbundmaterialien.

Einführung des PCB-Typs

Die meisten Leiterplatten für einfache elektronische Geräte sind einfach und bestehen nur aus einer einzigen Schicht. Komplexere Hardware wie Computergrafikkarten oder Motherboards können mehrere Schichten haben, manchmal sogar 12.

Although PCBS are usually associated with computers, they can be found in many other electronic devices, such as televisions, radios, digital cameras and cell phones. Neben der Verwendung in Unterhaltungselektronik und Computern werden verschiedene Arten von PCBS in einer Vielzahl anderer Bereiche verwendet, darunter:

• Medizinische Ausrüstung. Elektronik ist jetzt dichter und verbraucht weniger Strom als frühere Produkte, sodass neue und aufregende medizinische Technologien getestet werden können. Most medical devices use high-density PCBS for creating the smallest and most dense designs. Dies trägt dazu bei, einige der einzigartigen Beschränkungen zu mildern, die bei der Entwicklung von Vorrichtungen zur Verwendung im medizinischen Bereich aufgrund des Bedarfs an geringer Größe und geringem Gewicht auftreten. PCBS haben in allen Bereichen Einzug gehalten, von kleinen Geräten (wie Herzschrittmachern) bis hin zu großen (wie Röntgengeräten oder CAT-Scannern).

• Industrielle Maschinen. PCBS werden häufig in Hochleistungs-Industriemaschinen verwendet. Dickkupfer-PCBs können dort verwendet werden, wo die aktuellen XNUMX-Unzen-Kupfer-PCBs die Anforderungen nicht erfüllen. Dickere Kupferleiterplatten sind in Fällen wie Motorsteuerungen, Hochstrom-Batterieladegeräten und industriellen Lasttestern von Vorteil.

• Beleuchtung. Da LED-basierte Beleuchtungslösungen aufgrund ihres geringen Stromverbrauchs und ihrer hohen Effizienz beliebt sind, sind es auch die zu ihrer Herstellung verwendeten Aluminium-Backplane-Leiterplatten. Diese PCBS dienen als Radiatoren und ermöglichen eine höhere Wärmeübertragung als Standard-PCBs. These same aluminum backboard PCBS form the basis of high lumen LED applications and basic lighting solutions.

• Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie. The automotive and aerospace industries use flexible PCBS designed to withstand the high vibration environments common in both fields. Je nach Spezifikation und Ausführung können sie auch sehr leicht sein, was für die Herstellung von Teilen in der Transportindustrie notwendig ist. They can also fit into tight Spaces that may exist in these applications, such as inside the dashboard or behind the instruments on the dashboard.

Es gibt viele Arten von Leiterplatten, jede mit ihren eigenen einzigartigen Herstellungsspezifikationen, Materialarten und Verwendungen: einlagige Leiterplatte, zweilagige Leiterplatte, mehrschichtige Leiterplatte, starre Leiterplatte, flexible Leiterplatte, starre flexible Leiterplatte, Hochfrequenz-Leiterplatte, Aluminiumrückseite Leiterplatte.

Eine einlagige Leiterplatte

Ein- oder einseitige Leiterplatte ist eine Leiterplatte oder ein Substrat aus einem einzigen Substrat. Eine Seite des Substrats ist mit einer dünnen Metallschicht beschichtet. Kupfer ist aufgrund seiner guten elektrischen Leitfähigkeit die am häufigsten verwendete Beschichtung. Once a copper-based coating is applied, a protective welding mask is usually used, followed by the use of all elements on the last screen printing plate.

Einführung des PCB-Typs

Single-Layer-/Single-Side-Leiterplatten sind einfach zu entwerfen und herzustellen, da sie die verschiedenen Schaltungen und Komponenten nur auf einer Seite verschweißen. Diese Allgegenwart bedeutet, dass sie vor allem bei Großaufträgen zu geringen Kosten erworben werden können. Kostengünstige Modelle mit hoher Kapazität bedeuten, dass sie häufig in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, darunter Taschenrechner, Kameras, Radios und Stereoanlagen, Solid-State-Laufwerke, Drucker und Netzteile.

Double-layer printed circuit board

Das Trägermaterial für eine doppel- oder doppelseitige Leiterplatte ist auf beiden Seiten der Leiterplatte mit einer dünnen Schicht aus leitfähigem Metall, z. B. Kupfer, versehen. Durch die Platine gebohrte Löcher ermöglichen, dass Schaltkreise auf einer Seite der Platine mit Schaltkreisen auf der anderen Seite verbunden werden.

Einführung des PCB-Typs

Komponenten einer Schaltung und einer doppellagigen Leiterplatte werden normalerweise auf zwei Arten verbunden: über ein Durchgangsloch oder über eine Oberflächenmontage. A through-hole connection means that small wires called leads are fed through the hole, with each end of the leads welded to the right-hand component.

SMD-PCBs können keine Drähte als Steckverbinder verwenden. Instead, many of the small leads are welded directly to the board, meaning that the board itself is used as a wiring surface for the different components. Dadurch kann die Schaltung mit weniger Platz vervollständigt werden, wodurch Platz frei wird, damit die Platine mehr Funktionen ausführen kann, oft schneller und mit einem geringeren Gewicht, als dies die Durchgangslochplatine erlauben würde.

Double side PCBS are commonly used in applications that require intermediate levels of circuit complexity, such as industrial controls, power supplies, instrumentation, HVAC systems, LED lighting, car dashboards, amplifiers, and vending machines.

Mehrschichtleiterplatte

Mehrschicht-PCB besteht aus einer Reihe von drei oder mehr Schichten von Doppelschicht-PCBs. These plates are then held together with special glue and clamped between the insulation pieces to ensure that excess heat does not melt any of the components. Multi-layer PCBS come in a variety of sizes, as small as four layers or as large as ten or twelve. Die größte jemals gebaute Multilayer-Leiterplatte ist 50 Lagen dick.

Einführung des PCB-Typs

For multilayer printed circuit boards, designers can produce very thick, complex designs suitable for a variety of complex electrical tasks. Beneficial applications for multilayer PCBS include file servers, data storage, GPS technology, satellite systems, weather analysis and medical devices.

Starre Leiterplatte

Rigid printed circuit boards are printed circuit boards made of a strong substrate material that prevents the board from twisting. Probably the most common example of a rigid PCB is a computer motherboard. The motherboard is a multi-layer PCB designed to distribute power from the power supply while allowing all parts of the computer to communicate with each other, such as the CPU, GPU and RAM.

Starre PCB-Zusammensetzung ist vielleicht die größte Anzahl hergestellter PCBS. These PCBS can be used anywhere the PCB itself needs to be set to a shape and remain so for the rest of the life of the device. Starre PCBS können einfache Single-Layer-PCBs oder 8-Layer- oder 10-Layer-PCBs sein.

Einführung des PCB-Typs

Alle starren Leiterplatten haben Einzel-, Doppel- oder Mehrschichtstrukturen, sodass sie dieselbe Anwendung haben.

Flexible Leiterplatte

Im Gegensatz zu starren Leiterplatten, die antihaftbeschichtete Materialien wie Glasfaser verwenden, bestehen flexible Leiterplatten aus Materialien, die gebogen und bewegt werden können, wie beispielsweise Kunststoff. Similar to rigid PCBS, flexible PCBS come in single, double, or multi-layer formats. Da sie auf flexible Materialien gedruckt werden müssen, sind sie in der Herstellung tendenziell teurer.

Einführung des PCB-Typs

Dennoch bieten flexible Leiterplatten viele Vorteile gegenüber starren Leiterplatten. The most striking of these advantages is their flexibility. Dadurch können sie um die Kanten gefaltet und um die Ecken gewickelt werden. Ihre Flexibilität spart Kosten und Gewicht, indem eine einzige flexible Leiterplatte verwendet wird, um Bereiche abzudecken, die möglicherweise mehrere starre Leiterplatten benötigen.

Flexible Leiterplatten können auch in Bereichen verwendet werden, die von mehreren starren Leiterplatten betroffen sein können. Umweltgefahren. Zu diesem Zweck werden sie nur aus Materialien hergestellt, die wasserdicht, stoßfest, korrosionsbeständig oder hochtemperaturbeständig sein können – eine Option, die herkömmliche starre Leiterplatten möglicherweise nicht bieten.

Flexible starre Leiterplatte

When it comes to the two most important overall PCBS, flexible rigid PCBS combine the best of both. Die flexible starre Platine besteht aus mehreren flexiblen PCB-Schichten, die an mehreren starren PCB-Schichten befestigt sind.

Flexible starre Leiterplatten haben viele Vorteile gegenüber der Verwendung von starren oder flexiblen Leiterplatten nur in bestimmten Anwendungen. Starr-flexible Platten haben beispielsweise eine geringere Anzahl von Teilen als herkömmliche starre oder flexible Platten, da die Verdrahtungsoptionen für beide in einer einzigen Platte kombiniert werden können. Combining rigid and flexible boards into a single rigid-flexible board also allows for a more streamlined design that reduces overall board size and package weight.

Einführung des PCB-Typs

Flexible starre Leiterplatten werden am häufigsten in Anwendungen verwendet, bei denen Platz oder Gewicht von größter Bedeutung sind, einschließlich Mobiltelefonen, Digitalkameras, Herzschrittmachern und Autos.

Hochfrequenz-Leiterplatte

Hf PCBS beziehen sich auf allgemeine PCB-Designelemente und nicht auf die PCB-Konstruktion wie in früheren Modellen. Hf PCBS sind Leiterplatten, die für die Übertragung von Signalen über 1 Gigahertz ausgelegt sind.

Einführung des PCB-Typs

Hf-PCB-Materialien umfassen typischerweise glasfaserverstärktes Epoxidlaminat der Güteklasse FR4, Polyphenylenether (PPO)-Harz und Teflon. Teflon ist aufgrund seiner kleinen und stabilen Dielektrizitätskonstante, des geringen dielektrischen Verlustes und der insgesamt geringen Wasseraufnahme eine der teuersten Optionen.

Viele Aspekte der PCB-Platine und des entsprechenden PCB-Steckverbindertyps müssen bei der Auswahl der Hochfrequenz berücksichtigt werden, einschließlich Dielektrizitätskonstante (DK), Verlustleistung, Verlust und Dicke des Dielektrikums.

Der wichtigste davon ist der Dk des betreffenden Materials. Materialien mit einer hohen Wahrscheinlichkeit einer Änderung der Dielektrizitätskonstante erzeugen häufig Impedanzänderungen, die die Oberwellen stören, aus denen das digitale Signal besteht, und zu einem Gesamtverlust der digitalen Signalintegrität führen – ein Faktor, den hf PCBS verhindern sollen.

Weitere Überlegungen bei der Auswahl des Leiterplatten- und PC-Steckverbindertyps für die Entwicklung von HF-Leiterplatten sind:

• Dielektrischer Verlust (DF), der die Qualität der Signalübertragung beeinträchtigt. Ein kleiner dielektrischer Verlust kann zu einer geringen Signalverschwendung führen.

• Thermal expansion. Wenn die zum Aufbau der Leiterplatte verwendeten Materialien, wie z. B. Kupferfolie, unterschiedliche Wärmeausdehnungsraten aufweisen, können sich die Materialien aufgrund von Temperaturänderungen voneinander lösen.

• Wasseraufnahme. Eine hohe Wasseraufnahme kann die Dielektrizitätskonstante und den Dielektrizitätsverlust einer Leiterplatte beeinflussen, insbesondere wenn sie in nassen Umgebungen verwendet wird.

• Andere Widerstände. Materialien, die zur Herstellung von HF-Leiterplatten verwendet werden, müssen hinsichtlich Hitzebeständigkeit, Schlagfestigkeit und gefährlicher Chemikalien bewertet werden.

Leiterplatte mit Aluminiumrücken

Das Design einer aluminiumbeschichteten Leiterplatte entspricht in etwa dem einer kupferbeschichteten Leiterplatte. Anstelle von Glasfaser, die bei den meisten Leiterplattentypen üblich ist, verwenden Aluminium-Backplane-PCBs jedoch Aluminium- oder Kupfersubstrate.

Einführung des PCB-Typs

Der Aluminiumträger ist mit einer Isolierung ausgekleidet und hat einen geringen Wärmewiderstand, was bedeutet, dass weniger Wärme von der Isolierung auf den Träger übertragen wird. Sobald die Isolierung aufgebracht ist, werden Schichten von Kupferschaltungen mit einer Dicke von 1 Unze bis 10 Zoll aufgebracht.

PCBS mit Aluminiumrücken haben eine Reihe von Vorteilen gegenüber PCBs mit Glasfaserrücken, darunter:

• Kostengünstig. Aluminium ist eines der am häufigsten vorkommenden Metalle auf der Erde und macht 8.23 % des Erdgewichts aus. Der Abbau von Aluminium ist einfach und kostengünstig, was dazu beiträgt, die Kosten im Herstellungsprozess zu senken. Dadurch ist es billiger, Produkte aus Aluminium herzustellen.

• Umweltschutz. Aluminium ist ungiftig und leicht zu recyceln. Auch die Herstellung von Leiterplatten aus Aluminium ist eine gute Möglichkeit, Energie zu sparen, da sie einfach zu montieren ist.

• Wärmeableitung. Aluminium ist eines der besten Materialien, die verwendet werden können, um die Wärme von Schlüsselkomponenten einer Leiterplatte abzuleiten. Es strahlt die Wärme nicht an den Rest der Platte ab, sondern ins Freie. Aluminium-PCBs kühlen schneller ab als Kupfer-PCBs gleicher Größe.

• Materialbeständigkeit. Aluminium ist haltbarer als Materialien wie Fiberglas oder Keramik und eignet sich besonders gut für Falltests. Die Verwendung stärkerer Substrate trägt dazu bei, Schäden während der Herstellung, des Transports und der Installation zu reduzieren.

All diese Vorteile machen Aluminium-Leiterplatten zu einer ausgezeichneten Wahl für Anwendungen, die eine hohe Ausgangsleistung innerhalb sehr enger Toleranzen erfordern, einschließlich Verkehrsscheinwerfer, Fahrzeugbeleuchtung, Netzteile, Motorsteuerungen und Hochstromkreise.

Neben ihren Haupteinsatzgebieten können aluminiumkaschierte Leiterplatten auch dort eingesetzt werden, wo eine hohe mechanische Stabilität gefordert ist oder die Leiterplatte hohen mechanischen Belastungen standhalten kann. Sie sind weniger anfällig für Wärmeausdehnung als Glasfaserplatten, was bedeutet, dass sich andere Materialien auf der Platte, wie Kupferfolie und Isolierung, weniger leicht ablösen, was die Lebensdauer des Produkts weiter verlängert.

Im Laufe der Jahre haben sich PCBS von einfachen einlagigen PCBS wie Rechnern für elektronische Geräte zu komplexeren Systemen wie Hochfrequenz-Teflondesigns entwickelt. PCBs haben ihren Weg in fast jede Branche der Welt gefunden, von der einfachen Elektronik wie Beleuchtungslösungen bis hin zu komplexeren Branchen wie der Medizin- oder Luft- und Raumfahrttechnik.

Die Entwicklung von PCBS hat auch zur Entwicklung von PCB-Baumaterialien geführt: nicht mehr nur PCBS aus Kupferfolie mit Glasfaserrücken. Zu den neuen Baumaterialien zählen Aluminium, Teflon und sogar biegsame Kunststoffe. Insbesondere biegsame Kunststoffe und Aluminium haben die Herstellung von Produkten wie starr-flexiblen und aluminiumbeschichteten Leiterplatten erleichtert, um häufige Probleme vieler Branchen zu lösen.