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Die Basis jeden Rechners Was ist ein Printed Circuit Board (PCB)?

Autor / Redakteur: lic.rer.publ. Ariane Rüdiger / Ulrike Ostler

Printed Circuit Boards (PCB) oder zu deutsch Leiterplatten sind die Grundlage jedes elektronischen Geräts. Auf ihnen werden die elektronischen Komponenten befestigt, verschaltet und mit Strom versorgt.

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Leiterplatten sind die physische Grundlage von elektronischen Schaltungen.
Leiterplatten sind die physische Grundlage von elektronischen Schaltungen.
(Bild: © djama - stock.adob.com)

Gäbe es Leiterplatten nicht, müsste man sie erfinden. Denn sie sind die physische Grundlage, sozusagen der Boden, auf dem das elektronische oder elektrische Gerät aufgebaut wird. Auf der Leiterplatte werden die einzelnen Bauelemente aufgelötet, aufgesteckt oder verklebt.

Grundsätzlich bestehen Leiterplatten aus einem nicht leitenden Basismaterial. Verwendet wurden lange vor allem Hartpappe oder faserverstärkter Kunststoff, heute meist Epoxidharz, auf denen leitfähige Bahnen verlegt werden.

Von der Metallschicht zur Leiterbahn

Die Leiterbahnen werden zunächst als geschlossene Metallschicht auf das Trägermaterial aufgebracht. Später werden dann die nicht leitenden Bereiche abgeätzt. Die Leiterbahnen dienen der Verschaltung der Komponenten auf der Leiterplatte.

Während einfache Leiterplatten nur eine oder zwei (Vorder-/Rückseite) leitende Schichten haben, gibt es inzwischen auch mehrschichtige Leiterplatten (Multilayer). Hier liegen leitende Bahnen in mehreren Schichten übereinander. SIe werden immer wieder durch nicht leitende Schichten getrennt.

Multilayer-Technologien

Die tiefer liegenden Leiterschichten lassen sich über entsprechende Bohrungen in der Leiterplatte kontaktieren. Sie sind so gestaltet, dass sich nur zu der gewünschten Leiterschicht eine Verbindung ergibt.

Multilayer-Technologien ermöglichen eine größere Leiterdichte, die Anbindung von mehr Bauelementen und damit erheblich komplexere Designs. Gleichzeitig steigt aber durch dreidimensionale Leiterplattentechnologien die Komplexität der Entwurfs- und Fertigungsprozesse erheblich. Bei Servern gibt es heute bis zu 16 Leiterplatten-Schichten.

Leiterplattendesign mit CAE-Software

Für die Entwicklung von Leiterplatten gibt es spezielle Softwareprodukte (CAE, Computer-Aided Engineering). Sie erzeugen einen Schaltplan und meist auch eine Stückliste und andere zusätzliche Informationen, die bei der Produktion wichtig werden.

Danach folgt die arbeitsintensive Leiterplattenentflechtung. Dabei wird der Schaltplan in ein kreuzungsfreies Leiterplatten-Layout umgesetzt. Das entflochtene Design wird anschließend im Rahmen der Fertigungsvorbereitung von CAM-Stationen auf praktische Produzierbarkeit geprüft.

Fertigung mit Fotochemie

Die Fertigung von Standardleiterplatten nutzt meist fotochemische Verfahren. Dabei wird die mit einer leitenden Metallschicht überzogene Leiterplatte zunächst mit den nötigen Bohrungen versehen. Diese werden durchkontaktiert. Anschließend wird die Leiterplatte mit einer Fotoresist-Folie überzogen, belichtet und nicht leitende Bereiche werden weggeätzt.

Leiterplatten - hier eine Fertigungsstraße - brauchen bei ihrer Fertigung viel Wasser, um nach jedem Fertigungsdurchgang Chemikalien wieder abzuspülen.
Leiterplatten - hier eine Fertigungsstraße - brauchen bei ihrer Fertigung viel Wasser, um nach jedem Fertigungsdurchgang Chemikalien wieder abzuspülen.
(Bild: Würth Elektronik)

Bei mehrschichtigen Leiterplatten – es gibt mittlerweile welche mit bis zu 48 Schichten - erfolgen diese Abläufe mehrfach, und die einzelnen Leiterplatten werden aufeinandergeklebt.

Stecken, löten oder kleben?

Bauteile werden meistens anhand durch die Leiterplatte gesteckter und dann verlöteter Drähte befestigt und mit den Leiterbahnen auf den Leiterplatten in Kontakt gebracht. Daneben gibt es mittlerweile auch die SMD (Surface-mount Device)-Technologie, bei der Bauelemente ohne Draht direkt auf die Leiterbahn geklebt werden. Außerdem ist es möglich, einfache Bauelemente auch direkt in der Kupferschicht zu realisieren.

Neben den starren gibt es auch flexible, also biegbare, oder teilflexible Leiterplatten. Sie werden meist in Geräten mit sehr geringem Platzangebot, zum Beispiel in Kameras oder Smartphones verwendet. Grundmaterial ist hier Polyimid.

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Über den Autor

lic.rer.publ. Ariane Rüdiger

lic.rer.publ. Ariane Rüdiger

Freie Journalistin, Redaktionsbüro Rüdiger