Starre Leiterplatten: Die Helden der Elektronik

Starre Leiterplatten (auch PCB) gehören zu den wichtigsten Erfindungen in der modernen Elektronik. Sie ermöglichen das Leiten elektrischer Spannungen in Geräten wie Smartphones und Laptops, sind aber auch in Waschmaschinen und Backöfen zu finden.

Funktion:
Die Funktionsweise ist leicht erklärt. Auf einer starren Platte, welche meist aus Plastik oder Fiberglas hergestellt wird, sind Leiterbahnen aus Kupfer, in seltenen Fällen auch aus anderen Metallen, aufgetragen. Diese Leiterbahnen bringen den Strom von A nach B, und somit von einem elektronischen Bauteil zum nächsten. Starre Leiterplatten ermöglichen also die Kommunikation der einzelnen Bauteile untereinander, sowie die Versorgung der Bauteile mit Elektrizität. Warum das so wichtig ist, lässt sich am besten an einem konkreten Beispiel veranschaulichen.
Der CPU eines modernen Computers, also die Hauptrecheneinheit besitzt einige tausend Ein- und Ausgänge. Diese sorgen für die Kommunikation mit anderen Bauteilen, wie der Festplatte, der Grafikkarte, USB-Sticks und vielem mehr. Ohne Starre Leiterplatten in Form des "Mainboards" des Computers, also der Hauptplatine, müssten diese tausenden Aus- und Eingänge einzeln über Kabel verknüpft werden. Ein echter Kabelsalat!
Leiterplatten ermöglichen es jetzt, all diese Verbindungen auf einer Platte zusammenzufassen, welche nur wenige Millimeter dick ist.
Dies hat einerseits den Vorteil, dass der Produktionsprozess leicht automatisiert werden kann, da diese Platten einfach maschinell hergestellt werden können, andererseits bietet dies auch eine hohe räumliche Effizienz.
Erst dies macht ein kompaktes Gerät, wie zum Beispiel ein Smartphone möglich.
In solch komplexen Geräten kann es allerdings zu Überschneidungen einzelner Leiterbahnen kommen. Deswegen wird hier auf Starre Leiterplatten mit mehreren Schichten (auch "Layer") zurückgegriffen. Diese Schichten sind voneinander unabhängig und ermöglichen so die weitere Komprimierung komplexer Schaltungen.

Herstellung:
Die Herstellung dieser Leiterplatten kann je nach Anwendungsbereich und Hersteller unterschiedlich ablaufen:

Methode 1: Fräsen
Aus einer mit Kupfer beschichteten Platte werden die Teile herausgefräst, die nicht zu der gewollten Schaltung gehören. Übrig bleiben die gewollten Leiterbahnen. Diese Methode ist vor allem für die Produktion kleiner Mengen geeignet, da sie schon mit günstigen CNC-Fräsen umsetzbar ist.

Methode 2: Drucken
Bei dieser Methode werden die Leiterbahnen mittels eines "Extruders" auf die Leiterplatte gedruckt. Daher kommt auch die Abkürzung PCB, denn diese steht für "Printed Circuit Board" (Gedruckte Leiterplatte).

Methode 3: Ätzen
Hier wird ähnlich wie bei der ersten Methode eine mit Kupfer beschichtete Platte verwendet. Diese wird jedoch zusätzlich mit einem Fotosensitiven Material überzogen. Nun wird ein Bild der Schaltung auf die Platte aufgebracht und anschließend mit UV-Licht bestrahlt. Dies zerstört den Film, und legt die ungewollten Bereiche der Kupferbeschichtung frei. Anschließend werden diese freigelegten Teile mithilfe von Säuren ausgewaschen und es bleiben die gewollten Leiterbahnen übrig.


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