Was ist eine PCB- Leiterplatte?
Ein PCB-Leiterplatte ist ein plattenförmiges elektronisches Bauteil, das in allen Arten von elektronischen Geräten wie PCs und Haushaltsgeräten eingebaut wird.
PCB steht für Printed Circuit Board (deutsch: gedruckte Leiterplatte), auf der Schaltungskomponenten miteinander kommunizieren und Strom austauschen.
Ein ähnlicher Begriff wie PCB-Leiterplatte ist PWB (Englisch: Printed Wired Board). Die PWB, eine gedruckte Schaltung, wird zu einer Leiterplatte, die tatsächlich funktioniert, wenn elektronische Komponenten wie IC-Chips und Kondensatoren darauf montiert werden.
Anwendungen von PCB-Leiterplatten
PCB-Leiterplatten werden in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt, von allgemeinen elektronischen Geräten wie PCs und Haushaltsgeräten bis hin zu Großgeräten in der Fertigungsindustrie, Servern für die KI-Entwicklung und Datenzentren sowie Steuergeräten für Autos und Züge.
PCB-Leiterplatten wurden erstmals um 1950 in der Praxis eingesetzt und die Zahl der entwickelten und hergestellten Geräte und Ausrüstungen ist seitdem drastisch gestiegen. In den letzten Jahren, als sich die Leistung von IoT-Geräten und Servern für die Entwicklung von KI verbesserte, wurden auch die PCB-Leiterplatten immer stärker miniaturisiert, dicht bestückt und zu Hochleistungskomponenten. Diese Technologie hat dazu geführt, dass Hochleistungs-PCB-Leiterplatten sogar in gewöhnliche Produkte der Unterhaltungselektronik eingebaut werden. PCB-Leiterplatten sind heute ein unverzichtbarer Bestandteil der Elektronikindustrie.
Funktionsweise von PCB-Leiterplatten
Elektronische Bauteile werden auf eine Leiterplatte gelötet und kommunizieren und übertragen Strom zwischen ihnen. Dadurch werden die Leistung und die Funktionen der Schaltung ermöglicht. Man kann ohne Übertreibung sagen, dass die Zuverlässigkeit und Leistung elektronischer Geräte durch die PCB-Leiterplatte bestimmt wird.
Arten von PCB-Leiterplatten
PCB-Leiterplatten lassen sich wie die Leiterplatten allgemein grob in zwei Typen einteilen: starre und flexible Leiterplatten. Sie unterscheiden sich in Form und Größe, die von der Größe zweier Hände bis zur Größe eines Fingers reichen.
Starre Leiterplatten sind harte Leiterplatten, die nicht gebogen werden können, während flexible Leiterplatten weiche Leiterplatten sind, die gebogen werden können. Sie werden je nach den konstruktiven Einschränkungen und der Anwendung des Geräts unterschiedlich oder zusammen verwendet.
Starre Leiterplatten sind im Allgemeinen rechteckig und 1-1,6 mm dick. Die meisten Oberflächenfarben sind grün. Es gibt eine Vielzahl von Typen, die von einfachen Leiterplatten mit einseitiger Verdrahtung und Bauteilen auf einer Seite bis hin zu komplexen Leiterplatten mit 10 oder mehr Lagen mehrlagiger Verdrahtung und doppelseitigen Bauteilen reichen. Auf Leiterplatten mit einer großen Anzahl von Bauteilen können Tausende oder Zehntausende von Bauteilen montiert sein.
Flexible Leiterplatten werden in einer Vielzahl von Formen hergestellt, um ihre Flexibilität auszunutzen. Die Dicke beträgt im Allgemeinen einige zehn Mikrometer. Aufgrund der Einschränkungen der Flexibilität ist die Anzahl der Lagen und der darauf montierten Bauteile geringer als bei starren Leiterplatten.
Auswahl von PCB-Leiterplatten
PCB-Leiterplatten sollten unter Berücksichtigung der für die Schaltung erforderlichen Leistung (elektrische Eigenschaften, mechanische Eigenschaften, Haltbarkeit/Zuverlässigkeit usw.) und der Kosten ausgewählt werden:
1. Starre Leiterplatten
Starre Leiterplatten sind steifer und dicker als flexible Leiterplatten. Daher können auf ihnen mehr Bauteile montiert werden als auf flexiblen Leiterplatten und sie können einen höheren Strom führen. Ein weiterer Vorteil starrer Leiterplatten besteht darin, dass komplexe Verdrahtungsmuster auf einer begrenzten Fläche realisiert werden können.
Starre Leiterplatten sind weltweit der Hauptbestandteil von PCB-Leiterplatten. Folglich sind starre Leiterplatten billiger als flexible Leiterplatten. Auch die entsprechenden Kosten für die Montage von Bauteilen sind niedriger als bei flexiblen Leiterplatten. Aus diesen Gründen werden starre Leiterplatten häufig gewählt, wenn verschiedene Funktionen realisiert werden sollen und elektronische Geräte mit hohem Stromverbrauch stabil betrieben werden sollen.
2. Flexible Leiterplatten
Flexible Leiterplatten werden aufgrund ihrer flexiblen Eigenschaften für gleitende und zu öffnende/schließende Teile von Geräten und PCB-Leiterplatten-Verbindungen verwendet. Beispielsweise werden flexible Leiterplatten in den Scharnieren zum Öffnen/Schließen alter Mobiltelefone verwendet.
Obwohl die Stromstärke und die Anzahl der Bauteile, die montiert werden können, begrenzt sind und die Kosten für die Herstellung spezieller Vorrichtungen für die Montage der Bauteile hoch sind, werden flexible Leiterplatten manchmal zur Realisierung von Geräten mit komplexen Strukturen verwendet.
Aufbau von PCB-Leiterplatten
PCB-Leiterplatten haben die gleiche Struktur wie die für gedruckte Schaltungen beschriebenen PWBs. Welche Struktur gewählt wird, hängt von der Größe und Struktur des Geräts, der erforderlichen Leistung und den Kosten ab.
Kleine, leistungsstarke Verbrauchergeräte wie Smartphones und Tablets stellen zum Beispiel hohe Anforderungen an fortschrittliche und komplexe Schaltungen, Platzersparnis und Kostenreduzierung. Aus diesem Grund werden starre Multilayer-Leiterplatten, die feine Komponenten in hoher Dichte aufnehmen können und flexible Leiterplatten, die sich auf kleinem Raum integrieren lassen, gemeinsam verwendet. Bei Anwendungen in der Automobilindustrie sind der Bauraum und die Kosten etwas großzügiger als bei Konsumgütern, so dass eine Leiterplattenstruktur gewählt wird, bei der Leistung, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit im Vordergrund stehen.