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Leiterplatte

Leiterplatte

Leiterplatte 1-2-do Wissen

Eine Leiterplatte ist ein Träger elektronischer Bauteile.
Auf dieser Leiterplatte (auch Platine genannt) werden Bauteile mechanisch befestigt  und miteinander elektrisch verbunden.
Platinen sind in fast jedem elektrischen Gerät verbaut.

Leiterplatten bestehen aus glasfaserverstärkten Kunststoff. Als Hauptbestandteil wurde früher Pertinax genutzt. Heutzutage besteht die Leiterplatte hauptsächlich aus Epoxid (FR4).
Eine dünne Schicht Kupfer (Normalerweise 35µm) wird als Elektrischer Leiter auf die Platte aufgebracht.

Herstellung von Platinen

Belichten

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Das Grundmaterial ist hier eine glasfaserverstärkte Kunststoffplatte mit einer ein- oder zwei-seitigen Kupferschicht. Auf den Kupferschichten ist ein Fotosensitiver Lack aufgebracht.
Das Layout, also die Kupferstrukturen der Schaltung, wird auf Folie ausgedruckt und auf die Platine gelegt. Der Fotolack wird nun mittels UV Licht belichtet. Dort wo die Leiterbahnen auf der Folie sind, wird der Fotolack nicht belichtet.
Als nächstes wird der Fotolack entwickelt und abgespült. Es bleiben die Strukturen der Leiterbahnen erhalten und schützen das Kupfer vor der Säure.
Nun wird die Platine in das Ätzbad, welches z.B. aus Eisen III Chlorid besteht, gelegt. Die belichteten Kupferstellen werden aufgelöst und es bleiben die Leiterbahnen stehen.
Zum Schluss wird die Platine gesäubert und gebohrt.
Wenn die Platine zwei Kupferschichten besitzt, müssen noch Durchkontaktierungen (engl. Vertical Interconnect Access „VIA“) hergestellt werden. Diese verbinden Leiterbahnen von oben und unten. Im Hobbybereich wird dazu ein Loch gebohrt und eine Metallhülse eingepresst.
Im professionellen Bereich werden die Löcher durch einen chemischen Prozess mit Kupfer besetzt.
Als letztes werden die Platinen mit dem meist grünen Lötstopplack bedruckt um das fließen des Lötzinns auf die Lötpads zu begrenzen.

Direkt Toner Methode

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Diese Herstellungsmethode findet sich nur im Hobbybereich.
Dafür wird das Layout spiegelverkehrt mit einem Laserdrucker auf beschichtetes Papier (Katalog, Werbeprospekt o.ä.) gedruckt.
Den Ausdruck legt man nun mit dem Druckbild nach unten auf eine Leiterplatte (ohne Fotolack) und fixiert ihn. Nun wird ein Bügeleisen auf die höchste Stufe gestellt und der Ausdruck wird auf die Kupferschicht aufgebügelt. Durch die Hitze schmelzen die Tonerpartikel und sie verbinden sich mit dem Kupfer. Danach wird das Papier eingeweicht und vorsichtig abgelöst.
Nun kann die Platine geätzt werden. Der Toner auf dem Kupfer ist Säureresistent.
Nach dem Ätzprozess wird der Toner mit Aceton abgewaschen.

Konturfräsen

Beim Konturfräsen werden die Leiterbahnen durch wegfräsen von Kupfer hergestellt. Dies kann mit einer normalen CNC Fräse gemacht werden.
Der Aufwand eine Musterplatine herzustellen ist hier deutlich geringer als beim Ätzen.

Vom Schaltplan zum Layout

Früher wurden Platinen-Layouts ohne PC erstellt.
Entweder wurden die Leiterbahnen mit einem Säureresistenten Stift aufgemalt oder mit Rubbelsymbolen aufgebracht.

Heute nutzt man PC Software (CAD, computer-aided design) zur Erstellung des Layouts.
Die Software unterstützt den Zeichner mit vielen nützlichen Funktionen.

Nach zeichnen des Schaltplans werden im Layout-Editor schon die Verbindungen zwischen den Bauteilen angezeigt. Die Anordnung der Bauteile und Leiterbahnen erfolgt dann nach der Anforderung der Schaltung. Da muss die Anordnung von LEDs, Tastern, Steckern beachtet werden. Bei hoch komplexen Platinen ist sogar die Länge und Breite der Leiterbahnen sehr wichtig.

2,54mm

Wenn man sich mit Platinen beschäftigt, stößt man immer wieder auf 2,54mm.
Der Hintergrund ist folgender: Die Amerikaner sind schuld.
Die meisten Bauteile kommen aus Amerika. Und dort werden die Abmessungen in mil angegeben.
1 mil = 0,001 Inch
1 Inch = 2,54cm
Also:
 1 mil =0,0254mm
Die Anschlüsse von bedrahteten Bauteilen liegen oft 100 Mil auseinander, oder umgerechnet 2,54mm.

Die Einheit „mil“ findet man auch sehr häufig in CAD Software.

Hobbybereich

Lochrasterplatinen

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Im Hobbybereich kommen hauptsächlich Lochrasterplatinen aus Hartpapier zum Einsatz. Diese Platinen sind sehr Preisgünstig und vielseitig einsetzbar.
Eine Europakarte, die Standard-Größe mit 160mm x 100mm, gibt es für unter 2€ zu kaufen.
Das Loch-Raster der Platinen hat einen abstand von 2,54mm und die Löcher haben einen Durchmesser von ca. 1mm.

Verschiedene Kupferstrukturen erleichtern den Aufbau einer Schaltung:

Leiterplatte 1-2-do WissenStreifenraster: Hier ist die Platine in Kuperstreifen aufgeteilt, welche sich über die komplette Platine erstrecken. Die Streifen verbinden die Bauteile, Unterbrechungen werden durch auftrennen hergestellt.

 

 

 

Leiterplatte 1-2-do Wissen3er Ketten: Hierbei sind immer drei Löcher mit Kupfer verbunden. Dieser Typ ist recht praktisch bei Schaltung mit ICs
 

 

 

 

Leiterplatte 1-2-do WissenPunktraster: Hierbei besitzt jedes Loch einen Ring aus Kupfer. Die Verbindung der Bauteile erfolgt idealerweise mit versilbertem Kupferdraht. Dieser Typ Leiterplatte ist am flexibelsten, aber erfordert auch den höchsten Arbeitsaufwand.

 

 

 

Software

Es gibt spezielle Software für den Hobbybereich um Lochrasterplatinen zu zeichnen. Als Beispiel sei „Lochmaster“ von Abacom genannt.

Aber auch jede andere Schaltplan Software lässt sich passend für Lochrasterplatinen konfigurieren. Hier ist zwar der Lernaufwand höher, bringt dafür einen Schaltplaneditor mit.
Gute Software gibt es für den privaten Einsatz mit eingeschränktem Funktionsumfang kostenlos.
Hier sind besonders die Platzhirsche Eagle und Target zu nennen.

Mechanische Bearbeitung

Bohren

Bei Hartpapier Leiterplatten kann ein normaler HSS Bohrer eingesetzt werden.
Bei FR4 sollte bei häufigen Bohren ein Hartmetallbohrer verwendet werden. Ein HSS Bohrer wird hierbei schnell stumpf.

Sägen

Analog zum Bohren macht die Hartpapierleiterplatte hier keine Schwierigkeiten.
Beim FR4 wird ein normales universelles Sägeblatt für Bügelsägen nach paar Platinen merklich stumpf.
Für kleine Tischkreissägen gibt es spezielle Hartmetallblätter, welche deutlich länger halten.

Brechen

Eine Alternative zum sägen stellt das abbrechen dar.
Bei Hartpapier wird jede Seite einmal kräftig mit einem Messer eingeritzt und über eine Scharfe Kante gebrochen.
Bei FR4 ist es Ratsam den Schnitt mehrmals zu wiederholen, und dann erst zu brechen.

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