Was ist eine Leiterplatte und woraus besteht eine Leiterplatte?

PCB (Printed Circuit Board, gedruckte Leiterplatte) besteht aus einer leitfähigen Kupferfolie, die auf ein isolierendes Substrat gelegt wird, um eine elektrische Verbindung zwischen den elektronischen Bauteilen herzustellen. Die Hauptfunktion von PCB besteht darin, elektronische Bauteile und elektrische Verbindungen zu unterstützen, um die Montage und das Schweißen von elektronischen Geräten zu vereinfachen, den Arbeitsaufwand für die Verdrahtung zu verringern, die Arbeitsintensität zu reduzieren und gleichzeitig die Größe der elektronischen Geräte zu verringern, die Produktionskosten zu senken und die Qualität und Zuverlässigkeit der Geräte zu verbessern. Arbeitsintensität, während die Verringerung der Größe der elektronischen Geräte, reduzieren die Produktionskosten, verbessern die Qualität und Zuverlässigkeit der Geräte.

Zusammensetzung von PCB

PCB besteht hauptsächlich aus den folgenden Teilen:
Substrat: in der Regel aus Glasfasern oder Epoxidharz, das mechanische Unterstützung und Isolierung bietet.
Leitende Schicht: aus Kupferfolie, verantwortlich für die Übertragung von Strom und Signalen.
Lötstoppschicht: schützt die Kupferfolie der Leiterplatte vor Oxidation und verhindert Kurzschlüsse.
Zeichenschicht: Markiert die Position der Komponenten auf der Leiterplatte für eine einfache Montage und Wartung.

Zusammensetzung der Leiterplattenschichten

Leiterplatten enthalten viele Arten von Arbeitsschichten, wie Signalschichten, Schutzschichten, Siebdruckschichten, Innenschichten usw.
(1) Abschirmschicht: werden hauptsächlich verwendet, um sicherzustellen, dass die Leiterplatte nicht verzinnt werden muss, um die Zuverlässigkeit des Betriebs der Leiterplatte zu gewährleisten. Unter ihnen sind TopPaste und BottomPaste jeweils die obere und untere Lötstoppmaskenschicht; TopSolder und BottomSolder sind jeweils die Lotpastenschutzschicht und die untere Lotpastenschutzschicht.
(2) Signalschicht: ProtelDXP enthält in der Regel 30 Zwischenschichten, d. h. MidLayer1~MidLayer30, wobei die mittlere Schicht zur Verlegung der Signalleitungen und die obere und untere Schicht zur Platzierung von Bauteilen oder Kupfer verwendet werden.
(3) Siebdruckschicht: Es wird hauptsächlich dazu verwendet, die laufende Nummer der Bauteile, die Produktionsnummer, den Firmennamen usw. auf die Leiterplatte zu drucken.
(4) Interne Schicht: ProtelDXP wird hauptsächlich als Signalverdrahtungsschicht verwendet und enthält insgesamt 16 interne Schichten.
(5) Andere Schichten: umfasst hauptsächlich 4 Arten von Schichten.
DrillGuide (Bohrausrichtungsschicht): Hauptsächlich zum Bohren von Löchern auf der Leiterplatte verwendet.
Keep-OutLayer (Verbot der Verdrahtungsebene): wird hauptsächlich verwendet, um die elektrische Grenze der Leiterplatte zu zeichnen.
DrillDrawing: Hauptsächlich verwendet, um die Form der gebohrten Löcher festzulegen.
Mehrschichtig:Hauptsächlich zum Einstellen der Multi-Layer verwendet.

Leiterplatten bestehen hauptsächlich aus Pads, Perforationen, Befestigungslöchern, Drähten, Bauteilen, Steckverbindern, SMT-Patches, Füllungen, elektrischen Begrenzungen usw.Die Hauptfunktionen der einzelnen Komponenten sind wie folgt folgt:
Lötpads: Metalllöcher zum Schweißen von Bauteilstiften.
Durchgangsbohrung: Es gibt metallische Durchgangslöcher und nichtmetallische Durchgangslöcher, wobei die metallischen Durchgangslöcher zur Verbindung der Bauteilstifte zwischen den Schichten verwendet werden.
Befestigungslöcher: zur Befestigung der Leiterplatte.
Drähte: Kupferfolie, die zur Verbindung der Komponentenstifte des elektrischen Netzes verwendet wird.
Verbinder: Dient zur Verbindung von Bauteilen zwischen Leiterplatten.
Füllen: Kupferverlegung für das Erdungsnetz, wodurch die Impedanz wirksam verringert wird.
Electrical Boundary (Elektrische Begrenzung): Wird verwendet, um die Abmessungen der Leiterplatte zu bestimmen; alle Komponenten auf der Platte dürfen diese Begrenzung nicht überschreiten.

Arten von PCBs

Auf der Grundlage der Anzahl der leitenden Schichten können Leiterplatten wie folgt kategorisiert werden:
Einseitige Platte: nur eine Seite ist eine leitende Schicht, die andere Seite ist ein nichtleitendes Material, geeignet für Schaltungen mit geringer Komplexität.
Doppelseitige Platine: beide Seiten haben eine leitende Schicht, Sie können die beiden Seiten der Leitung durch das Überloch verbinden, geeignet für komplexe Schaltungsdesign.
Multilayer-Platten: haben mehr als drei leitfähige grafische Schichten, die durch interne Drähte verbunden sind, geeignet für hochintegrierte Schaltungen

Was sind die elektronischen Bauteile oberhalb der Leiterplatte?

Widerstände: Widerstände erzeugen einen elektrischen Widerstand gegen Strom. Die am häufigsten verwendeten Widerstände sind Widerstände auf Kohlenstoffbasis (für eine Vielzahl von Anwendungen), Metallfilmwiderstände (für Präzisionsschaltungen) und drahtgewickelte Widerstände (für Leistungsschaltungen und Verstärker).
Kondensatoren: Kondensatoren werden zur Speicherung von Energie in elektronischen Geräten verwendet. Serien von Kondensatoren sind in elektronischen Produkten weit verbreitet, darunter Keramikkondensatoren, Elektrolytkondensatoren und Tantalkondensatoren.
Induktivitäten: Induktivitäten speichern Energie, indem sie ein Magnetfeld erzeugen. Sie helfen, verschiedene Geräte mit Strom zu versorgen, die Spannung zu regulieren und unerwünschtes Rauschen zu unterdrücken.
Potentiometer: Potentiometer regeln die Menge des durch sie fließenden Stroms. Sie werden häufig verwendet, um die Lautstärke, den Ton und die Helligkeit verschiedener Geräte zu regeln.
Transformers: Transformatoren übertragen Energie zwischen Stromkreisen, sie helfen der Elektrizität, sich in verschiedene Richtungen zu bewegen und die Spannung zu ändern.
Diode: In einer Diode fließt der Strom nur in eine Richtung. Dioden werden normalerweise aus Silizium oder Germanium hergestellt.
Transistoren: Transistors are also known as “gatekeepers” because they regulate the power and current in a circuit. They are made of materials such as silicon or germanium. They come in many forms, including field effect transistors (FETs) and bipolar junction transistors (BJTs).
Siliziumgesteuerter Gleichrichter (SCR): Der SCR (auch Thyristor genannt) lässt den Strom in eine Richtung fließen. Er ist anpassungsfähig und kann an bestimmten Punkten im Schaltkreis ein- und ausgeschaltet werden. Seine Hauptfunktion ist die Steuerung der Leistung in einem Stromkreis.
Integrierte Schaltung: Viele elektrische Bauteile wie Transistoren, Widerstände, Kondensatoren usw. werden auf einem kleinen Siliziumplättchen angebracht, um eine integrierte Schaltung (IC) zu bilden. Ingenieure kombinieren sie dann zu komplexen Schaltungen, die eine Vielzahl von Funktionen ausführen.
Oszillator: Quarzoszillatoren nutzen die mechanische Bewegung eines Kristalls, um eine präzise Frequenz zu erzeugen. Sie sind ein wichtiger Bestandteil von GPS-Systemen, Uhren, Armbanduhren und anderen Zeitmessgeräten.
Schalter und Relais: Mit Hilfe von Schaltern und Relais lassen sich die Bewegung von Strom und die genaue Funktion eines Geräts beurteilen. Ein Schalter ermöglicht oder verhindert den Stromfluss in einem Stromkreis. Er fungiert auch als Brücke und verbindet und trennt so elektrische Kanäle.
Sensoren: Sensoren arbeiten, indem sie verschiedene Arten von Eingängen empfangen (z. B. Schall-, Druck-, Temperatur-, Wärme-, Feuchtigkeitssensoren, Position, Vibration usw.) und sie in Form von Signalen ausgeben.

Wie Leiterplatten funktionieren

PCB-Entwurfsphase

Für den Entwurf von Leiterplatten ist eine spezielle Software erforderlich, mit der der Konstrukteur Bauteile, Verdrahtungswege und Lagen entsprechend den Anforderungen, der Funktionalität und dem verfügbaren Platz platziert.
Herstellungsphase
Der Herstellungsprozess beginnt mit der Vervollständigung und Verfeinerung des Entwurfsprozesses. Mit einer dünnen Kupferfolie werden beide Seiten des Substrats bedeckt, um eine leitende Schicht zu bilden. Die Kupferschicht wird dann durch Ätzen oder Bedrucken entfernt, so dass die für die Schaltung benötigten Leiterbahnen und Kontaktflächenmuster übrig bleiben. Im nächsten Schritt werden an bestimmten Stellen der Leiterplatte Löcher gebohrt, durch die Bauteile und Durchkontaktierungen geführt werden, um die elektrischen Verbindungen zwischen den verschiedenen Schichten aufrechtzuerhalten. Anschließend wird eine Lötschicht auf die Kupferbahnen und -pads aufgetragen, die Platz für das Einlöten der Bauteile lässt. Eine Lötschicht wird in der Regel auch auf das Ende der Platine aufgetragen, um das freiliegende Kupfer zu schützen und der Platine Festigkeit zu verleihen.
Hinzufügen von elektronischen Komponenten
Nach der Herstellung der Leiterplatte müssen die elektronischen Bauteile darauf installiert werden, was im Allgemeinen auf zwei Arten geschieht.
Durchsteckmontage (THT), bei der Bauteile mit Leitungen in vorgebohrten Löchern in der Leiterplatte befestigt und die Leitungen auf gegenüberliegenden Seiten verlötet werden.
Surface Mount Technology (SMT), bei der die Bauteile ohne Anschlüsse direkt auf die Leiterplatte gelötet werden.
Beziehungen zwischen den Komponenten
Die Verbindung zwischen den montierten Bauteilen wird durch Leiterbahnen auf der Leiterplatte hergestellt. Diese Leiterbahnen fungieren als Schleusen für den freien Fluss des elektrischen Stroms und bilden so den Stromkreis.
Prüfung von gedruckten Schaltungen
Nachdem die Bauteile auf die Platine gelötet und die Verbindungen zwischen ihnen überprüft worden sind, wird die Platine strengen und kontinuierlichen Tests unterzogen, um den ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten. Dazu gehören Durchgangsprüfungen, Signalintegritätsanalysen und Funktionstests.
Integration
Sobald die Funktionalität einer Leiterplatte erfolgreich nachgewiesen wurde, kann sie in dem System oder Gerät verwendet werden, für das sie entworfen wurde. Sie kann mit anderen Leiterplatten oder externen Geräten verbunden werden, um das gesamte System zu vervollständigen.

PCB-Anwendung Szenarien und Aussichten

Leiterplatten sind in verschiedenen elektronischen Geräten weit verbreitet, von kleinen elektronischen Uhren und Taschenrechnern bis hin zu großen Computern, Kommunikationsgeräten, militärischen Systemen usw. Sie ist nicht nur der Träger von elektronischen Bauteilen, sondern auch eine Schlüsselkomponente zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Bauteilen. Die Leiterplattenindustrie ist eine der wichtigsten Industrien im globalen Teilsektor der elektronischen Komponenten, und die Marktnachfrage ist sehr stark. Mit der Entwicklung von aufstrebenden Bereichen wie 5G, integrierten Schaltkreisen, neuen Energiefahrzeugen und der digitalen Wirtschaft sind die Aussichten für den PCB-Markt sehr breit.Seit 2016 ist der globale PCB-Marktwert weiterhin schnell gewachsen, und es wird erwartet, dass bis 2028 der globale PCB-Produktionswert 90,413 Milliarden US-Dollar erreichen wird, mit einer geschätzten durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 5,40% von 2023 bis 2028 . Darüber hinaus wirkt sich die Herstellungsqualität von Leiterplatten direkt auf die Zuverlässigkeit und Wettbewerbsfähigkeit elektronischer Produkte aus, so dass ihr technologisches Niveau und die kontinuierliche Verbesserung der Marktnachfrage der Entwicklung der Branche einen starken Impuls verleihen.