Leiterplatten-Erstellung: Eine kurze Einführung in die Thematik
Leiterplatten (Printed Circuit Board) sind das Herzstück eines jeden Elektrogeräts. Sie sind für die Verbindung der einzelnen elektrischen Bauteile zuständig. Die steigende Anzahl der im Umkreis existierenden Elektrogeräte, verschafft der Leiterplattenbranche einen neuen Höhenflug. Heutzutage besitzt fast jeder ein Smartphone, einen Computer und andere elektrische Extras. Und jedes Gerät ist mit einer hochtechnischen Leiterplatte ausgestattet. Stellt euch einmal vor, wie klein und unfassbar kompliziert jene in den Apples Watches oder Smartwatches sein müssen! Natürlich könnt ihr als Student oder als Berufseinsteiger sowas noch nicht modellieren. Doch wie können die performanten Signalträger einigermaßen effizient produziert werden? Wir wollen für euch die wichtigsten Schritte kurz zusammenfassen und erläutern.
Die Kunst liegt in einem ausgezeichneten Design
Erstellt man eine Leiterplatte für ein bestimmtes Gerät, sollte man als allererstes alle Entwurfsrichtlinien erfassen (design requirements). Diese beinhalten alle Anforderungen, welche die Leiterplatte im Endgerät erfüllen muss. Zum Beispiel, die Größe, die Anzahl der Schichten und die Komplexität der Platine. Sind alle Eigenschaften erfasst, beginnt man mit dem Schaltplan der Platine. Dieser ist eine grafische Darstellung der elektrischen Schaltungen. Der Schaltplan gleicht dem Grundrisse eines Hauses. Steht der Schaltplan, beginnt der eigentliche Designprozess. Je nach Komplexität der Leiterplatte, solltet ihr natürlich dementsprechende Software für die Erstellung des Designs verwenden. Handelt es sich um einen technisch komplizierte Leiterplatte, solltet ihr definitiv professionelle PCB-Design Programme verwenden. Ein recht bekanntes Programm hierzulande ist der Altium Designer von der gleichnamigen Firma Altium. Dieses Programm funktioniert zuverlässig und beinhaltet eine Vielzahl nützlicher Extras. Zum Beispiel zählt dazu die automatische Kontrolle des Designs auf mögliche Fehler. Dadurch spart ihr potentiell Zeit und Geld.
Tipp: Design ausführlich testen
Beim Erstellen von Leiterplatten-Design gibt es „Dos“ und „Donts“. Habt ihr zum Beispiel einen ersten Designentwurf erstellt, solltet ihr diesen erst einmal ausführlich testen. Ist der Designentwurf für die Produktion freigegeben, gibt es nämlich kein Zurück mehr. Stellen sich während der Produktion Fehler im Design heraus, kann das schwerwiegende finanzielle Folgen haben. Testet also das Leiterplattendesign ausführlich und präzise. Wie ist die Leitfähigkeit des Designs? Wie reagiert die Leiterplatte auf Stöße? Ist die Leiterplatte ausreichend hitzeresistent? Ist die Größe der Leiterplatte richtig? Das sind alles Fragen, welche ihr euch beim Test des Designs stellen sollen. Moderne PCB-Design Programme führen viele dieser Tests automatisch durch. Dank einer rechnerischen Simulation sind die Programme in der Lage, Schwachstellen im Design zu finden. Wollt ihr zu 100% sicher sein, könnt ihr vor der Produktion auch einen Prototyp des Designs erstellen.
Die Produktion der Leiterplatte
Zuletzt geben wir euch noch einen Einblick in die Produktion von Leiterplatten: Steht das Design einmal, müsst ihr die Fertigungsdateien erstellen und exportieren. Diese werden von der Fabrik verwendet, um die Leiterplatte herzustellen. Die meisten Leiterplatten werden heutzutage im asiatischen Raum hergestellt. Die größten Leiterplatten Produzenten sind: Hong Kong, Südkorea und Taiwan. In den drei Ländern, werden insgesamt, jährlich Leiterplatten im Wert von über 300 Milliarden Dollar hergestellt.
Fast alle Arbeitsschritte der Produktion sind dabei automatisiert. Die Leiterplatten werden von sogenannten Roboterarmen erstellt. Die menschlichen Arbeiter in der Produktion sind für die Qualitätskontrolle und für die Einstellung und Wartung der Maschinen zuständig. Die Erstellung einer komplexen Leiterplatte wäre von Hand auch nicht möglich. Heutige Leiterplatten können bis zu 80 Schichten besitzen und müssen daher mit absoluter Präzision zusammengepresst werden. Solche präzisen Arbeiten können nur von Maschinen erledigt werden. Wurde die Leiterplatte erfolgreich gepresst, muss sie vor der Lieferung noch hermetisch verpackt werden.
