Die Grundlage von jedem elektronischen Gerät ist die Leiterplatte. Wie werden Leiterplatten hergestellt und in welchen Geräten finden wir sie? Seit wann ist diese Technologie weit verbreitet?
Was ist eine Leiterplatte?
Eine Leiterplatte (englisch PCB, Printed Circuit Board) ist eine Anordnung von Bohrungen (metallisiert und nicht metallisiert) und leitenden Kupferelementen auf einem dielektrischen Basismaterial, z. B. FR4 Glas-Epoxid, MCPCB Aluminium, Teflon oder Keramik. Auf der Leiterplatte werden integrierte Schaltkreise, Mikroprozessoren, Kondensatoren und andere Komponenten montiert, die letztlich für den Betrieb elektronischer Geräte verantwortlich sind. Leiterplatten können eine, zwei oder mehrere leitende Schichten (Kupfer) haben.
Geschichte der Leiterplatten
Die ersten Leiterplattenkonzepte werden bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts greifbar, als der deutsche Erfinder Albert Hanson ein Patent für einen Flachleiter für eine mehrlagige Isolierplatte anmeldete. Eine breitere Anwendung fanden Leiterplatten durch die US-amerikanische Rüstungsindustrie, die sie ab 1943 zur Herstellung von Abstandszündern einsetzte. Zur gleichen Zeit entwickelte Paul Eisler den ersten Entwurf einer Kupferfolie auf einem nicht leitenden Glasträger. Die kommerzielle Massenproduktion von Leiterplatten erfolgte in den 1950er Jahren. Die Entwicklung von Leiterplatten in den folgenden Jahren stand unter anderem in Verbindung mit der Entwicklung des integrierten Schaltkreises oder den computergesteuerten Entwurf der Schaltungen selbst. In späteren Jahren führte der technische Fortschritt dazu, dass die Leiterplatten und damit die Geräte immer kleiner wurden und ihre Leistungsfähigkeit zunahm.
Wo werden die Leiterplatten verwendet?
Leiterplatten befinden sich in allen elektronischen Geräten, darunter in Alltagsgegenständen wie Smartphones, TV-Geräten und Computern, aber auch in medizinischen Geräten, Industriemaschinen oder Beleuchtungsanlagen.
Wie sieht die Produktion von Leiterplatten bei Techno-Service S.A. TS PCB aus?
Bei der Produktion von Leiterplatten handelt es sich um einen mehrstufigen Prozess, der mit dem Design der Leiterplatte beginnt. Bevor eine Leiterplatte in die Produktion geht, wird ihr Design vom Hersteller überprüft. Das ausgewählte Laminat (bereits werkseitig mit einer ein- oder doppelseitigen Kupferschicht bedeckt) wird gebohrt und die entstandenen Öffnungen werden mit Graphit beschichtet, was in weiteren Schritten die Metallisierung der Bohrungen ermöglicht. Bei doppelseitigen und mehrschichtigen Leiterplatten wird auf der Galvanisierungslinie eine zusätzliche Kupferschicht aufgetragen, die sich sowohl auf der Oberfläche der Leiterplatte als auch in den vorgebohrten Löchern ablagert.
Die entworfene Leiterbildstruktur wird mittels eines Laserplotters auf einem Film reproduziert. Das Basismaterial wiederum wird mit einem Fotopolymer (lichtempfindliche Emulsion) beschichtet. Das Fotopolymer auf dem Film wird belichtet und anschließend entwickelt. Im nächsten Schritt wird Kupfer galvanisch auf der Platine abgeschieden, die Struktur und die Löcher werden mit Zinn überzogen, das als Schutzschicht dient. Anschließend wird das Fotopolymer entfernt und das überschussige Kupfer geätzt, um eine elektrisch leistungsfähige Leiterplatte herzustellen. Ganz zum Schluss wird die Schutzschicht aus Zinn von der Kupferoberfläche entfernt.
Der nächste Produktionsschritt ist das Aufbringen auf die Oberfläche der Leiterplatte einer Lötstoppmaske, die das Kupfer vor äußeren Einflüssen schützt, das Phänomen der Spannungsdurchschläge reduziert und die automatische Bestückung der Bauteile ermöglicht. Die Maske wird an den erforderlichen Stellen durch UV-Bestrahlung vorgehärtet. Anschließend wird sie von den übrigen Bereichen entfernt und vollständig ausgehärtet.
Auf die nicht von der Maske abgedeckten Kupferbereiche (hauptsächlich Lötpunkte) wird eine Schicht aus Gold und Nickel oder bleifreier Zinnlegierung aufgetragen, um das Kupfer vor Oxidation zu schützen. Falls vom Kunden gewünscht, wird auf die gehärtete Lötstoppmaske mit Hilfe von Siebdruck oder einem Spezialdrucker der Bestückungsdruck aufgebracht, um die korrekte Bestückung der elektronischen Bauteile zu erleichtern. Die letzte Phase der Leiterplattenherstellung ist die mechanische Bearbeitung, durch die die Leiterplatte ihre endgültige Form erhält. Um sicherzustellen, dass der Produktionsprozess korrekt abläuft und das Endprodukt die geforderte Qualität aufweist, werden die Leiterplatten bei Techno-Service S.A. TS PCB auch einer optischen AOI und einer elektrischen Prüfung unterzogen.
