PCB oder Leiterplatte ist das Rückgrat moderner Geräte. Es wird normalerweise als Basis zum Anschließen und Anordnen elektrischer Teile verwendet. Es kommt im Allgemeinen mit verschiedenen PCB-Schichten. Jede Schicht ist für einzigartige Aufgaben verantwortlich. Ihre flachen, starren Körper bilden eine stabile Basis für die Platzierung von Teilen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, sicherzustellen, dass die elektrische Verbindung sicher und effizient ist.
In diesem Artikel werden hauptsächlich die verschiedenen Arten von PCB-Schichten beleuchtet. Es zeigt, wie sie innerhalb einer Leiterplatte funktionieren.
Was ist eine PCB-Schicht?
Eine Leiterplatte besteht hauptsächlich aus drei Schichtkategorien: strukturell, funktional und leitend.
Eine Leiterplatte besteht aus verschiedenen Strukturschichten wie Substrat, Kupfer, Lötmaske und Siebdruck. Jede Schicht erfüllt eine bestimmte Aufgabe, damit die Leiterplatte funktioniert.
Um eine Leiterplatte herzustellen, werden diese Schichten übereinander gestapelt. Klebstoffe halten sie an Ort und Stelle. Am wichtigsten sind die Kupferschichten. Sie sitzen zwischen den Isolierschichten. Eine PCB-Schicht ist also wie eine separate Ebene in einem Sandwich.
Bei den leitenden Schichten entspricht die Anzahl der Leiterplattenschichten typischerweise der Anzahl der Kupferschichten in einer Leiterplatte. Für komplexe Schaltungsdesigns sind mehrere Schichten erforderlich.
Allerdings gibt es acht verschiedene Funktionsschichten. Wir werden in den folgenden Abschnitten über diese Schichten sprechen.
Jede Schicht einer Leiterplatte hat einen einzigartigen Zweck. Die Substratschicht macht die Leiterplatte stabil. Kupfer hilft beim Verbinden elektrischer Teile. Andererseits schützt ein Lötstopplack die Leiterbahn vor Beschädigungen. Schließlich hilft uns der Siebdruck dabei, zu erkennen, welches Teil welches ist.
Ohne diese Schichten würde die Elektronik nicht richtig funktionieren. Daher ist jede Schicht äußerst wichtig, damit die Leiterplatte funktioniert.
4 Gemeinsame Struktur Leiterplattenschichten
Wie bereits erwähnt, hat jede Schicht einer Leiterplatte einen einzigartigen Zweck. Sie wirken zusammen und machen die Leiterplatte sowohl robust als auch effektiv. Sie schützen es vor Gefahrensituationen und sorgen für einen reibungslosen Betrieb. Schauen wir sie uns jedoch im Detail an.
Schicht Nr. 1 Substratschicht
Die Substratschicht ist die Grundlage einer Leiterplatte. Es bietet eine stabile Basis für alle seine Komponenten. Sie finden es unten auf der Platine. Es hält alle Elemente zusammen.
Das Substrat besteht in der Regel aus Glasfaser (FR4). Es ist robust und steif und gewährleistet die Stabilität der Leiterplatte. Obwohl flexible Leiterplatten aus Kunststoff (Kapton) bestehen können, verwenden einige möglicherweise Epoxidharze. Für die Herstellung hochwertiger Leiterplatten eignet sich jedoch Glasfaser (FR4) am besten.
Schicht Nr. 2 Kupferschicht
Die Kupferschicht ist ein dünnes Stück Kupferfolie, das erhitzt und auf der Leiterplatte befestigt wird. Es liegt direkt über der Substratschicht. Die Kupferschicht ist für die Stromleitung von entscheidender Bedeutung.
Verschiedene Leiterplatten haben eine unterschiedliche Anzahl an Kupferschichten. Einseitige Leiterplatten bestehen aus nur einer Kupferschicht und werden häufig in einfacheren elektronischen Geräten verwendet.
Bei doppelseitigen Modellen hingegen ist auf beiden Seiten Kupfer angebracht. Sie verwenden typischerweise Durchkontaktierungen, um die obere und untere Schicht zu verbinden. Dadurch können sie eine engere Leiterbahnführung bewältigen. Diese Funktion ist praktisch, um Schaltkreise flächendeckend zu verbinden.
Beachten Sie, dass für die Bewältigung hoher Leistungen dickere Kupferschichten vorherrschen.
Schicht Nr. 3: Lötmasken-Leiterplattenschicht
Die Lötstoppschicht ist eine Schutzschicht, die auf die Oberfläche einer Leiterplatte aufgetragen wird. Es hat typischerweise eine grüne Farbe und bedeckt die Kupferleiterbahnen auf der Leiterplatte. Es wirkt wie ein Schutzschild, um zu verhindern, dass die Kupferleiterbahnen mit irgendetwas in Berührung kommen, das Schäden verursachen könnte.
Sobald die Kupferschicht angebracht ist, können Sie die Lötstoppmaske hinzufügen. Diese Schicht isoliert auch das Kupfer und verhindert so, dass es mit anderen Metallen in Kontakt kommt.
Die Lötmaskenschicht besteht typischerweise aus flüssigem Epoxidharz. Zur Färbung ist dieser Flüssigkeit ein grünes Pigment beigefügt.
Schicht Nr. 4 Siebdruckschicht oder Überlagerungsschicht
Die Siebdruckschicht, auch Overlay-Schicht genannt, befindet sich auf der äußersten Schicht der Leiterplatte. Es enthält Buchstaben, Zahlen und Symbole, wie eine Beschriftung auf einer Karte.
Der Siebdruck dient im Allgemeinen als Orientierungshilfe. Es zeigt Ihnen, welches Teil welches auf der Platine ist. Mit Beschriftungen und Symbolen ist es einfacher zu wissen, wo LEDs oder Pins angeschlossen werden müssen.
Einschichtige vs. mehrschichtige Leiterplatten
Eine einlagige Leiterplatte besitzt nur eine leitende Kupferschicht. Sie ist einfacher und kostengünstiger, bietet aber nur begrenzte Möglichkeiten. Mehrlagige Leiterplatten hingegen verfügen über mehrere Kupferschichten. Sie eignen sich für komplexere Schaltungen und Bauteile. Allerdings sind sie teurer.
Daher hängt die Wahl von der Komplexität und dem Budget des Projekts ab.
| Aspekt | Single-Layer-PCB | Mehrschichtige Leiterplatte |
| Anzahl der Schichten | Es enthält nur eine leitfähige Kupferschicht. | Es besteht aus mehreren leitfähigen Kupferschichten. |
| Komponentendichte | Geringere Bauteildichte aufgrund begrenzten Routing-Platzes | Höhere Bauteildichte |
| Größe | Oft größer, um Leiterbahnen und Komponenten unterzubringen. | Es kann kleiner sein, da Komponenten und Leiterbahnen über mehrere Schichten verteilt werden können. |
| Komplexität | Weniger komplexes Design | Komplexeres Design |
| Kosten | Generell geringere Kosten | Höhere Kosten |
| Signalintegrität | Anfälliger für Störungen | Bessere Signalintegrität |
| Anwendung | Geeignet für einfache elektronische Geräte | Ideal für komplexe elektronische Geräte |
Funktionsschichten auf einer Leiterplatte
Wenn Sie auf die Oberseite einer Leiterplatte schauen, sehen Sie verschiedene Schichten, von denen jede ihre eigene Aufgabe hat. Schauen wir uns genauer an, was sie tun.
Mechanische Schichten
Die mechanische Schicht in einer Leiterplatte zeigt deutlich die physikalische Struktur. Es definiert genau die Form und Größe des Boards. Hersteller verwenden diese Schicht für die Leiterplattenfertigung und -montage.
Seine Hauptaufgabe besteht darin, sicherzustellen, dass die Leiterplatte korrekt und gemäß den Designspezifikationen gebaut wird. Darüber hinaus hilft es Ihnen, die Leiterplatte während der Fertigung zu schneiden und zu formen. Darüber hinaus gibt es jedoch noch weitere Schichten. Ausschnitte, Werkzeuglöcher und Kanten sind weitere hervorstechende Abschnitte.
Halten Sie Schichten fern
Verlasse meine Gegend! Sperrschichten sind wie Grenzen, die Ihnen sagen, wo Sie keine Dinge ablegen dürfen. Sie markieren Bereiche, in denen Sie keine Komponenten platzieren oder Drähte ziehen können.
Diese Ebenen sind äußerst hilfreich, da sie Ihnen dabei helfen, elektrische Geräte zu organisieren. Außerdem können Sie so sicherstellen, dass nichts Wichtiges durcheinander gerät.
Sperrschichten stellen sicher, dass Sie die Regeln befolgen und keine Gegenstände dort ablegen, wo sie nicht sein sollten. Letztendlich helfen sie Ihnen dabei, den Platz auf der Leiterplatte möglichst effizient zu nutzen.
Routing-Ebenen
In den Routing-Schichten einer Leiterplatte verlaufen Kupferleiterbahnen, um elektronische Teile zu verbinden. Diese Schichten verbinden Komponenten, indem sie Signale zwischen ihnen übertragen. Es ist wie eine Straße auf einer Karte.
Eine gute Routenführung ist aus vielen Gründen von entscheidender Bedeutung. Erstens sorgt es für eine reibungslose Signalübertragung und reduziert Signalstörungen. Zweitens kontrolliert es elektromagnetische EMI. Schließlich wird sichergestellt, dass alles effektiv funktioniert.
Manchmal erfordern komplexe Designs mehrere Routing-Ebenen. Das ist so, als würde man auf einer Autobahn zusätzliche Fahrspuren hinzufügen, um mehr Verkehr zu bewältigen.
Leistungs- und Masseebenen
Die Strom- und Masseebene ist eine bestimmte Schicht in einer Leiterplatte, die Strom leitet. Seine Hauptaufgabe besteht darin, sicherzustellen, dass die Strom- und Erdspannungen angemessen über die Leiterplatte verteilt werden. Im technischen Sinne trägt dies dazu bei, die Stromversorgung der elektrischen Teile stabil zu halten. Es stellt außerdem sicher, dass die Wege für die Stromrückführung reibungslos sind.
Strom- und Masseflächen verteilen die Wärme effektiv, was zur Kühlung der Platine beitragen kann.
Split- und Groundplanes
Eine geteilte Ebene in einer Leiterplatte unterteilt die Strom- oder Erdungsschicht in separate Abschnitte mit jeweils einem spezifischen Spannungspegel. Dadurch können unterschiedliche Zonen für analoge und digitale Flächen geschaffen werden.
Die Hauptaufgabe dieser Ebene besteht darin, verschiedene Spannungsbereiche zu isolieren. Es verhindert technisch Störungen durch Lärm. Durch eine sorgfältige Aufteilung der Flächen wird jedoch eine Geräuschkopplung erreicht. Sie liefern außerdem mehrere Spannungspegel, die von verschiedenen Komponenten auf der Leiterplatte benötigt werden.
Lötmaskenschichten
Die Lötmaskenschicht auf einer Leiterplatte ist eine Schutzschicht aus isolierenden Materialien. In den meisten Fällen wird flüssiges Epoxidharz als PCB-Lötmaskenmaterial verwendet. Diese Schicht bedeckt die meisten Teile der Leiterplatte. Es bleiben jedoch einige Bereiche zum Löten frei.
Seine Hauptaufgabe besteht darin, die Leiterplatte vor Oxidation zu schützen und elektrische Kurzschlüsse zu verhindern. Darüber hinaus hilft es dabei, Bereiche zu definieren, in denen elektrische Verbindungen hergestellt und isoliert werden.
Lötpastenschichten
Wie der Name schon sagt, ist dies die Schicht, auf die Sie die Lotpaste auftragen. Lötpaste verbessert den Lotfluss zwischen Bauteilanschlüssen und Leiterplattenpads. Dadurch erhalten Sie eine sichere Verbindung für eine zuverlässige elektronische Montage.
Lotpastenschichten sorgen für den korrekten Auftrag der Lotpaste. Diese Schicht ist entscheidend für Designs, die feine oder kleine Teile verwenden. Insgesamt stellt es sicher, dass das Löten während der Produktion korrekt und effizient erfolgt.
Überlagerungsebenen
Die Overlay-Schicht wird auch als Siebdruckschicht bezeichnet. Hier werden wichtige Informationen abgedruckt. Es ist für die Unterstützung bei Produktions- und Reparaturaufgaben unerlässlich.
Diese Schichten nutzen normalerweise die Lötmaskenschicht als Hintergrund und befinden sich meist auf den äußeren Schichten der Leiterplatte.
Es ist wichtig, sicherzustellen, dass der Druck korrekt mit der Lötmaskenschicht übereinstimmt. Die Overlay-Ebene ähnelt also den Beschriftungen auf einer Karte und zeigt Ihnen, wo sich alles auf der Leiterplatte befindet.
Anzahl der PCB-Lagen
Es gibt auch verschiedene Arten von Leiterplatten, die auf unterschiedlichen leitfähigen Kupferschichten basieren. Die folgenden Leiterplatten sind in der heutigen Welt am häufigsten.
2-lagige Leiterplatte
Eine zweischichtige Leiterplatte wird auch als doppelseitige Leiterplatte bezeichnet. Es verfügt über einen einzelnen Isolierkern, der zwischen dünnen Kupferschichten eingebettet ist.
Leiterplatten mit zwei Schichten eignen sich für kostengünstige und relativ einfachere Projekte.
4-lagige Leiterplatte
Wie der Name schon sagt, verfügt eine vierschichtige Leiterplatte über zwei zusätzliche Kupferschichten. Der zusätzliche Raum für die Verfolgung verbessert in der Regel die Signalqualität und reduziert das Rauschen. Es bietet auch eine höhere Komponentendichte.
6-, 8-, 10- und 12-lagige Leiterplattenstapel
Dementsprechend finden sich auch mehrlagige Leiterplattenaufbauten. Jeder Typ ist für einzigartige Anwendungen geeignet. Diese Vielfalt entsteht im Allgemeinen aufgrund unterschiedlicher Bedürfnisse verschiedener Branchen. Diese mehrschichtigen Leiterplatten werden häufig in Industriedesigns und komplexen Layouts verwendet.
| Anzahl der Schichten | Layer-Konfiguration |
| 6-lagiger Leiterplattenstapel | Lötmaske | HS-Signalschicht | Prepeg | HS-Signalschicht | Kern | HS-Signalschicht | prepeg | HS-Signalschicht | Kern | HS-Signalschicht | pregeg | HS-Signalschicht | Lötmaske |
| 8-lagiger Leiterplattenstapel | Zusätzliche zwei HS-Signalschichten |
| 10-lagiger Leiterplattenstapel | Zusätzliche 4 HS-Signalschicht |
| 12-lagiger Leiterplattenstapel | Zusätzliche 6 HS-Signalschicht |
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