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Anzeige: Die Leiterplatte: Ein essentielles Bauteil in der Elektronik

Exakt lässt es sich nicht mehr ermitteln, wer die erste Leiterplatte konstruierte, die ähnlich wie die heute noch genutzten Platinen funktionierten. Gesichert ist, dass man ab den 1920er Jahren, im Zuge der noch jungen, aber immer komplexer werdenden Elektrotechnik, Leiterbahnen stanzte und auf Hartpapier auftrug. Im Jahre 1943, also noch während des Zweiten Weltkriegs, ließ sich der Wiener Elektronik-Ingenieur das Prinzip der gedruckten Leiterplatte patentieren. Diese in englischer Sprache PCB Assembly genannten Platten sind zwar in den vergangenen Jahrzehnten immer feiner und detaillierter geworden. Vom Grundsatz her arbeiten die Leiterplatten aber nach wie vor so wie Eislers Entwürfe.

Was ist eine Leiterplatte?

Das Herz aller elektronischen Geräte ist die Leiterplatte. Ganz gleich, ob es sich um eine winzige LED oder um ein Elektroauto handelt, ohne Leiterplatten ließe sich ein Großteil der Technik nicht konstruieren. Die zumeist in charakteristischem Grün gehaltenen Platten sorgen dafür, dass elektrische Signale von A nach B fließen können. Leiterplatten, wie sie im PCB Manufacturing täglich massenweise produziert werden, ersetzen also in gewisser Weise die Kabel. Dies geschieht vor allem dort, wo Kabel andernfalls für einen unübersichtlichen Kabelsalat sorgen würden. Insbesondere bei komplexen technischen Geräten wie Computern, Smartphones, Kameras, Sicherheitssystemen oder den bereits erwähnten Elektroautos wäre die Verwendung von Kabeln schon aus Platzgründen nicht möglich.

Wofür benötigt man Leiterplatten?

Die Elektrotechnik wird immer komplexer. Bekannt ist der Ausspruch, dass ein modernes Smartphone heute ein Vielfaches der Rechenleistung besitzt, mit der Apollo 11 die erste Mondlandung realisierte. All diese Rechenleistung basiert auf stromführenden Schaltkreisen, die oftmals so filigran sind, dass man sie mit bloßem Auge nicht erkennen kann. Dies ist nur durch den Einsatz von Leiterplatten möglich.

Die wirtschaftliche Bedeutung von Leiterplatten

Auch wenn sich das Grundprinzip von Leiterplatten wohl auch mittel- bis langfristig nicht verändern wird, werden sie in der Zukunft wohl noch komplexer, als sie heute bereits sind. Zukunftsweisende Technologien wie die künstliche Intelligenz, die Nutzung von erneuerbaren Energien oder die Verkehrswende sind ohne den Einsatz von Leiterplatten unvorstellbar. Die Nachfrage nach Leiterplatten wird weltweit in den kommenden Jahren und Jahrzehnten so deutlich zunehmen, dass bereits etablierte Hersteller ihre vorhandenen Kapazitäten erweitern und neue Produzenten in den Markt eintreten.

Wie werden Leiterplatten hergestellt?

Wo früher noch sehr viel Handarbeit gefragt war, kann man sich heute mit moderner EDV behelfen. Der Entwurf der Leiterplatte erfolgt zumeist mithilfe einer speziellen Software. Hier werden auch kleinste Details berücksichtigt, also die vollständige Topographie der Leiterplatte. Relevant sind auch die technologischen Angaben wie die Materialstärke der Platte und der Leiterbahnen und die Oberflächenart. Es besteht längst keine Notwendigkeit mehr, dass die Entwicklung des Layouts der Leiterplatte und die Fertigung derselben im selben Haus oder im selben Ort stattfinden müssen. Alle Daten lassen sich über das Internet innerhalb von Sekunden rund um den Globus schicken. Die weitere Arbeit übernimmt nun der Leiterplattenhersteller.

Durchkontaktierte Leiterplatten werden zumeist fototechnisch hergestellt. Der Rohling bekommt zuerst an den notwendigen Stellen alle Bohrungen, anschließend wird er durchkontaktiert, laminiert, belichtet, entwickelt und geätzt. Nach dem Spülen und Trocknen können die elektrischen Bauelemente aufgesetzt und verlötet werden. Dies geschieht manchmal beim Hersteller der Leiterplatten. Oft verlassen Leiterplatten aber auch im halbfertigen Zustand das Werk, um an anderer Stelle weiterverarbeitet, also bestückt zu werden.

Wie funktionieren Leiterplatten?

Die Funktionsweise von Leiterplatten kann man sich vorstellen wie eine Stadt im Kleinen. Die grüne Kunststoffplatte ist dabei die Basis, über die aufgedampfte Leiterbahnen wie Straßen verlaufen. Je nach individueller Funktion und dem jeweils fließenden elektrischen Strom sind diese Leiterbahnen an einigen Stellen vielspurig und dick, an anderer Stelle winzig klein. Die Leiterbahnen sind notwendig, um die aufgelöteten elektrischen Bauelemente wie Mikro- und Nanochips, Widerstände, Kondensatoren etc. miteinander zu verbinden. Um im Bild zu bleiben, wirken die meisten Leiterplatten heute wie wahre Megastädte, in denen sich Ortsunkundige heillos verirren würden. Und selbst ausgewiesene Experten benötigen für die Navigation durch die Technik der Leiterplatte vielerlei Hilfsmittel. Eine Fehlerbehebung im Bereich der kleinsten Leiterbahnen ist bei den meisten Leiterplatten aber ohnehin schwierig bis unmöglich, da man sich hier im Mikrometerbereich bewegen müsste. Ein wesentliches Kriterium bei der Herstellung von Leiterplatten ist aus genau diesem Grund auch eine hohe Qualität. Im Idealfall entstehen während der gesamten Lebensdauer des Gerätes keine Defekte an den integrierten Leiterplatten. Wo dies dennoch geschieht, bietet sich in vielen Fällen eher der Austausch als die Reparatur der Leiterplatte an.

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