Lp (Leiterplatte)

Leiterplatten sind kupferkaschierte, glasfasergetränkte Epoxydharzplatten oder Polyimid- und Polyesterfolien, auf denen elektronische Bauteile über Leiterbahnen miteinander verbunden sind. Die Leiterbahnen selbst werden durch Ätztechniken aus der Kupferkaschierung ausgeätzt. Als Basismaterial benutzen Leiterplatten Hartpapier, Glasgewebe oder Baumwollpapier, das durch Harze wie Phenol, Epoxid, Teflon und Polymere verstärkt wird. Dieses Trägermaterial wird mit einer Kupferschicht kaschiert.


Zur Klassifizierung sind die Basismaterialien von Leiterplatten in FR-Klassen (FR, Flame Retardant) eingeteilt. Je nach Trägermaterial eignen sie sich für Konsumerprodukte, Computer, Messgeräte oder HF-Schaltungen. Häufig eingesetzte Leiterplatten sind flammwidrig und haben eine FR-Klasse 4 (FR-4). Neben den starren Leiterplatten gibt es auch flexible Leiterplatten, die u.a. als Kabelverbinder eingesetzt werden, starr-flexible und dreidimensionale Form-Leiterplatten.

Die Kupferkaschierung und Leiterbahnführung

Die einfachste Ausführung einer Leiterplatte ist eine einseitige Standard-Leiterplatte, die nur auf einer Seite Leiterbahnen hat. Auf der oberen Lage werden die Bauteile montiert. Sie wird als Bestückungsseite (BS) oder Bauteilseite bezeichnet. Die Seite mit den Leiterbahnen wird als Lötseite (LS), Unterseite oder Bottom bezeichnet. Da die Leiterbahnen auf dem Trägermaterial immer kreuzungsfrei verlegt sein müssen, kann man nur bei einfachen elektronischen Schaltungen mit einer einzigen Leiterbahnebene arbeiten. Bei steigender Komplexität sind Leiterplatten beidseitig kupferkaschiert und müssen wegen der hohen Komplexität mit Computerprogrammen entflechtet werden. Die beiden Leiterplattenseiten werden über Durchkontaktierungen miteinander verbunden. Beide Seiten eines solchen Bilayers können mit SMD-Bauteilen, integrierten Schaltungen, Sockeln, Steckern und Steckverbindern bestückt werden.

Aufbau einer beidseitig kaschierten 
   Leiterplatte

Aufbau einer beidseitig kaschierten Leiterplatte

Mit der Miniaturisierung der Bauelemente und dem damit verbundenen geringeren Stromverbrauch, wurden auch die Leiterbahnstrukturen über die Jahre kontinuierlich verringert. Betrug die Leiterbahnstruktur von Standard-Leiterplatten in den 80er Jahren noch zwischen 300 µm und 200 µm, so reduzierte sie in den folgenden Jahren die Leiterbahnbreite mit Feinleitern auf 180 µm und mit Feinstleitern auf 150 µm. In den darauf folgenden Techniken mit Mikrofeinleiter und Mikrofeinstleiter wurden die Leiterbahnstrukturen weiter auf 90 µm und 50 µm reduziert.

Die Kupferkaschierung des Trägermaterials ist bei allen Leiterplattenausführungen äußerst dünn und hat Kupferauflagen zwischen 5 µm und 210 µm, wobei die gängigsten Kaschierungen bei 17,5 µm, 35 µm und 70 µm liegen. Die dünnen Kupferauflagen werden für Feinstleitertechnik, dickere hingegen für Feinleitertechnik und noch dickere für Standard-Leiterbahnen und Hochstromverbindungen benutzt. Für hohe Ströme gibt es Dickkupfer und Wirelaid. Von Dickkupfer spricht man bei Kupferdicken von 100 µm und darüber. Die Schichtdicken liegen bei 210 µm, 400 µm und in Spezialfällen bei 500 µm. Mit Wirelaid gibt es auch eine Inlay- oder Embedded-Technik, bei der Hochstromleiterbahnen zwischen einzelne Leiterplattenlagen gelegt werden.

Höhere Packungsdichte durch Mehrlagentechnik

Reicht die beidseitige Leiterbahnführung für die Schaltungsrealisierung nicht aus, geht man zu mehrlagigen Multilayer-Leiterplatten über. Dabei werden mehrere dünnere Epoxydharzplatten, die alle mit kaschierten Leiterbahnen ausgestattet sind, passgenau mit Prepregs aufeinander geklebt.

Beispiel für eine vierlagige Multilayer-Leiterplatte

Beispiel für eine vierlagige Multilayer-Leiterplatte

Anstelle der Epoxydharzplatten treten bei weiter steigender Komplexität kupferkaschierte Polyimid- oder Polyesterfolien, die nur 50 µm dünn sein können. Dadurch kann eine Leiterplatte aus mehreren Leiterbahnebenen bestehen, das können durchaus 10 bis 20 sein. Die Grenze der Multilayer-Technik liegt bei etwa 48 Lagen. Bei dieser Lagenzahl werden das Trägermaterial und die Prepregs äußerst dünn, was bei höheren Temperaturen für bleifreies Löten zu Problemen führen kann. Für die Kontakte zwischen den verschiedenen Leiterbahnen von Multilayer-Leiterplatten sorgen Durchkontaktierungen und Vias.

Was die Leiterplattendicke betrifft, so gibt es mit Ultra Thin Multilayer (UTM) eine Technik für extrem dünne Multilayer-Leiterplatten mit Dicken unter 0,5 mm.

Leiterplatten in HDI-Technik

Zur Erhöhung der Komponenten- und Leiterbahndichte von Standard-Leiterplatten bietet sich mit der HDI-Leiterplatte, High Density Interconnect (HDI), ein Lagenaufbau mit kleineren Leiterbahnbreiten und -abständen an. Inzwischen gibt es auch embedded Techniken, bei denen passive Bauelemente auf den Innenlagen von Multilayer-Leiterplatten eingebettet werden und so auf den Platinenoberflächen Platz für aktive Bauelemente schaffen.

Die Leiterbahnen selber sind aus gut leitendem Material wie Kupfer oder Silber und zur Einschränkung der Korrosion teilweise auch in Gold kontaktiert. Die Leiterbahnabstände sind bei modernen gedruckten Schaltungen durch die Kontaktabstände der Sockel bestimmt und liegen bis hin zu 0,5 mm. Technisch können bereits Leiterbahnbreiten und -abstände von 20 Mikrometer erzeugt werden. Durch den hohen Feinheitsgrad lasen sich Chip on Boards (CoB) und Multi-Chip-Module (MCM) problemlos in eine Schaltung integrieren. Mit den Leiterbahnen selbst können Kapazitäten und hochfrequente Leitungen nachgebildet werden. Beispiele hierfür sind Striplines und Microstrips.

Die elektronischen Bauteile, Sockel, Buchsen- und Steckerleisten werden in Durchstecktechnik (THT) in die Leiterplatte eingelassen und durchkontaktiert, sie können aber auch mittels SMT-Technik auf der Oberfläche der Leiterplatte verlötet, leitgeklebt oder gebondet werden.

Für Leiterplatten gibt es standardisierte Größen. Die am häufigsten verwendeten Formate für Einschubplatinen für Gestelleinbau sind die Europakarte und die Doppel-Europakarte. Die Richtlinien für die Leiterplattenherstellung werden von der Association Connecting Electronics Industries (IPC) herausgegeben.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Leiterplatte - Lp
Englisch: printed circuit board - PCB
Veröffentlicht: 26.01.2017
Wörter: 811
Tags: #Leiterplatte
Links: Aufzeichnungsdichte, Basismaterial, CoB (chip on board), Computer, Cu (copper)