Einseitige Leiterplatten, auch Single-Layer-Leiterplatten genannt, sind eine der häufigsten Arten von LeiterplattenAuf einer Seite befindet sich leitfähiges Material, auf der anderen Seite befinden sich elektrisch miteinander verbundene elektronische Komponenten. Dieser ausführliche Artikel behandelt verschiedene Aspekte einseitiger Leiterplatten. Hier erfahren Sie alles über den gesamten Herstellungsprozess sowie die Vor- und Nachteile dieser Technologie. Außerdem werfen wir einen Blick auf die Anwendung einlagiger Leiterplatten.
Aufbau einer einseitigen Leiterplatte
Einseitige Leiterplatten bestehen hauptsächlich aus den folgenden Schichten:
- Substrat
Die Substratschicht bietet mechanischen Halt für die Leiterplatte und besteht normalerweise aus Isoliermaterialien wie FR-4 (glasfaserverstärktes Epoxid), Polyimid, CEM usw.
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- Kupferfolienschicht
Eine dünne Schicht Kupferfolie wird auf eine Seite des Substrats laminiert. Diese Kupferfolie trägt die geätzten Leiterbahnen und Anschlussflächen für die Komponenten. Typische Kupfergewichte liegen bei 1 Unze oder 2 Unzen pro Quadratfuß.
- Loetmaske
Eine Lötstoppmaske wird auf das Kupfer aufgetragen, sodass nur die erforderlichen Pad-Bereiche frei bleiben. Die Lötstoppmaske isoliert die Leiterbahnen und verhindert die Bildung von Lötbrücken bei der Bauteilmontage.
Eine Schicht Polymertinte wird im Siebdruckverfahren auf die Leiterplatte gedruckt, um Text, Symbole, Logos und andere Markierungen anzuzeigen. Dies ist nützlich für die Bauteilidentifikation, Montageanleitungen und das Branding.
Tipps zum Entwerfen und Herstellen von einlagigen Leiterplatten
Bevor wir uns der Herstellung einlagiger Leiterplatten zuwenden, sollten Sie einige wichtige Punkte beachten. Mithilfe dieser Tipps können Sie Ihre Leiterplatten in kürzester Zeit fertigstellen und dabei auch noch Geld sparen. Kommen wir also gleich zu den 8 praktischen Tipps:
- Sparen Sie niemals an hochwertigen Materialien
Bitten Sie Ihren Hersteller niemals, ein billigeres Ersatzmaterial zu wählen. Was passiert, wenn das billigere Material innerhalb weniger Wochen ausfällt? Sie sollten mit den Grundbausteinen von Leiterplatten vertraut sein. Entscheiden Sie sich immer für Qualitätsmaterial. Diese Komponenten sind langlebig und sparen Ihnen Zeit und Geld.
- Verwenden Sie immer Standardbrettformen
Es ist wichtig, die Standard-Platinenformen zu wählen. Es sei denn, Sie benötigen ein Gehäuse mit einer bestimmten Form, das zu Ihrem Design passt. Wählen Sie daher immer ein rechteckiges oder quadratisches Standarddesign. Alles, was von der Norm abweicht, kostet mehr.
- Vermeiden Sie zu kleine Löcher
Wenn Ihre Leiterplatte kleinere Löcher enthält, steigen die Herstellungskosten. Viele Fertigungsbetriebe berechnen sogar einen Aufpreis, wenn der Lochdurchmesser kleiner als 0.4 mm ist. Wenn Sie also keine bestimmte Lochgröße benötigen, sollten Sie die reguläre Lochgröße wählen.
- Nutzen Sie das Recht über
Es gibt drei Arten von Vias: Blinde, vergrabene und durchgehende Löcher. Die blinden und vergrabenen Vias sind für hohe Dichte und Hochfrequenz-LeiterplattenWenn Sie diese Durchkontaktierungen also nicht benötigen, lassen Sie sie, um die zusätzlichen Kosten zu vermeiden.
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- Verzichten Sie auf zusätzliche Schichten
Überlegen Sie es sich gut, zusätzliche Lagen für mehr Routing-Platz, Leistung und Energiesparpläne hinzuzufügen. Der Unterschied zwischen einer zwei- und einer vierlagigen Platine ist doppelt so groß! Halten Sie Ihr Design daher sauber und kompakt, um zusätzliche Kosten zu vermeiden.
- Einrichten des Designs für die Panelisierung
Sie können ein riesiges Panel mit verschiedenen anderen Leiterplatten anfordern. Durch die Wahl der größten Panelgröße sparen Sie viel Geld. Um alle Leiterplatten auf einem einzigen Panel unterzubringen, benötigt die Maschine keine zusätzliche Einrichtungszeit. Dadurch sind sie kostengünstiger.
- Entscheiden Sie sich für Größen und Komponenten nach Industriestandard
Wenn Sie sich für ein Unternehmen zur Herstellung von Leiterplatten entschieden haben, sollten Sie die Standardgröße der Leiterplatte wählen. Das erleichtert die Arbeit und macht sie effizienter. Die individuelle Anpassung Ihrer Bestellung erfordert daher zusätzliche Vorarbeiten und kostet mehr.
- Wählen Sie nach Möglichkeit oberflächenmontierte Komponenten
Wenn Sie kein sehr komplexes Design erstellen, sollten Sie bei Standardkomponenten für die Oberflächenmontage bleiben. Dadurch reduzieren Sie die Anzahl der Bohrungen auf Ihren Platinen. Das führt zu geringeren Kosten.
Der Herstellungsprozess von einlagigen Leiterplatten
Hier ist die Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Herstellung einlagiger Leiterplatten:
Entwerfen Sie die einlagige Leiterplatte
Das Design ist der erste und wichtigste Schritt bei der Erstellung einer Leiterplatte. Der Designprozess beginnt mit der Planung. Designer erstellen einen Entwurf für die Schaltung. Dabei berücksichtigen sie alle Anforderungen des Kunden.
Drucken Sie das PCB-Design
Nachdem Sie einen Entwurf einer Leiterplatte erstellt haben, können Sie nun die PCB-Design. Sie können diesen Plan nicht auf gewöhnliche Architekturzeichnungen drucken. Stattdessen benötigen Sie zum Drucken dieses Entwurfs einen Plotterdrucker. Der Plotter erzeugt einen Film auf der Leiterplatte.
Darüber hinaus benötigt der Drucker zwei Arten von Tinten: schwarze und klare Tinte. Schwarze Tinte für die Kupferspuren und klare Tinte für nichtleitende Bereiche wie Fiberglas der Innenschichten.
Bei den äußeren Schichten hingegen bezieht sich schwarze Tinte auf die Bereiche, in denen der Kupferentfernungsprozess stattfindet. Klare Tinte bezieht sich auf die Linie der Kupferbahnen.
Drucken Sie das Kupfer für die Innenschichten
Dies ist der erste Schritt, mit dem die eigentliche Fertigung beginnt. Nach dem Drucken der Laminierung wird eine Kupferschicht hinzugefügt. Diese dient als Struktur für die Leiterplatte. Auf die Laminatplatte wird ein lichtempfindlicher Film (Resist) aufgebracht. Dabei müssen Bauplan und Laminatplatte mit Resist perfekt aufeinander abgestimmt sein. Sollten beide nicht übereinstimmen, versuchen Sie, die Platte nach Bauplan herzustellen.
Befreien Sie sich von unnötigem Kupfer
In diesem Schritt müssen Sie unerwünschtes Kupfer von der Leiterplatte entfernen. Sie können eine andere starke Chemikalie verwenden, die das nicht vom Fotolack bedeckte Kupfer zersetzt. Nachdem Sie das Kupfer entfernt haben, entfernen Sie nun auch den Fotolack von der Leiterplatte.
Bohren
Alle Leiterplatten benötigen Löcher, um verschiedene Komponenten zu befestigen und die Leiterplatte zu montieren. Vor dem Bohren können Sie die Bohrstelle mit einem Röntgengerät lokalisieren. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein Loch in die einlagige Leiterplatte zu bohren. Verschiedene Systeme verwenden jedoch Vollhartmetall-Schneidwerkzeuge. Diese Werkzeuge bohren effektiv präzise Löcher an den angegebenen Stellen. Designer bieten umfassende Informationen zum Bohren in einer NC-BohrdateiDie Bohrmaschine arbeitet also gemäß dem Programm und bohrt das Loch der erforderlichen Größe an der genauen Stelle.
Galvanotechnik
Nach dem Bohren der Platte kann mit dem Plattieren begonnen werden. Bei diesem Verfahren werden verschiedene Schichten mithilfe einer Chemikalie miteinander verschmolzen. Nach der Reinigung der Leiterplatte wird diese in verschiedenen Chemikalien gebadet. Dadurch wird die Platte mit einer mikrometerdicken Kupferschicht überzogen. Bevor die Löcher mit Kupfer gefüllt werden, wird die Glasfaserplatte freigelegt. Diese bildet die Innenseite der Platte.
Äußere Schicht vorstellen und plattieren
Nach der Beschichtung und der Kupferzusammensetzung müssen Sie die Außenschichtbilder auftragen, um die Platte für die Galvanisierung vorzubereiten. Hierfür stehen verschiedene Maschinen zur Verfügung, beispielsweise Laminiergeräte. Verwenden Sie das Laminiergerät, um die Außenschicht mit Trockenfilm zu beschichten. Dieser Trockenfilm ist ein fotobebilderbares Material. Dieser Prozess ähnelt weitgehend dem der Innenschichten einer Leiterplatte.
Radierung
Wenn Sie die äußere Schicht ätzen möchten, können Sie den Zinnschutz verwenden, um das Kupfer während des Ätzvorgangs zu schützen. Dabei müssen Sie den unbedeckten Kupferbereich entfernen. Außerdem bleiben Spuren und Pads um das Loch und das Kupfermuster erhalten. Sie entfernen also nur freiliegendes Kupfer.
Abschließend müssen Sie auch das Zinn entfernen, das die Löcher und Leiterbahnen bedeckt. Nach Abschluss dieses Schritts sind nur noch das freiliegende Laminat und Kupfer der Leiterplatte sichtbar. Damit haben Sie das Grundgerüst der Leiterplatte fertiggestellt. Nun erfahren Sie, wie Sie einlagige Leiterplatten schützen.
Lötstoppmaske auftragen
Lötstopplack schützt Platinen vor Kurzschlüssen. Darüber hinaus schützt er die Schaltung auch vor anderen Umwelteinflüssen. Daher können Sie flüssige, fotostrukturierbare Lötstopplacke zum Schutz der Kupferoberfläche verwenden. Darüber hinaus schützt er auch vor Lötbrücken zwischen verschiedenen Komponenten während des Montageprozesses.
Fertigstellen der Leiterplatte und Siebdruck
Im Rahmen des Endbearbeitungsprozesses wird die Leiterplatte mit Silber, Gold oder HASL beschichtet. Nach der Fertigstellung können Sie die gesamte Leiterplatte im Siebdruckverfahren bedrucken. Dabei können Sie verschiedene Symbole oder Informationen auf die Leiterplatten drucken.
Die Vor- und Nachteile einseitiger Leiterplatten
Einschichtige Leiterplatten sind die einfachste Schaltung im Vergleich zu doppelseitigen und MehrschichtleiterplattenEs ist sehr nützlich für einfache elektronische Komponenten. Andererseits versagt diese Schaltung bei den kompliziertesten elektronischen Geräten. Beispielsweise kann man sie nicht in Satellitensystemen verwenden.
Hier sind verschiedene Vor- und Nachteile von einlagigen Leiterplatten:
Vorteile einseitiger Leiterplatten
- Da die Leiterplatte sehr einfach zu entwerfen ist, ist sie auch sehr leicht. Darüber hinaus besteht praktisch keine Gefahr eines fehlerhaften Designs.
- Dies ist im Vergleich zu allen anderen PCB-Typen weniger kostspielig. Die Kosten werden insbesondere bei Großbestellungen deutlich geringer.
- Da es nur aus einer einzigen Schicht besteht, sind Bohren, Löten und das Einsetzen von Komponenten unkompliziert und einfach.
- Der Einbau der Bauteile erfolgt nur auf einer Seite, daher ist zum Ausgleich der Schaltung ein unterer Jumper erforderlich.
Nachteile einseitiger Leiterplatten
- Für komplexe Projekte sind diese Schaltungen zu simpel.
- Einseitige Platinen haben eine geringere Betriebskapazität.
- Darüber hinaus sind sie größer und haben aufgrund ihrer Größe auch ein höheres Gewicht.
- Da nur eine Seite zum Platzieren von Komponenten zur Verfügung steht, ist die Komponentendichte begrenzt.
Einseitige Leiterplatte vs. doppelseitige Leiterplatte
Einseitige und doppelseitige Leiterplatten sind die beiden am häufigsten verwendeten Leiterplatten. Nachfolgend finden Sie eine Tabelle mit einem Vergleich der wichtigsten Aspekte:
| Merkmal | Einseitige Leiterplatte | Doppelseitige Leiterplatte |
| Anzahl der Kupferschichten | 1 | 2 |
| Komponentenplatzierung | Nur 1 Seite | Beide Seiten |
| Routing-Bereich | Limitiert | Mehr Platz zum Routing |
| Zusammenschaltungen | Nur Oberfläche | Durchgangslöcher verfügbar |
| Komplexität | Einfache Designs | Mäßige Komplexität |
| Herstellungskosten | Niedrig | Höher als einseitig |
| Brettgröße | Größere | Kleiner (bei gleicher Komplexität) |
| Ebenenausrichtung | Nicht benötigt | Erforderlich |
| Stapelkomplexität | Einfacher | Konservativ |
Anwendungen von Single-Layer-PCB
Einseitige Leiterplatten haben eine einfache Schaltung, sind aber dennoch sehr nützlich. Sie sind daher in vielen nützlichen elektronischen Geräten zu finden. Hier sind einige wichtige Anwendungen von einlagigen Leiterplatten:
- Diese Schaltkreise finden Sie in Digitalkameras.
- Schaltkreise für Radio- und Stereoanlagen.
- Digitale Taschenrechner bestehen aus nur einer einlagigen Leiterplatte.
- Schaltrelais enthalten auch diese Schaltkreise und werden in verschiedenen Bereichen der Automobil- und Energieindustrie eingesetzt.
- Darüber hinaus verwenden auch Verkaufsautomaten diese Schaltkreise.
- Diese Schaltung wird in Solid-State-Laufwerken und Kaffeemaschinen verwendet.
- Bei der digitalen Timerschaltung für Mikrowellenherde handelt es sich im Wesentlichen um eine einseitige Leiterplatte, die zum rechtzeitigen Ein- und Ausschalten des Ofens verwendet wird.
- LED-Beleuchtung enthält diese Schaltkreise zur Stromversorgung des Stromkreises.
- Darüber hinaus nutzen auch verschiedene Verpackungsmaschinen diese Kreisläufe zu Verpackungszwecken.
- Darüber hinaus werden diese Schaltkreise vor allem auch in verschiedenen Sensorprodukten, Überwachungsgeräten sowie digitalen und analogen Stromversorgungen verwendet.
