Was ist eine einseitige Leiterplatte?

Einseitige Leiterplatten, auch bekannt als Single-Layer-Leiterplatten, gehören zu den gängigsten Leiterplattentypen . Sie bestehen aus leitfähigem Material auf einer Seite und elektronischen Bauteilen auf der anderen Seite, die elektrisch miteinander verbunden sind. Dieser ausführliche Artikel behandelt verschiedene Aspekte einseitiger Leiterplatten. Sie erfahren hier den gesamten Herstellungsprozess sowie die Vor- und Nachteile dieser Technologie. Darüber hinaus betrachten wir die Anwendungsbereiche von Single-Layer-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.

Weiterführende Informationen: Verschiedene Arten von Leiterplattensubstratmaterialien für Ihr Projekt

• 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.

• Seidensiebdruck

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:

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. Nutzen Sie das Recht über

Es gibt drei Arten von Durchkontaktierungen: Blind-, vergrabene und Durchgangslöcher. Blind- und vergrabene Durchkontaktierungen werden für Leiterplatten mit hoher Packungsdichte und hohen Frequenzen verwendet . Wenn Sie diese Durchkontaktierungen nicht benötigen, sollten Sie darauf verzichten, um die zusätzlichen Kosten zu vermeiden.

Weiterführende Lektüre: Blind Via & Buried Via: Was ist der Unterschied?

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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:

1. 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.

2. Drucken Sie das PCB-Design

Nachdem Sie einen Entwurf für eine Leiterplatte erstellt haben, können Sie das PCB-Design ausdrucken . Dieser Entwurf lässt sich nicht auf herkömmlichen Bauzeichnungen drucken. Stattdessen benötigen Sie einen Plotter. Der Plotter erzeugt eine Folie 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.

3. 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.

4. 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.

5. Bohren

Alle Leiterplatten benötigen Bohrungen zur Befestigung verschiedener Bauteile und zur Montage der Leiterplatte. Vor dem Bohren kann die Bohrposition mithilfe eines Röntgengeräts ermittelt werden. Es gibt verschiedene Verfahren zum Bohren von Löchern in einlagigen Leiterplatten. Unterschiedliche Systeme verwenden Vollhartmetall-Schneidwerkzeuge. Diese Werkzeuge bohren präzise Löcher an den vorgegebenen Positionen. Die Entwickler stellen alle relevanten Informationen zum Bohren in einer NC-Bohrdatei bereit . Die Bohrmaschine arbeitet dann gemäß dem Programm und bohrt das Loch mit der erforderlichen Größe an der exakten Position.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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

Einlagige Leiterplatten stellen im Vergleich zu doppelseitigen und mehrlagigen Leiterplatten die einfachste Schaltungstechnik dar . Sie eignen sich hervorragend für einfache elektronische Bauteile. Bei komplexeren elektronischen Geräten stößt diese Schaltungstechnik jedoch an ihre Grenzen. Beispielsweise ist sie für Satellitensysteme nicht geeignet.

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:

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.