Was ist eine Leiterplatte und wie kann sie verwendet werden?
Die Leiterplatte, kurz PCB, kann für viele Anwendungen verwendet werden. Meistens gibt es unterschiedliche Arten von PCB-Designs, die den Kunden von Ingenieuren oder Drittunternehmen angeboten werden, die auf PCB-Designs spezialisiert sind. Die Designs können unterschiedliche Anforderungen und unterschiedliche Anwendungen haben, wie z. B. PCB für Unterhaltungselektronik, Industrie-PCB und andere ... Während wir uns alle fragen, wofür PCBs verwendet werden, werden wir in diesem Artikel unterschiedliche PCB-Beispiele und PCB-Typen besprechen und erklären: wofür werden PCBs verwendet, Arten von PCB-Designs und die Funktion der Leiterplatten in Computern, Mikroprozessoren und mikrocontrollerorientierten Designs.
PCB-Anwendungen und Branchen
Bei der Herstellung von Leiterplatten wird ein spezifischer Anwendungsfall verfolgt. Dieser kann von der Unterhaltungselektronik über die Industrie, die Luft- und Raumfahrt, die Medizin, die Spiele- und Spielzeugindustrie bis hin zur Automobilindustrie und vielem mehr reichen. Wenn wir Leiterplatten zur Fertigung schicken, wissen wir bereits, was sie tun, wie und zu welchem Zweck sie eingesetzt werden und zu welcher Branche sie gehören. Verschiedene Branchen haben möglicherweise unterschiedliche Spezifikationen und Anforderungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Haltbarkeit usw., was ein maßgeschneidertes Design für jede einzelne Anwendung erfordert.
1. Leiterplatte für Unterhaltungselektronik
Unter Unterhaltungselektronik versteht man meist Produkte, die wir, die typischen Verbraucher, im täglichen Leben verwenden. Das kann eine Glühbirne, ein LCD-Bildschirm, ein Luftreiniger, ein Laptop und mehr sein. Aufgrund des Formfaktors des Verbraucherprodukts können wir es zwar nicht deutlich erkennen, aber jedes Produkt enthält eine Leiterplatte. Diese elektronischen Platinen gewährleisten die Funktion der Anwendung und ihre lange Nutzungsdauer. Die Leiterplatten von Laptops und Computern werden normalerweise zur Verarbeitung und Ausführung mehrerer Aufgaben verwendet. Solche Leiterplatten werden mit zusätzlichen Komponenten wie GPU, CPU, Speicher, Festplatte und mehr geliefert. Dies sind alles elektronische Komponenten, die auf der Leiterplatte montiert oder direkt mit ihr verbunden sind. Eine Leiterplatte in einem Laptop/PC für Verbraucher wird als „Motherboard“ bezeichnet. Trotz des anderen Namens ist das Motherboard also auch eine von vielen Arten von Leiterplatten oder bestückten Leiterplatten (PCBA).
Bei Verbraucheranwendungen muss der Endkunde in der Regel nicht wissen, wie Leiterplatten verwendet werden oder wofür sie verwendet werden. Die Leiterplatten werden in einem fertigen, auf die Bedürfnisse des Endkunden abgestimmten und funktionalen Design geliefert. Für diese elektronischen Leiterplatten gelten in der Regel keine hohen Anforderungen wie hohe Temperaturen, Luftfeuchtigkeit oder raue Umgebungsbedingungen. Der Preis ist ein sehr wichtiger Faktor, damit sich möglichst viele Verbraucher die Leiterplatte leisten können. Einige Beispiele für Leiterplatten für Verbraucheranwendungen, die Sie vielleicht schon gesehen haben, sind:
A. Smart-Home-Geräte, Glühbirnen und Schalter
B. Waagenmessgeräte
C. Personalcomputer, Laptops, Tablets und Smartphones
D. Mikrowellen, Öfen, Kühlschränke und andere Kochgeräte.
E. Smartwatch und Wearables
F. Fernseher, LCD und andere Monitortypen.
2. Industrie, Landwirtschaft und IoT
Nicht alle Leiterplatten sind von Natur aus gleich. Die Herstellung von Unterhaltungselektronik und Leiterplatten ist kostengünstiger und erfordert nur minimale Tests, beispielsweise hinsichtlich Temperatur, Strahlung, Feuchtigkeit usw. Industrielle, landwirtschaftliche und IoT-Anwendungen erfordern im Allgemeinen eine Reihe von Tests, um eine konstante Zuverlässigkeit und Funktionalität über einen langen Zeitraum sicherzustellen.
Im Smart Manufacturing werden IoT und industrielle Anwendungen häufig eingesetzt, um den Fertigungsprozess produktiver zu gestalten. PCBasic nutzt 15 Jahre Erfahrung und verschiedene Hardwaretypen, um den Prozess einfach, schnell und kostengünstig zu gestalten. Ein Beispiel hierfür wäre ein KI-Kamera-Computermodul, das Leiterplattentypen anhand von Bildern identifizieren und so Fehler in der Leiterplatte identifizieren kann. SMT-Fertigung um eine Warnung zu senden und diese Fehler zu beheben, bevor das Endprodukt an die Kunden ausgeliefert wird.
In landwirtschaftlichen Anwendungen werden beispielsweise einige Leiterplatten jahrelang im Freien eingesetzt. In solchen Fällen sollten Komponenten und Leiterplattenmaterialien sorgfältig ausgewählt werden, um eine minimale Fehlerrate während der gesamten Produktlebensdauer zu gewährleisten. Industrielle Leiterplatten sind in der Regel teurer, aber gleichzeitig zuverlässiger und für den Einsatz unter rauen Bedingungen im Innen- und Außenbereich geeignet. Die elektronischen Schichten und die Dicke der Leiterplatte sind so ausgelegt, dass auch bei hohen Spannungen und Strömen ein klares Signal gewährleistet ist. Einige Anwendungen in der Landwirtschaft und im IoT umfassen:
A. Intelligentes Gartenüberwachungssystem
B. Wetterüberwachungsstation
C. Überwachung und Kontrolle im Gewächshaus
D. Intelligente Abfall- und Müllabfuhr und vieles mehr.
3. Netzwerk und Telekommunikation
Best seller PCB-Anwendung ist Netzwerk und Telekommunikation. Diese können sowohl im privaten als auch im industriellen Bereich eingesetzt werden. Beispielsweise verwenden Verbraucher am häufigsten Router, Modems, Repeater oder Access Points, um über den Internetdienstanbieter (ISP) auf das Internet zuzugreifen, während es im industriellen Bereich Server, NAS-Boxen (Network Attached Storage) und andere Arten von Industriegeräten sind. Alle oben genannten Beispiele implementieren kundenspezifische Leiterplatten für einen ganz bestimmten Zweck und eine bestimmte Anwendung. Die Leiterplattensysteme sind in kleinen Größen für Verbraucher und großen, sperrigen Paketen erhältlich, die häufig in Telekommunikationsgeräten für den industriellen Einsatz zu finden sind. Einige Leiterplattensysteme können komplexer sein und mehrere gestapelte oder auf die eine oder andere Weise miteinander verbundene Leiterplatten erfordern. Zur Netzwerk- und Kommunikations-Leiterplattenelektronik gehören unter anderem:
A. Netzwerkrouter und -switches
B. Zugangspunkte, Modems und Repeater
C. Netzwerkspeichergeräte
D. Server und Stationen von Internetdienstanbietern
4. Medizinische Industrie
Wenn Sie unter bestimmten Umständen das Pech hatten, ein Krankenhaus oder einen Arzt aufzusuchen, sind Sie möglicherweise mit verschiedenen Geräten, Computern und Monitoren in Berührung gekommen, die Krankenhäuser und Ärzte für ihre Arbeit verwenden. Alle diese Geräte enthalten gedruckte elektronische Platinen oder kurz PCBs. Die elektronischen PCBs ermöglichen es den medizinischen Geräten, Leben zu retten und Patienten rund um die Uhr zu überwachen. Wie Sie sich vorstellen können, kann ein einziger Konstruktionsfehler viele Menschenleben kosten. Aus diesem Grund gelten in der Medizinbranche und für medizinische Anwendungen strenge Anforderungen an das PCB-Design. Jedes Design muss bei der Markteinführung Dutzende von Tests durchlaufen, um sicherzustellen, dass es die vorgesehene Leistung erbringt.
Einige Beispiele für elektronische PCB-Geräte, die in der Medizinbranche verwendet werden:
A. Herzschrittmacher.
B. MRTs und CTs.
C. Geräte zur Herzunterstützung und -überwachung.
D. AKG und Röntgengeräte. Lebenserhaltung,
E. Defibrillatoren und andere lebenswichtige Geräte.
5. Militärische Anwendungen
Eine weniger bekannte Branche, die aber dennoch nicht ignoriert werden kann, ist die Militärindustrie. Wenn wir das beeindruckende Design eines PCBs oder seine Robustheit, Langlebigkeit und hohe Qualität betonen möchten, sprechen wir oft von „Military Grade“-Design, um die hervorragende Konstruktion und Produktion der elektrischen Leiterplatte zu betonen. Elektronische Leiterplatten in militärischen Geräten und Anwendungen sind definitiv etwas, auf das man sich freuen kann. Die verwendeten Chipsätze sind oft vertraulich, und die Möglichkeit, die Komponenten zu beziehen, kann an autorisierte Unternehmen und Hersteller für einen ganz bestimmten Zweck und Vertriebsweg vergeben werden. Elektronische Leiterplatten in militärischen Anwendungen sind robust, langlebig und für harte Bedingungen wie Luftdruck und hohe Temperaturschwankungen ausgelegt.
Einige der Anwendungen, die das Militär bei der Herstellung elektronischer Leiterplatten nutzen wird, sind:
A. Unbemannte Fahrzeuge.
B. Roboter- und Verteidigungsnavigationssysteme.
C. Kommunikations- und Kontrollsysteme.
D. Mörser und Artillerie.
E. Sicherheits- und verschlüsselungsbezogene Ausrüstung.
6. Automobilindustrie
Die Automobilindustrie hat sich in den letzten Jahrzehnten verändert und weiterentwickelt. Früher fuhren wir einfache Autos, als Radios noch als Luxus galten. Heute werden die meisten Autos von ultraintelligenten Computern angetrieben und einige Autos, wie das von Tesla, sind vollelektrisch. Mit der Zeit werden Automobilanwendungen immer beliebter und intelligenter und Technologien wie Lidar, 5G, KI und mehr sind in jedes Teil unseres Autos integriert. Heute haben manche Autos sogar einen eingebauten Autopilot-Modus, der es dem Fahrer ermöglicht, sich zu entspannen, während das Auto für ihn fährt. Und all dies wird, Sie haben es erraten, von einer elektrischen Leiterplatte angetrieben. Diese Leiterplatten werden für die Industrie entwickelt, um die Sicherheit an erster Stelle zu haben. Ein einziger Fehler im Computersystem des Autos kann eine katastrophale Katastrophe verursachen. Durch die Herstellung hochwertiger Leiterplatten mit vertrauenswürdigen Komponenten können wir eine sichere Fahrt nach Hause gewährleisten.
Zu den Anwendungen elektronischer Leiterplatten in der Automobilindustrie gehören:
A. Motorantriebsbezogene Systeme
B. Intelligente Klimaregelung für Temperatur und Luftfeuchtigkeit
C. Displays, Lautsprecher und Audiosysteme
D. Diebstahlschutz und Alarm
E. Airbag-Sicherheitskontrollmechanismus
F. Zündung und Autostart
G. Hinderniserkennungswarnsysteme und mehr
7. Luft- und Raumfahrt
Die letzte, aber nicht unwichtigste Branche, die wir heute besprechen werden, ist die Luft- und Raumfahrtindustrie. Wir sind mit diesem Namen oder seinen Anwendungen vielleicht nicht vertraut, aber die Luft- und Raumfahrtindustrie sowie die Weltraumforschungsindustrie dienen uns jeden Tag. Tatsächlich wären alle Mobiltelefone und Anwendungen, die wir oben besprochen haben, ohne die Satelliten, die zur Luft- und Raumfahrtindustrie gehören, nicht möglich.
Die elektronischen Leiterplatten und Komponenten in der Luft- und Raumfahrtindustrie und insbesondere in den Satelliten, die uns täglich dienen, gehören zu militärischen und industriellen Anwendungen, da sich diese Leiterplatten im Weltraum befinden, wo Strahlung und Temperatur auf einem anderen Niveau liegen als das, was wir hier auf der Erde kennen und gewohnt sind.
Einige weitere Anwendungen beziehen sich auch auf Flugzeuge, Navigationssysteme, GPS und Autopiloten, die uns helfen, mit hoher Geschwindigkeit von Ort zu Ort zu reisen. Wussten Sie, dass die Boeing 737 aus rund 367,000 elektronischen Teilen besteht? Das klingt fast unglaublich, aber jede Anwendung benötigt, wie wir wissen, PCB-Elektronik, was zeigt, wie wichtig der Prozess der PCB- und PCBA-Fertigung ist für jede Branche geeignet.
Einige der Anwendungen, die in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet werden, sind:
A. Strahlungsüberwachung
B. Wärmemanagement und Materialprozessüberwachung
C. Flugsteuerungen und Autopilotsysteme
D. GPS und Nano-SATs und Satellitensystem
E. Überwachung der Signalsensoren
F. Stromnetze, Funkkommunikationssysteme und mehr
