Was ist eine unbestückte Leiterplatte?

Leiterplatten (PCBs) sind eine der wichtigsten Komponenten elektronischer Geräte und steuern deren Funktion und Betrieb. Sie sind unverzichtbar. Doch die Leiterplatte – die übrigens nicht einfach nur eine Platine ist – durchläuft verschiedene Phasen vom Design bis zur Produktmontage und wird daher mit unterschiedlichen Namen bezeichnet. In diesem Blogbeitrag besprechen wir unbestückte Leiterplatten und deren Unterschiede zu bestückten Leiterplatten.

Übersicht über ein Bare Board

Eine unbestückte Leiterplatte, auch Bare Board oder unbestückte Leiterplatte genannt, ist eine Basisplatine in der frühen Phase der Leiterplattenherstellung, die noch keine elektronischen Komponenten enthält und lediglich Kupferleiterbahnen, Pads, Löcher und andere grundlegende Schaltungsstrukturen umfasst. Als Kernstruktur für den Aufbau und die Unterstützung von Schaltungen in elektronischen Geräten übernimmt die unbestückte Leiterplatte die Funktion der mechanischen Unterstützung und elektrischen Verbindung. Als erster Schritt bei der Montage elektronischer Geräte sind unbestückte Leiterplatten entscheidend für die Leistung des gesamten Produkts.

Hauptmerkmale von unbestückten Leiterplatten

Layers: Die unbestückte Leiterplatte weist je nach den Anforderungen der späteren Phase eine einschichtige, zweischichtige und mehrschichtige Struktur auf.

Leitfähige Pfade und Pads: Die Leiterbahnen und Pads sind auf der unbestückten Leiterplatte verteilt. Die Leiterbahn besteht in der Regel aus Kupferfolie und dient der elektrischen Signalübertragung. Das Pad dient der Befestigung und Verbindung elektronischer Bauteile im späteren Leiterplattenaufbau und ist eine wichtige elektrische Schnittstelle im Montageprozess. Die Gestaltung der Leiterbahnen und Pads muss sehr präzise sein, um ihre spezifischen Schaltungsfunktionen zu erfüllen.

Materialien: Blanke Leiterplattensubstrate bestehen typischerweise aus glasfaserverstärktem Epoxidharz (FR4) oder anderen Materialien, die für Isolierung und strukturelle Festigkeit sorgen.

Oberflächenbeschaffenheit: Zum Schutz der Um die blanke leitfähige Kupferschicht vor Oxidation zu schützen und die Lötbarkeit zu verbessern, werden blanke Leiterplatten im Allgemeinen einer Oberflächenveredelung wie HASL (Hot Air Solder Leveling) und ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) unterzogen.

Wofür werden unbestückte Leiterplatten verwendet?

Unbestückte Leiterplatten spielen eine wichtige Rolle im Bereich der elektronischen Konstruktion und Fertigung. Wie bereits erwähnt, bildet die unbestückte Leiterplatte die Kernstruktur des elektronischen Geräts, um die Schaltung aufzubauen und zu unterstützen. Sie dient als mechanischer Träger und elektrischer Anschluss für das Gerät. Dank ihrer einzigartigen Eigenschaften beschränkt sich ihr Einsatz jedoch nicht nur auf den Aufbau von Komponenten, sondern ermöglicht auch Designflexibilität, Produktionseffizienz und Qualitätskontrolle.

1.    Flexibles Design und individuelle Anpassung

Auf einer unbestückten Platine mit lediglich Pads und leitfähigen Kupferspuren können Designer je nach Schaltungsanforderungen beliebig elektronische Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren, Transistoren und integrierte Schaltkreise hinzufügen, um eine Vielzahl von Funktionen von einfachen Schaltkreisen bis hin zu komplexen Systemen zu erreichen.

Gleichzeitig sind unbestückte Leiterplatten vielseitig einsetzbar, sodass die Leiterplatte nicht für jede Bestellung neu gestaltet werden muss. Durch eine einheitliche Produktion können Hersteller unbestückter Leiterplatten die Anforderungen unterschiedlicher Kunden erfüllen. Dies verkürzt die Design- und Fertigungszeiten erheblich und senkt die Entwicklungskosten.

2.    Verbessern Sie die Effizienz und Automatisierung der Fertigung.

Beim Entwurf unbestückter Leiterplatten investieren Designer viel Aufwand, um sicherzustellen, dass Design und Produktion präzise sind und für den anschließenden Montage- und Fertigungsprozess hochautomatisiert werden können. Zum Beispiel durch automatische Bestückungsautomat und Wellenlötanlagen können Komponenten schnell auf Leiterplatten montiert werden, was eine Produktion im großen Maßstab ermöglicht und die Produktionseffizienz deutlich verbessert.

3. Testen und Qualitätskontrolle der unbestückten Platine

Die unbestückte Leiterplatte bildet nicht nur die Grundlage des Produkts, sondern spielt auch im Produktionsprozess eine unersetzliche Rolle. In der Anfangsphase der Leiterplattenproduktion prüfen Ingenieure die Integrität der leitfähigen Kupferspuren und Pads der unbestückten Leiterplatte, um sicherzustellen, dass das Design korrekt ist und den Spezifikationen entspricht. So wird sichergestellt, dass jede Leiterplatte den hohen Leistungs- und Zuverlässigkeitsstandards entspricht und eine solide Grundlage für die nachfolgende Komponentenmontage und Produktfunktionalität bietet.

4. Lehren und Experimentieren

Zusätzlich zu den oben genannten Anwendungen wird die unbestückte Leiterplatte aufgrund der einfachen Komponenten häufig in der Lehre und bei Experimenten verwendet, um Studenten und Ingenieuren dabei zu helfen, sich mit dem Schaltungsdesign und dem Herstellungsprozess vertraut zu machen.

Warum Bareboard-Tests verwenden?

Beim Bare Board Testing (BBT) wird eine unbestückte Leiterplatte geprüft, um sicherzustellen, dass das Design, einschließlich der elektrischen Verbindung, Funktion und Integrität der Platine, den Anforderungen entspricht. Dadurch werden Designprobleme vermieden, die während oder nach der Montage auftreten können, und Kosten und Produktionszeit gespart.

Der Bareboard-Test verwendet in der Regel die Flying-Probe-Test, Fixture-basierter Test, Automatische optische Inspektion (AOI) und Röntgenstrahl Inspektion zur Durchführung folgender Tests an unbestückten Platinen:

1. Elektrische Probleme testen

Die Hauptaufgabe des Tests unbestückter Leiterplatten besteht darin, festzustellen, ob auf der Leiterplatte elektrische Probleme wie Unterbrechungen, Kurzschlüsse oder schlechte Lötstellen vorliegen, um sicherzustellen, dass die unbestückte Leiterplatte die Designanforderungen und späteren Anforderungen erfüllt, um die spätere Komponentenmontage und Produktfunktion nicht zu beeinträchtigen.

2.    Erkennen der elektrischen Anschlüsse und des Layouts

Beim PCB-Design müssen alle elektrischen Verbindungen, einschließlich Durchgangslöchern, Leiterbahnen und Signalleitungen, gemäß spezifischen elektrischen Zeichnungen und Designregeln ausgelegt werden. Außerdem muss sichergestellt werden, dass die Verbindung zwischen den verschiedenen Schichten der mehrschichtigen Leiterplatte korrekt ist. Durch Tests der unbestückten Leiterplatte wird sichergestellt, dass diese Designanforderungen korrekt umgesetzt wurden und etwaige Fehler oder fehlende Verbindungen während des Tests erkannt werden.

3.    Verbessern Sie die Produktionseffizienz und sparen Sie Kosten

Wie oben erwähnt, können durch die Durchführung von Tests der unbestückten Platine elektrische Konstruktionsfehler frühzeitig erkannt und umfangreiche Nacharbeiten oder Ausschuss durch problematische Platinen im Montageprozess vermieden werden, wodurch Zeit und Materialkosten gespart werden.

Herstellungsprozess unbestückter Leiterplatten

Die Herstellung einer unbestückten Leiterplatte umfasst den gesamten Prozess der Herstellung einer unbestückten Leiterplatte, auf der keine elektronischen Bauteile wie Chips, Widerstände und Kondensatoren verlötet sind. Die unbestückte Leiterplatte ist die einfachste Form einer Leiterplatte und erfolgt vor der Bauteilmontage. Design, Materialauswahl, Leiterplattenfertigung und Tests – mehrere Schritte in diesem Prozess.

Design- und Layoutvorbereitung

Design-Eingabe: Entwerfen Sie das Leiterplattenlayout mit EDA-Software wie Altium Designer, Eagle oder CAD. Dies ist eine physische Darstellung der Designdatei.

Gerber-Dateigenerierung: Sobald das Design fertig ist, wird es umgewandelt in Gerber-Dateien, bei denen es sich um Standarddateizeichenfolgen für die Leiterplattenherstellung handelt. Diese Dateien enthalten die Daten, die zum Erstellen der Schaltungsmuster verwendet werden.

Substratvorbereitung

Materialauswahl: Das Grundmaterial einer unbestückten Leiterplatte ist im Allgemeinen kupferkaschiertes Laminat, wobei letzteres im Allgemeinen FR4 (Epoxid-Glasfaser) oder CEM-1 als Substrat verwendet.

Substratschneiden: Das Grundmaterial wird auf die gewünschten Abmessungen zugeschnitten, wobei große Platten normalerweise in kleinere Bretter geschnitten werden.

Reinigen und Entfetten

Das PCB-Substrat wird gründlich gereinigt, um Oberflächenverunreinigungen, Öle und andere Verunreinigungen zu entfernen. Dieser Schritt gewährleistet den Erfolg nachfolgender Prozesse, wie z. B. des Ätzens, und wird typischerweise mit Entfettungsmitteln oder wasserbasierten Reinigungsverfahren durchgeführt.

Fotolithografie

Fotolackbeschichtung: Tragen Sie eine Schicht Fotolack auf die Kupferoberfläche auf. Dieser Fotolack ist lichtempfindlich, d. h. er reagiert bei Lichteinwirkung nur teilweise auf den Fotolack, in dem die Schaltungsmuster entworfen werden.

Ausdruck: Die Platine wird mit einer Fotomaske UV-Licht ausgesetzt. Die unbelichteten Bereiche des Fotolacks härten aus, während die belichteten Bereiche des Fotolacks weich werden und entfernt werden können.

Entwicklung: Anschließend wird die Leiterplatte in eine Entwicklungslösung gelegt, in der alle Bereiche des Fotolacks, die nicht dem Licht ausgesetzt waren, weggespült werden und die vorgesehenen Leiterbahnen zurückbleiben.

Radierung

Kupferätzen: Die Platine durchläuft einen Ätzprozess auf Basis der Fotomaske, sodass nur die ungeschützten Kupferbereiche (die nicht vom Fotolack abgedeckt sind) entfernt werden und nur das gewünschte Schaltungsmuster übrig bleibt. Zum Ätzen werden häufig Lösungen aus Eisenchlorid oder Kupferchlorid verwendet.

Musterprüfung: Die Leiterplatte wird überprüft, um sicherzustellen, dass das Schaltungsmuster korrekt ist und keine Kurzschlüsse oder Unterbrechungen aufweist.

Bohren

Mit einer CNC-Bohrmaschine oder per Laser werden gemäß den Designvorgaben Löcher in die Leiterplatte gebohrt. Diese Löcher werden als Pads bezeichnet und dienen für Bauteilanschlüsse oder Vias (Verbindungen zwischen verschiedenen Schichten der Leiterplatte).

Galvanotechnik

Chemische Verkupferung: Durch stromloses Aufbringen einer Kupferbeschichtung auf Durchgangslöcher und Sacklöcher wird in den Löchern ein leitfähiger Pfad erzeugt.

Galvanisieren: Die PCB-Oberfläche wird gelegentlich mit Metallen wie Gold, Silber oder Zinn galvanisiert, um die Leitfähigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Lötbarkeit der Oberfläche zu verbessern.

Oberflächenbearbeitung

Die blanke Leiterplattenoberfläche wird üblicherweise behandelt, um die Lötbarkeit zu verbessern oder die Oxidation zu verringern. Einige der gängigen Oberflächenbehandlungen sind:

HASL (Heißluft-Lötnivellierung): Die Leiterplatte wird in geschmolzenes Lot getaucht, anschließend wird mit heißer Luft überschüssiges Lot weggeblasen, um eine ebene, lötbare Oberfläche zu erhalten.

Immersionsgold: Hierbei handelt es sich um ein Beschichtungsverfahren, bei dem eine dünne Goldschicht auf der Leiterplatte für Hochleistungsanwendungen mit guter elektrischer Leitfähigkeit und guter Lötbarkeit erzeugt wird.

OSP (Organisches Lötbarkeitskonservierungsmittel): Dabei handelt es sich um eine Art chemische Behandlung, die das blanke Kupfer vor Oxidation schützt, ohne eine Metallschicht aufzutragen.

ENIG (Chemisch Nickel Immersion Gold): Die Nickelschicht wird auf der Oberfläche der Leiterplatte abgelagert, gefolgt von einer dünnen Goldschicht, um die Lötleistung zu verbessern und zusätzlich vor Korrosion zu schützen.

Testen

Die unbestückte Leiterplatte wird einer elektrischen Prüfung unterzogen, um sicherzustellen, dass keine Unterbrechungen, Kurzschlüsse oder ähnliche elektrische Defekte vorliegen.

Die Herstellung einer unbestückten Leiterplatte durchläuft mehrere Prozesse, darunter Designeingabe, Substratauswahl, Musterübertragung, Bohren, Galvanisieren, Oberflächenbearbeitung und elektrische Prüfung. Die endgültige unbestückte Leiterplatte sollte so hergestellt werden, dass jeder Schritt kontrolliert wird.

Unbestückte Leiterplatte vs. PCBA

Der Hauptunterschied zwischen unbestückten Leiterplatten und PCBA (Printed Circuit Board Assembly) liegt in ihrem Fertigstellungsgrad und ihrer Funktionalität.

Nach der Lektüre des oben Gesagten wissen wir bereits, dass die unbestückte Leiterplatte lediglich leitfähige Kupferbahnen und Pads enthält, die die Grundlage für das Löten elektronischer Bauteile bilden. Eine unbestückte Leiterplatte ist die erste Stufe im Montageprozess.

Die PCBA ist eine fertig gelötete Leiterplatte. Alle notwendigen elektronischen Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren, integrierte Schaltkreise und Steckverbinder sind bereits auf der unbestückten Leiterplatte verlötet. Der Montageprozess umfasst das Löten und Verbinden der Komponenten, um die unbestückte Leiterplatte in eine vollständige, funktionsfähige Schaltung zu verwandeln.

Hier ist ein umfassender Vergleich zwischen unbestückten Leiterplatten und PCBA:

Null-PCB vs. Bare-PCB

Im Gegensatz zu professionell gefertigten unbestückten Leiterplatten ist die Zero-PCB eine universelle Leiterplatte, die häufig im Prototyping und in DIY-Elektronikprojekten verwendet wird. Sie verfügt über ein regelmäßig angeordnetes Raster mit vorgebohrten Löchern und Kupferpads an jedem Rasterpunkt zum Löten und Verbinden von Komponenten.

Im Gegensatz zu herkömmlichen professionellen Leiterplatten verfügen Zero-PCBs über keine vordefinierten Leiterbahnen oder elektrischen Layouts. Anwender können die Schaltungsverbindungen frei nach ihren individuellen Bedürfnissen gestalten und anpassen. Durch die Verbindung der Gitterpunkte mit Drähten oder Lötzinn lassen sich schnell einfache Schaltungsprototypen erstellen. Dank ihres flexiblen Designs und ihrer einfachen Handhabung eignen sich Zero-PCBs ideal für Schnelltests, elektronisches Prototyping und Heimwerkerprojekte.

Zero PCB vs. Bare PCB: ein umfassender Vergleich

PCBasic: Ihr zuverlässiger Hersteller von unbestückten Leiterplatten

Wenn Sie suchen ein zuverlässiger Partner für die Herstellung unbestückter Leiterplatten, PCBasic sticht als Branchenführer hervor. Lesen Sie weiter und Sie werden überzeugt sein, dass die Zusammenarbeit mit PCBasic ein unvergessliches Erlebnis sein wird.

PCBasic bietet umfassende Dienstleistungen, die über die reine Leiterplattenfertigung hinausgehen und Komplettlösungen von Leiterplattendesign, Materialauswahl, Prototyping, Montage bis hin zum Testen umfassen. Dieser ganzheitliche Ansatz gewährleistet eine umfassende Betreuung der Kunden während des gesamten Produktionsprozesses.

Als intelligente Fabrik nutzt PCBasic modernste Technologien zur Steigerung von Effizienz und Qualität. Mit integriertem CRM, MES, ERP und IoT-SystemeDas Unternehmen optimiert seine Abläufe und steigert die Produktivität. Fortschrittliche Technologien wie die LCR-Eingangsprüfung und SMT-Fehlererkennungssysteme erhöhen die Präzision und Zuverlässigkeit unserer Fertigungsprozesse zusätzlich.

Unsere unbestückten Leiterplatten kommen in zahlreichen Branchen zum Einsatz, darunter Automobilelektronik, Medizintechnik, Smart-Home-Systeme und Kommunikationsstromversorgungssysteme. Diese vielfältigen Anwendungen unterstreichen die Vielseitigkeit und Qualität der PCBasic-Angebote.

PCBasic ist nach ISO9001, IATF16949 und ISO13485 zertifiziert und setzt strenge Qualitätskontrollprozesse ein, um sicherzustellen, dass jede unbestückte Leiterplatte den höchsten Qualitätsstandards entspricht. Dieses Qualitätsversprechen wird durch ein Team aus über 30 erfahrenen Leiterplattendesignern und 20 Qualitätsmanagement-Spezialisten unterstützt, die rund um die Uhr Kundensupport für alle Bedürfnisse bieten.

Mit mehr als 15 Jahren Branchenerfahrung investiert PCBasic kontinuierlich in Innovation und PCBA-Technologie und stellt so sicher, dass jede unbestückte Leiterplatte unübertroffene Leistung und Zuverlässigkeit bietet. Dieses Engagement für Fachwissen und Innovation positioniert PCBasic als führendes Unternehmen in der Leiterplattenfertigung.

Fazit

Die unbestückte Leiterplatte ist der Ausgangspunkt jedes elektronischen Geräts und bietet den notwendigen Rahmen für die Schaltungsmontage. Wenn Sie einen Hersteller für unbestückte Leiterplatten suchen, Kontakt PCBasic.