Die Entwicklung eines neuen PCB-Projekts ist immer sehr spannend. Mit der großen Aufregung geht auch viel Verantwortung und Sorgfalt einher, die wir aufbringen müssen, um einen möglichst reibungslosen Projektverlauf zu gewährleisten. PCBs gibt es in verschiedenen Größen und Formen: einseitige und mehrlagige PCBs. Außerdem erfahren Sie, wie Sie vom Prototyping dieser Platinen zur Massenproduktion gelangen.
Es gibt viele Dinge zu bedenken, darunter Preis, Größe und Verfügbarkeit von Komponenten. In diesem Artikel besprechen wir jedoch hauptsächlich die Unterschiede zwischen einseitigen und doppelseitigen sowie mehrschichtigen Leiterplatten und PCBAs, die Unterschiede zwischen ihnen und die Dinge, die wir bedenken müssen, bevor wir unseren ersten Prototyp herstellen.
Schichten des PCB-Designs
Wenn Sie dies lesen, haben Sie höchstwahrscheinlich bereits einige PCB-Designs erstellt (oder sind dabei, dies zu tun). Abhängig von Ihrem Projekt können unterschiedliche Designebenen erforderlich sein. Dies beginnt bei einem doppelten (2-lagigen) PCB-Design und kann bis zu 16 Lagen reichen.
Die Schichten hängen von mehreren Faktoren ab, einer davon ist die Größe der Leiterplatte. Wenn wir viele Komponenten auf kleinem Raum unterbringen möchten, benötigen wir möglicherweise eine mehrschichtige Leiterplatte, um alle Komponenten erfolgreich verdrahten zu können, da jeder Draht (Leiterbahn) über eine einzelne Schicht verläuft. Zwei Leiterbahnen können sich auf einer Schicht nicht überlappen. Daher müssen wir unterschiedliche Schichten verwenden, um einen vollständigen Schaltplanentwurf zu erhalten.
Ein weiterer Faktor beim Entwurf mehrschichtiger Leiterplatten ist die Komplexität der Komponenten, die wir in unseren Entwurf einbauen. Einige Komponenten wie CPUs oder komplexe integrierte Schaltkreise erfordern einen mehrschichtigen Leiterplattenentwurf mit vier oder mehr Schichten. Dies ist die Anforderung beim Layout solcher Komponenten und kann daher nicht ignoriert werden.
Zwei- oder mehrlagige Designs hängen meist vom jeweiligen PCB-Projekt und den Anforderungen an Größe, Komponenten und Anwendungsfall ab. Je komplexer das Design, desto mehr Lagen umfasst es. Mehrlagige PCBs sind heutzutage weit verbreitet, und viele PCB-Fabriken können kundenspezifische Anforderungen für ein- oder mehrlagige PCBs erfüllen.
Die Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten (4–16 Schichten) ist aufgrund der höheren Komplexität und der Menge an Kohle und anderen Materialien, die bei mehrschichtigen Leiterplatten verwendet werden, häufig teurer als die Herstellung zweischichtiger Leiterplatten. Wenn das Design mit zwei Schichten hergestellt werden kann, wird dies empfohlen, um die Herstellungskosten zu senken.
Ätzen der Leiterplatten
Sie fragen sich vielleicht, wie man doppelseitige Leiterplatten ätzt. Aber zunächst: Was bedeutet Ätzen überhaupt? Beim Ätzen wird mit einem Hochleistungslaser die Oberfläche der Leiterplatte geritzt. Dieser Vorgang dient dazu, die Leiterbahnen zu erstellen, die in der benutzerdefinierten Leiterplatten-Designschaltung verwendet werden.
Der Ätzprozess ist sehr effizient und wird in der Leiterplattenindustrie häufig verwendet. Er kann entweder auf einseitigen Leiterplatten oder auf mehrschichtigen Leiterplatten durchgeführt werden. Bei diesem Prozess entfällt die Notwendigkeit, giftige Chemikalien, Tinte oder Säuren zu verwenden, die traditionell während des Leiterplattenherstellungsprozesses verwendet wurden.
Das Ätzen kann auch zu Hause durchgeführt werden, erfordert aber oft teure und gefährliche Chemikalien und Säuren, die die Umwelt schädigen können. Es kann auf Kupferplatten durchgeführt werden, die für die Leiterplattenherstellung verwendet werden, sowie auf flexiblen Materialien für die Produktion einer mehrschichtigen flexiblen Leiterplatte.
Eine mehrschichtige flexible Leiterplatte wird häufig aus Polyimidplatten hergestellt, die auf einer oder mehreren Seiten Kupfer aufweisen. Die Eigenschaft des Polyimidmaterials ist sein sehr hoher Schmelzpunkt und seine Flexibilität, wodurch es sich perfekt für die Herstellung und Erstellung von Mustern flexibler Leiterplatten eignet.
Einseitige PCBA
Nachdem wir entschieden haben, ob unsere Leiterplatte zwei- oder mehrschichtig ist und ob es sich um eine einfache oder flexible Platine handeln soll, müssen wir überlegen, auf welcher Seite der Leiterplatte die Komponenten platziert werden sollen.
Bei einseitiger Leiterplatte platzieren wir Komponenten nur auf einer Seite der Leiterplatte (normalerweise auf der Oberseite), anstatt die Leiterplatte beidseitig mit Komponenten zu bestücken. Einseitige Leiterplatten sollten jedoch nicht mit der Anzahl der Lagen verwechselt werden, da es sich um zwei verschiedene Dinge handelt. Mehrschichtige Leiterplatten beziehen sich auf die interne Verdrahtung und die Lagen der Leiterplatte, während sich die ein- oder doppelseitige Leiterplattenbestückung auf das SMT-Verfahren bezieht, bei dem die Komponenten auf einer oder beiden Seiten der Leiterplatte platziert werden.
Die Leiterplatte hat nur zwei Seiten, eine Ober- und eine Unterseite. Dort können wir so viele Komponenten platzieren, wie Design, Layout und Platz zulassen. Einseitige Leiterplatten sind eine beliebte Wahl. Bei komplexeren Designs reicht der Platz jedoch möglicherweise nicht mehr aus, um alle Komponenten auf einer Lage unterzubringen. Dies liegt am begrenzten Platz für die Komponenten und der zunehmenden Anzahl an Komponenten, die ein komplexes Design umfassen kann.
Einseitige Leiterplatten haben viele Vorteile. Sobald die Leiterplatte als Lösung oder Produkt verwendet wird, ist es einfach, das Gehäuse oder die Platine auf einer flachen Oberfläche zu entwerfen, da auf der untersten Ebene keine Komponenten angebracht sind, sodass die einseitige Leiterplatte gut und einfach in kundenspezifische Gehäuse passt.
Bei der Auswahl einseitiger Leiterplattenkomponenten ist es sehr praktisch, DIP-Komponenten anstelle von SMD zu wählen, da wir uns keine Sorgen über etwaige Komponentenkonflikte auf der Unterseite der Platine machen müssen, da wir nur ein einseitiges Leiterplattendesign verwenden. Bei doppelseitigen Leiterplatten hingegen sind wir hinsichtlich der Anzahl der DIP-Komponenten, die wir unterbringen können, beschränkt. Durch das Platzieren einer DIP-Komponente müssen wir Löcher im Kupfer bohren, um die Komponenten hindurchzuverdrahten, was die Möglichkeit einschränkt, SMD-Komponenten an derselben Stelle auf der Leiterplatte zu platzieren. Wenn das Design viele DIP-Komponenten verwendet, wird empfohlen, eine einseitige Leiterplatte zu entwerfen.
Ein weiterer Vorteil ist, dass Bauteile üblicherweise Wärme erzeugen. Durch die Konstruktion einer einseitigen Leiterplatte können wir eine geringere Wärmeverteilung auf der Leiterplatte gewährleisten, was sich positiv auf die Langlebigkeit und Stabilität der Leiterplatte auswirken kann. Einseitige Leiterplatten sind oft günstiger als mehrschichtige Leiterplatten. Dies liegt daran, dass nur eine Schicht montiert werden muss, was die Fertigung im Massenproduktionsprozess einfacher, günstiger und schneller macht.
Doppelseitige PCBA
Nachdem wir die Vor- und Nachteile einer einseitigen Leiterplatte verstanden haben, erklären wir, was eine doppelseitige Leiterplatte ist, und vergleichen einseitige und doppelseitige Leiterplatten.
Der erste offensichtliche Vorteil doppelseitiger Leiterplatten ist der größere Platz für Bauteile. Das Design kann mit zweilagigen Leiterplatten erstellt werden, die jedoch beidseitig mit Bauteilen bestückt sind. Die Herstellung doppelseitiger Leiterplattenprototypen ist jedoch oft teurer, da bei Kleinserien von 2–1 Stück die Bauteile beidseitig manuell verlötet werden müssen. Während die Oberseite in einem kleinen Ofen gelötet werden kann, muss die Unterseite manuell gelötet werden. Bei einseitigen Leiterplatten hingegen kann die gesamte Platte in einem Ofen oder Heizgerät erhitzt und gelötet werden.
Viele Kunden fragen sich, wie man doppelseitige Prototyp-Leiterplatten verwendet. Die Antwort ist dieselbe wie bei einseitigen Leiterplatten. Hinsichtlich Verwendung und Funktionalität gibt es keine Unterschiede, außer in den zu berücksichtigenden Punkten wie Gehäusen oder Wärmeverteilung über die Platine.
Ein weiterer Vorteil doppelseitiger PCBA ist die Möglichkeit, mehr Komponenten auf einer kleineren PCB-Formfaktor unterzubringen. Das bedeutet, wir können eine kleinere Platine entwerfen, aber alle Komponenten auf beiden Seiten der PCB unterbringen, indem wir sowohl die obere als auch die untere Schicht in unserem Design nutzen. Bei einseitigen PCB ist nur die Oberseite mit Komponenten bestückt, was möglicherweise die Gestaltung einer größeren PCB-Größe erfordert, um den Platzmangel auszugleichen.
Fazit & Take-aways
Wir haben verschiedene PCB-Designs kennengelernt, wie z. B. einlagige und mehrlagige PCB-Designs. Außerdem haben wir die Unterschiede zwischen einlagigen und mehrlagigen PCBs hinsichtlich des Preises und anderer Aspekte besprochen, die wir im Vorfeld berücksichtigen sollten. Außerdem haben wir die einseitige und doppelseitige Bauteilbestückung besprochen und die Unterschiede zwischen Prototyping und Massenproduktion, die Vor- und Nachteile sowie die Aspekte, die wir bei solchen Entscheidungen berücksichtigen sollten.
PCBasic ist ein Experte auf dem Gebiet des Designs von ein- und mehrschichtigen Leiterplatten sowie der Herstellung von mehrschichtigen Leiterplatten und verfügt über mehr als 15 Jahre gesammeltes Wissen. Es besteht kein Zweifel, dass wir jede Art von Design- oder Fertigungsanforderung sowohl für Prototyping-Zwecke als auch für die Massenproduktion von Hunderttausenden Stück pro Tag erfüllen können.
PCBasic arbeitet mit führenden Komponentenlieferanten und -händlern sowie mit Fertigungsanlagen für Leiterplatten zusammen, die die Herstellung von 2- bis 16-Schicht-Leiterplatten mit hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit bewältigen können, wodurch Unsicherheiten und Risiken bei der Herstellung jedes PCBA-Projekts vermieden werden.
