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Leiterplatten – das Rückgrat der Elektronik

Bei der Leiterplatte handelt es sich um eine Sonderanfertigung. Das bedeutet, sie ist ein kunden- und produktspezifisches Präzisionsprodukt. Leiterplatten werden gezielt entwickelt und ausschließlich auf Bestellung gefertigt und ist für niemanden ansonsten nützlich.

100 Jahre Leiterplattendesign

Bereits vor rund 100 Jahren gab es die ersten Vorläufer der Leiterplatte, die sich jedoch aufgrund der vorgeschlagenen Verfahren, wie bspw. die Aufbringung von Silberpulver per Siebdruck, nicht durchsetzen konnte. Dr. Baekeland entwickelte 1909 das Phenolharz und die frühen elektronischen Geräte basierten auf einer Baklitplatte, auf der die einzelnen Bauteile durch Kupferdraht einzeln verbunden waren. Eben daher ist auch heute noch der Begriff „Verdrahtung“ in der Branche üblich. Ein erster Schritt Richtung Leiterplatte erfolgte 1937 mit der Erfindung der Kupferfolie und der zweite war der Produktionsbeginn des Phenolpapier-Laminats durch Formica/USA. 1942 erfolgte die Patentierung der ersten Leiterplatte durch Dr. Paul Eisler. In dem Patent hieß es, dass das Isolationsmaterial auf einer oder beiden Seiten über eine Kupferkaschierung verfügte, die im Subtraktiv-Verfahren strukturiert wurde. Diese Erfindung kam aufgrund der Verknappung von Kupfer während des 2. Weltkrieges erst 1944 zunächst in den USA für militärische Zwecke zum Einsatz. Bei den ersten Produkten handelte es sich um Sprechfunkgeräte und Computer für Entschlüsselung und Zielberechnungen. Die ersten Leiterplatten in Deutschland wurden 1956 produziert. Die ersten Produkte wurden für die Metz Radiowerke gefertigt und in Düren entstand die erste Phenolpapier-Laminat Produktion . Weltweit werden heute unzählbare Mengen von Leiterplatten gefertigt. Auch wenn diese immer kleiner werden, ohne sie wäre eine moderne Massenfertigung elektronischer Geräte nicht denkbar.

Wer produziert heute Leiterplatten?

Wird nicht das Produktionsland, sondern das Herkunftsland der Unternehmen mit ihrem Hauptsitz als Maßstab genommen, dann kommt man auf andere Ergebnisse als die, die allgemein publiziert werden. Beispielsweise sah in diesem Hinblick die Übersicht so aus, dass in Taiwan die größte Produktion mit 42 % zu finden war. Die USA und Europa schlugen mit 8 % bzw. 5 % zu Buche. Einer der führenden Hersteller für Leiterplatten ist Rigid-Flex . Das Unternehmen blickt auf eine 25-jährige Erfahrung im Bereich des PCB Designs und kann überzeugende Erfolgsbilanzen in den Bereichen Entwicklung und Engineering Excellence vorweisen. Statistiken zeigen auf, dass der Umsatz der Branche in Deutschland allein in den Jahren von 2009 bis 2014 stetig gestiegen ist. Eine Prognose aus dem Jahr 2014 soll der Umsatz im Jahr 2020 rund 1,29 Milliarden Euro betragen.

Wie ist der Ausblick auf die Zukunft der PCB-Designer?

Früher bestand die Aufgabe eine Leiterplatte zu entflechten, in „Malen nach Zahlen“. Doch heute ist ein Leiterplattendesign hochkomplex und die Anforderungen an die PCB-Entwickler werden in Zukunft weiter steigen. „Prognosen sind eine schwierige Sache. Vor allem dann, wenn sie die Zukunft betreffen!“ (Mark Twain, 1887). Aber dennoch gibt es gewisse Dinge, die nicht nur in der Vergangenheit im Trend waren, sondern diesen auch in der Zukunft weiter gestalten werden. In seinem „Naturgesetz“ hat Gordon Moor eine Art proklamiert, um diese Entwicklung vorherzusagen. Seine Vorhersage lautete, dass die Anzahl der Transistoren in Schaltungen sich alle 18 Monate verdoppeln wird. Schon oft wurde diese exponentielle Funktion als veraltet und nicht mehr gültig bezeichnet, doch bis heute ist sie ungebrochen. Was bedeutet das im Klartext? Alle ein bis zwei Jahre verdoppelt sich die Komplexität der Elektronik. Waren es in der Vergangenheit nur die Anzahl der Transistoren in einem Chip, so sollte in Zukunft der Begriff auf Baugruppe, Design-Regeln und externe Abhängigkeiten – das gesamte Design – angewendet werden, um so die steigenden Komplexität beschreiben zu können.

Die Einsatzorte der Leiterplatten

In nahezu allen elektronischen Geräten ist eine Leiterplatte enthalten: in jedem Computer, in jedem Handy und in jedem Fernsehgerät ist diese komplexe Konstruktion der unterschiedlichsten Bauteile, auf der die Platinen Platz finden, verbaut. Jedoch reicht es seit Zeiten nicht mehr, die Leiterplatten nur auf einer Seite mit Leiterbahnen zu versehen. Damit es möglich ist, die Packungsdichte der modernen SMD-Bauteile gerecht zu werden, begann die Industrie damit, die doppelseitigen Leiterplatten zu produzieren. Hier werden die Platten, die auf beiden Seiten mit Kupfer ausgestattet sind, mit Prepregs (engl. Kurzform für "preimpregnated fibre") aufeinander geklebt, wodurch mehrere Lagen entstehen. Aktuell können diese Mehrschichtplatten bis zu 48 Schichten umfassen, während bei Computern in der Regel vier bis acht Lagen verbaut werden und die Mobiltelefone generell bis zu 12 Schichten aufweisen. Wird die Funktion dieser technischen Bauteile betrachtet, wird deutlich, welch unschätzbaren Wert sie für die Elektronik haben. Leiterplatten agieren als Träger, die dem Fundament eines Gebäudes gleichen und als Leiter von Elektrizität, wodurch die meisten der Bauteile erst funktionstüchtig werden.

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