Was ist eine platine? Platine bedeutet Printed Circuit Board, auch bekannt als gedruckte Verdrahtungsplatte. Es handelt sich um eine gedruckte Platte, die gemäß einem vorgegebenen Design auf einem gemeinsamen Substrat hergestellt wird und Verbindungen zwischen Punkten und gedruckten Komponenten aufweist. Als Trägerstruktur für elektronische Komponenten dient sie als Träger für deren elektrische Verbindung.
Als wichtiger Bestandteil elektronischer Produkte spielt die platine eine unverzichtbare Rolle. Sie übernimmt nicht nur die wichtige Aufgabe der Schaltungsverbindung, sondern bietet auch eine robuste Halterung für elektronische Bauteile. Noch wichtiger ist, dass Leiterplatten die Stabilität und Zuverlässigkeit von Schaltungen verbessern und so einen konsistenten und effizienten Betrieb elektronischer Geräte gewährleisten. Daher sind Leiterplatten in der modernen Elektroniktechnik zweifellos unverzichtbar.
Platine bestehen hauptsächlich aus isolierenden Materialien wie glasfaserverstärktem Epoxidharz (FR-4). Sie enthalten eine oder mehrere dünne Kupferschichten, auf denen durch chemisches Ätzen oder mechanische Bearbeitung Schaltungsmuster gebildet werden. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Kupferschichten werden über Durchkontaktierungen (Via-Löcher) oder Blindkontaktierungen (die nur bestimmte Schichten verbinden) hergestellt. Durch die Kombination von Verdrahtung und Isoliermaterialien ermöglicht die Leiterplatte elektrische Verbindungen und die funktionale Integration elektronischer Bauteile. Dies verbessert nicht nur die Integration und Zuverlässigkeit der Geräte erheblich, sondern spart auch Verdrahtungsplatz und vereinfacht das Systemdesign.
Aufbau einer Leiterplatte
(1) Draht: Der Draht (Track) hat eine Netzwerkverbindung, die dem Schaltplan entspricht, und der Draht hat eine Netzwerkkennzeichnung (NetLable), die den Knoten des Schaltplans entspricht. Bei der Verdrahtung können Drähte automatisch verschoben, umwickelt usw. werden (Drähte werden über Knoten verbunden, wo keine Knoten vorhanden sind, sind physische Querverbindungen von Drähten während der Verdrahtung nicht zulässig).
(2) Kupferverlegung: Verbinden Sie das Netzwerk über ein einzelnes Stück Kupferfolie und füllen Sie nach Abschluss der Verdrahtung den verbleibenden Teil der platine mit Kupferfolie, die normalerweise für Masse (GND) und Stromversorgung (POWER) verwendet wird. Aufgrund der großen Fläche der Kupferfolie wird der Wärmeableitungseffekt objektiver sein.
(3) Durchgangsbohrung:
① Die Funktion von Durchkontaktierungen:
Elektrische Verbindung: Durchgangsbohrungen können verwendet werden, um Schaltungen auf verschiedenen Ebenen zu verbinden, wodurch eine effektive Signal- und Stromübertragung auf der Leiterplatte auf verschiedenen Ebenen ermöglicht wird. Leiterplatten sind in der Regel in zwei Schichten unterteilt, und mit jeder zusätzlichen Schicht steigen die Kosten dramatisch an.
Befestigung oder Positionierung von Bauteilen: Durchgangslöcher können verwendet werden, um die stellung von elektronischen Bauteilen wie Widerständen, Kondensatoren usw. zu fixieren und so deren korrekte Anordnung auf der platine sicherzustellen.
② Klassifizierung von Durchgangslöchern:
Durchgangslöcher: Die gängigsten und einfachsten Durchgangslöcher in Leiterplatten sind Durchgangslöcher, bei denen es sich um mechanische Bohrlöcher handelt, die von oben nach unten in die Leiterplatte gebohrt werden.
Sackloch: Ein Sackloch ist eine Art Laserbohrung, bei der Löcher von der oberen oder unteren Schicht einer Leiterplatte zur inneren Schicht gebohrt und galvanisiert werden.
Vergrabenes Loch: Ein vergrabenes Loch kann eine Laserbohrung oder eine mechanische Bohrung sein und bezieht sich auf das Verbindungsloch in der inneren Schicht der Leiterplatte, das nicht bis zur Oberfläche der Leiterplatte reicht.
(4) Lötpads: Bauteile werden durch Löten durch Bleilöcher auf der Leiterplatte auf der Leiterplatte befestigt. Gedruckte Drähte verbinden die Lötpads, um eine elektrische Verbindung der Bauteile im Schaltkreis herzustellen. Die Bleilöcher und die umgebende Kupferfolie werden als Lötpads bezeichnet.
(5) Siebdruck: Siebdruck bezieht sich auf die auf elektronischen Leiterplatten aufgedruckten Informationen wie Text, Logos, Grafiken usw. Diese Siebdrucke haben wichtige Funktionen: Sie helfen dabei, die Position, den Wert, das Modell und andere Informationen von elektronischen Bauteilen sowie die Ausrichtung und die richtige Installationsmethode der Bauteile zu identifizieren.
Anwendungsszenarien von Leiterplatten
Kommunikationsgeräte: Leiterplatten werden in Telefonen, Mobiltelefonen, Radios, Satellitenkommunikationssystemen und ähnlichen Geräten verwendet und bieten zuverlässige Signalübertragungswege, um eine genaue Datenübertragung zu gewährleisten.
Medizinische Geräte: Leiterplatten werden in Diagnose- und Überwachungsgeräten, chirurgischen Instrumenten und implantierbaren Geräten eingesetzt und erfüllen strenge Anforderungen an Präzision und Zuverlässigkeit, um die Funktionalität der Geräte und die Sicherheit der Patienten zu gewährleisten.
Industrielle Steuerung: Leiterplatten werden in der Robotik, in CNC-Werkzeugmaschinen und in Automatisierungssystemen für Produktionslinien eingesetzt und ermöglichen eine präzise Steuerung und Bedienung.
Automobilelektronik: Leiterplatten (PCBs) werden in Motorsteuerungsmodulen, Karosseriesteuerungsmodulen und Airbag-Steuerungssystemen eingesetzt, um verschiedene Fahrzeugsysteme zu steuern und deren ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen.
Unterhaltungselektronik: Leiterplatten (PCBs) werden in Haushaltsgeräten wie Fernsehern, Kühlschränken, Waschmaschinen und Klimaanlagen sowie in Smartphones, Tablets und Videospielkonsolen verwendet, wo sie elektrische Verbindungen herstellen und Komponenten unterstützen.
Luft- und Raumfahrt: Leiterplatten (PCBs) werden in Flugzeugen, Raketen und Satelliten eingesetzt und erfüllen strenge Anforderungen an Zuverlässigkeit und Präzision, um komplexe Steuerungs- und Überwachungsfunktionen auszuführen.
Computer und Server: Leiterplatten werden in Computern und Servern eingesetzt und bieten zuverlässige Signalübertragungswege, um eine schnelle Datenübertragung und -verarbeitung zu gewährleisten.
Geräte für das Internet der Dinge (IoT): Leiterplatten bieten stabile, zuverlässige Steuerungs- und Datenübertragungswege für IoT-Geräte und ermöglichen so eine intelligente Verwaltung und Fernüberwachung.
Neuer Energiesektor: Leiterplatten werden in Solaranlagen, Windkraftanlagen und ähnlichen Anwendungen eingesetzt und sorgen für elektrische Verbindungen und Steuerungsfunktionen.
Klassifizierung von Leiterplatten
Leiterplatten werden anhand der Anzahl ihrer Schichten in drei Haupttypen unterteilt: einseitige Leiterplatten, doppelseitige Leiterplatten und Mehrlagige leiterplatten.
Einseitige Leiterplatten zeichnen sich dadurch aus, dass sich die Komponenten auf einer Seite der einfachsten Leiterplatte konzentrieren, während sich die Leiterbahnen auf der gegenüberliegenden Seite befinden. Da die Leiterbahnen nur auf einer Seite vorhanden sind, wird dieser Leiterplattentyp als einseitige Leiterplatte bezeichnet. Einseitige Leiterplatten sind in der Regel einfach herzustellen und kostengünstig, haben jedoch den Nachteil, dass sie für übermäßig komplexe Produkte nicht geeignet sind.
Doppelseitige Leiterplatten stellen eine Erweiterung der einseitigen Leiterplatten dar. Wenn einlagige Leiterplatten die Anforderungen elektronischer Produkte nicht erfüllen, werden doppelseitige Leiterplatten verwendet. Beide Seiten sind mit Kupfer beschichtet und mit Leiterbahnen versehen, wobei Durchkontaktierungen die Schaltungen zwischen den Lagen verbinden, um die erforderlichen Netzwerkverbindungen herzustellen.
Mehrlagige leiterplatten sind Leiterplatten, die aus drei oder mehr leitfähigen Schichten bestehen, die mit Isoliermaterialien zwischen ihnen laminiert sind, wobei die leitfähigen Schichten nach Bedarf miteinander verbunden sind. Mehrlagige leiterplatten stehen für die Entwicklung der elektronischen Informationstechnologie hin zu hoher Geschwindigkeit, Multifunktionalität, großer Kapazität, kompakter Größe, dünnen Profilen und leichtem Design.
Mehrlagige leiterplatten werden üblicherweise mit geraden Zahlen bezeichnet, wie beispielsweise 2, 4, 6, 8, 10, 20, 40 oder 100 Schichten. Einfach ausgedrückt entspricht die Anzahl der Kupferschichten – also die Anzahl der Leiterbahnen – der Schichtanzahl der Leiterplatte. Derzeit umfassen die meisten Mehrschichtprozesse das Laminieren mehrerer doppelseitiger kupferkaschierter Laminate, weshalb Mehrschichtplatinen mit geraden Zahlen vorherrschen. Beispielsweise ergibt das Laminieren von zwei doppelseitigen Leiterplatten eine 4-lagige Platine; durch Hinzufügen einer weiteren doppelseitigen Leiterplatte entsteht eine 6-lagige Platine und so weiter. Darüber hinaus fallen fortschrittliche Technologien wie HDI, SLP und Anylayer trotz ihrer Komplexität – gekennzeichnet durch zahlreiche Durchkontaktierungen, feine Leiterbahnen, komplizierte Prozesse und hohe Präzision – immer noch unter die Materialkategorie „starre Leiterplatten”. Daher werden sie im Allgemeinen als Mehrschichtleiterplatten klassifiziert, sofern sie nicht ausdrücklich separat aufgeführt sind.
Nach Materialeigenschaften
Klassifizierung nach Substratsteifigkeit
Starre Leiterplatte
Definition: Verwendung von starren Isoliermaterialien als Substrat, die sich nicht biegen oder falten lassen und den häufigsten Typ in elektronischen Geräten darstellen.
Typische Materialien: FR-4-Glasfasergewebesubstrate, Phenolpapiersubstrate, metallkaschierte Laminate (auf Aluminium- oder Kupferbasis) usw.
Anwendungen: Computer-Motherboards, Smartphone-Mainboards, elektronische Steuermodule für Kraftfahrzeuge usw.
Flexible Leiterplatte
Definition: Verwendung flexibler Materialien wie Polyimid (PI) als Substrat, das gebogen und gefaltet werden kann, um den Einbau in beengten Räumen zu ermöglichen.
Typische Materialien: PI-Substrate, Polyesterfolien-Substrate.
Anwendungsszenarien: Wearables, Flexkabel für faltbare Smartphones, minimalinvasive medizinische chirurgische Instrumente usw.
Klassifiziert nach Verstärkungsmaterial
Glasgewebebasis
Kernkomponenten: Glasfasergewebe + Epoxidharz (z. B. FR-4), bietet hohe Festigkeit und Wärmebeständigkeit.
Vorteile: Überlegene mechanische Festigkeit, stabile dielektrische Eigenschaften und ausgezeichnete Feuchtigkeitsbeständigkeit.
Auf Papierbasis
Kernkomponenten: Holzfaserpapier + Phenolharz (z. B. FR-1, XPC). Niedrige Kosten, aber eingeschränkte Leistung.
Einschränkungen: Schlechte Temperaturbeständigkeit (typischerweise <130 °C), nur für Geräte mit geringer Leistung geeignet.
Verbundbasis
Kernkomponenten: Glasfasergewebe laminiert mit Papier (z. B. CEM-1), ausgewogenes Verhältnis zwischen Kosten und Leistung.
Anwendungen: Steuerplatinen für Kleingeräte, elektronische Module in Spielzeugen usw.
Nach Spezialfunktionen klassifiziert
Metallbasierte Leiterplatten
Aluminiumbasiert: Außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeit, geeignet für LED-Beleuchtung und Leistungsverstärker.
Kupferbasiert: Die thermische Effizienz ist mehr als dreimal so hoch wie bei aluminiumbasierten Leiterplatten, Verwendung in Hochfrequenz-Kommunikationsgeräten.
Hochfrequenz-Leiterplatten
PTFE (Polytetrafluorethylen): Niedrige Dielektrizitätskonstante (ε=2,0-2,5), minimaler Verlustfaktor (tanδ<0,002), geeignet für 5G-Basisstationen und Radarsysteme.
Rogers-Serie: Bietet stabile Hochfrequenzleistung mit einer dielektrischen Konstante von bis zu ±0,02 und ist damit die bevorzugte Wahl für High-End-HF-Schaltungen.
Keramikbasierte Leiterplatten
Aluminiumoxid (Al₂O₃), Aluminiumnitrid (AlN): Beständig gegen hohe Temperaturen (>1000 °C) mit außergewöhnlichen Isolationseigenschaften, verwendet in der Luft- und Raumfahrt sowie in Hochleistungs-Halbleitermodulen.
Klassifiziert nach Durchkontaktierungstyp: Durchkontaktierung, Blinddurchkontaktierung, vergrabene Durchkontaktierung.
Durchkontaktierung: Das Loch durchdringt die gesamte Platine, wobei beide Enden auf der oberen oder unteren Schicht (den beiden äußersten Schichten) enden.
Blindvia: Ein Ende des Lochs endet an der Oberflächenschicht (äußere Schicht), während das andere Ende an einer inneren Schicht endet, ohne die gesamte Platine zu durchdringen.
Buried Via: Beide Enden des Lochs befinden sich innerhalb der Platine und verbinden nur zwei interne Schichten.
Faktoren, die die Preisgestaltung von platine beeinflussen:
1.Die Kosten für Leiterplatten variieren aufgrund unterschiedlicher Materialauswahl erheblich. Am Beispiel einer gängigen doppelseitigen Leiterplatte besteht das Substrat in der Regel aus FR4-Typen (einschließlich der Marken Shengyi, Jiantou und Guojie, wobei die Preise in dieser Reihenfolge sinken). Die Dicke der Leiterplatte reicht von 0,2 mm bis 3,0 mm, während die Kupferdicke zwischen 0,5 oz und 3 oz variiert. Allein das Substrat ist somit für erhebliche Preisunterschiede verantwortlich. Bei der Auswahl der Lötmaskenfarbe gibt es ebenfalls Preisunterschiede zwischen standardmäßiger thermisch aushärtender Farbe und lichtempfindlicher grüner Farbe.
2.Unterschiede in den Oberflächenveredelungsverfahren für Leiterplatten tragen ebenfalls zur Preisvielfalt bei. Zu den gängigen Behandlungen gehören: OSP (Oxygen-Stabilised Phosphor), bleihaltige Heißverzinnung, bleifreie Heißverzinnung (umweltkonform), Vergoldung, chemische Vergoldung und verschiedene Kombinationsverfahren. Diese Verfahren sind in der Regel mit steigenden Kosten verbunden.
3.Die Komplexität des PCB-Designs wirkt sich ebenfalls auf die Preisgestaltung aus. Beispielsweise können zwei Leiterplatten mit jeweils 1000 Löchern unterschiedliche Bohrkosten verursachen, wenn der Lochdurchmesser einer Leiterplatte 0,2 mm überschreitet, während der der anderen unter 0,2 mm liegt. Ebenso entstehen unterschiedliche Produktionskosten, wenn beide Leiterplatten bis auf die Leiterbahnbreite und den Abstand identische Spezifikationen aufweisen – wobei eine 4 mil überschreitet und die andere unter 4 mil liegt. Darüber hinaus fallen bei Designs, die nicht standardmäßige Fertigungsverfahren verwenden – wie halbplattierte Durchgangslöcher, vergrabene/blinde Durchkontaktierungen, In-Panel-Löcher oder Karbon-Tinten-Druck auf Tastaturplatinen – zusätzliche Kosten an.
4.Die Dicke der Kupferfolie auf der Leiterplatte wirkt sich ebenfalls auf den Preis aus. Gängige Dicken sind: 18 μm (1/2 oz), 35 μm (1 oz), 70 μm (2 oz), 105 μm (3 oz) und 140 μm (4 oz). Dickere Kupferfolie hat einen höheren Preis.
5.Die Qualitätsstandards für Leiterplatten variieren je nach Kunde und wirken sich auf die Preisgestaltung aus. Zu den gängigen Standards gehören IPC2, IPC3, Unternehmensspezifikationen und Militärstandards. Höhere Standards sind mit höheren Kosten verbunden.
6.Erläuterung der Werkzeug- und Vorrichtungskosten
(1) Werkzeugkosten: Bei Prototypen und Kleinserien setzen Leiterplattenhersteller in der Regel Bohr- und Fräsverfahren zur Formgebung der Platten ein, wodurch zusätzliche Kosten für das Kantenfräsen vermieden werden. Bei der Großserienfertigung sind jedoch Werkzeuge zum Stanzen der Platten erforderlich, wodurch Werkzeugsatzkosten anfallen. Hersteller geben hierfür in der Regel Preise von über 1.000 RMB an.
(2) Für Testkosten werden bei Prototypen in der Regel Flying-Probe-Tests verwendet, für die Hersteller zwischen 100 und 400 RMB berechnen. Die Massenproduktion erfordert spezielle Testvorrichtungen, deren Preis in der Regel zwischen 1.000 und 1.500 RMB liegt.
7.Auswirkungen der Zahlungsmethoden auf die Preisgestaltung
Die Wahl von Zahlungsmethoden mit kürzeren Abrechnungsfristen, wie z. B. Barzahlungen, führt in der Regel zu niedrigeren Preisen.
8.Auswirkungen von Bestellmenge und Vorlaufzeit auf die Preisgestaltung
(1) Bestellmenge: Bei kleineren Bestellmengen fallen höhere Stückkosten an. Selbst bei der Einzelstückfertigung müssen Leiterplattenhersteller alle Prozesse – einschließlich der Erstellung der technischen Dokumentation und der Filmausgabe – durchführen, was zu höheren Stückkosten führt.
(2) Anforderungen an die Vorlaufzeit: Die an den Leiterplattenhersteller übermittelten Daten müssen vollständig und korrekt sein. Dazu gehören detaillierte Spezifikationen für Gerber-Dateien, die Anzahl der Schichten, der Substrattyp, die platine stärke, die Oberflächenbeschaffenheit, die Druckfarbe, die Schriftfarbe und etwaige Sonderanforderungen.
