Was ist eine pcb platine? Eine pcb platine, auf Chinesisch als „gedruckte Schaltung“ bezeichnet, dient als Träger für die elektrische Verbindung elektronischer Bauteile und fungiert als Relais für die Signalübertragung. Sie wird daher auch als „Motherboard elektronischer Produkte“ bezeichnet.
In der modernen Elektronikfertigung bildet die pcb platine die Grundlage für die Oberflächenmontagetechnik (SMT). Der Kern der SMT liegt in der präzisen Platzierung verschiedener Komponenten – wie Widerstände, Kondensatoren und BGA-Chips – auf bestimmten Pads auf der Leiterplatte. Dies erfordert, dass die Position und die Abmessungen dieser Pads genau mit den in der SMT verwendeten Bauteilgehäusen übereinstimmen. Beispielsweise erfordert ein Widerstand der Größe 0402 eine entsprechende Pad-Abmessung von 0,4 mm × 0,2 mm. Nur wenn diese Anforderungen erfüllt sind, kann der SMT-Prozess reibungslos ablaufen und die Qualität des Endprodukts gewährleistet werden.
Gleichzeitig steigert der SMT-Prozess den Wert der Leiterplatte. Durch die SMT-Technologie können Bauteile auf beiden Seiten der pcb platine in hoher Dichte montiert werden. Dieser Ansatz der hochdichten Montage treibt die Miniaturisierung elektronischer Geräte erheblich voran. Am Beispiel einer Mobiltelefon-Hauptplatine wird der BGA-Chip über SMT auf der Leiterplatte montiert, was „stifhlose” Verbindungen mit hoher Dichte ermöglicht. Dadurch können mehr Funktionen auf begrenztem Raum integriert werden, was die Gesamtleistung und Wettbewerbsfähigkeit elektronischer Geräte verbessert.
PCB Platine werden in drei Haupttypen unterteilt:
1.Einseitige Platine
Bei einseitigen Platine sind die Komponenten auf einer Seite der Basis pcb platine konzentriert, während sich die Leiterbahnen auf der gegenüberliegenden Seite befinden (bei oberflächenmontierten Komponenten befinden sich Leiterbahnen und Komponenten auf derselben Seite; Durchsteckkomponenten nehmen die andere Seite ein). Da die Leiterbahnen nur auf einer Seite vorhanden sind, wird diese Leiterplatte als einseitig bezeichnet.
Aufgrund strenger Designbeschränkungen (Leiterbahnen dürfen sich nicht kreuzen und müssen auf der einzelnen Oberfläche getrennten Pfaden folgen) werden einseitige Leiterplatten heute hauptsächlich in älteren Schaltungen verwendet.
2.Doppelseitige leiterplatten
Das charakteristische Merkmal doppelseitige leiterplatten ist, dass sich die Schaltung über beide Seiten erstreckt. Die elektrische Verbindung zwischen diesen Schichten wird jedoch durch spezielle Verbindungsstrukturen zwischen den Schichten erreicht. Dieses Medium wird als Via bezeichnet – im Wesentlichen ein mikrometergroßes, metallisiertes Durchgangsloch, das in das pcb platine substrat eingearbeitet ist. Durch Galvanisieren oder Füllen mit leitfähigem Material entsteht so ein elektrischer Verbindungskanal zwischen beiden Seiten.
Im Vergleich zu einseitigen Leiterplatten verdoppeln doppelseitige Leiterplatten die verfügbare Verdrahtungsfläche und überwinden so effektiv die Layout-Engpässe, die durch Leitungsüberschneidungen in einseitigen Designs verursacht werden. Designer können sich kreuzende Leitungen durch Durchkontaktierungen auf die gegenüberliegende Seite umleiten, wodurch die Komplexität der Schaltung erheblich erhöht wird. Aufgrund dieser Fähigkeit sind doppelseitige Leiterplatten zur ersten Wahl für mäßig komplexe elektronische Produkte geworden und werden häufig in Schaltungsdesigns verwendet, die zusätzliche Funktionsmodule oder Signalinteraktionen erfordern.
3.Mehrlagige leiterplatten
Mehrlagige leiterplatten erweitern den Verdrahtungsraum durch die Stapelung mehrerer leitfähiger Schichten. Ihre Struktur kombiniert in der Regel doppelseitige Leiterplatten als innere Schichten mit einseitigen Leiterplatten als äußere Schichten (oder zwei innere Schichten + zwei äußere Schichten). Jede Schicht wird abwechselnd über Positionierungssysteme und isolierende Verbindungsmaterialien laminiert, wodurch leitfähige Musterverbindungen gemäß den Designspezifikationen erzielt werden, um Leiterplatten mit vier, sechs oder mehr Schichten zu bilden. Es ist zu beachten, dass die Gesamtzahl der Schichten nicht vollständig der Anzahl der unabhängigen Verdrahtungsschichten entspricht – in bestimmten Fällen können leere Schichten hinzugefügt werden, um die Plattendicke anzupassen.
Daher werden Mehrschichtplatten in der Regel mit einer geraden Anzahl von Schichten (einschließlich der beiden äußersten Schichten) konstruiert. Aktuelle Mainboards verwenden überwiegend 4- bis 8-lagige Strukturen. Während Leiterplatten theoretisch fast hundert Lagen erreichen können, wurden Mainboards mit extrem vielen Lagen in der Praxis zwar einst häufig in großen Supercomputern verwendet, doch mit der Verbreitung der Cluster-Computing-Technologie haben sich solche ultra-mehrlagigen Leiterplatten allmählich aus dem Mainstream-Markt zurückgezogen. Aufgrund der engen Verbindung zwischen den Leiterplattenlagen ist die Anzahl der Lagen mit bloßem Auge nur schwer zu erkennen, aber durch Betrachtung des Querschnitts des Mainboards lässt sich dennoch eine grobe Schätzung vornehmen.
PCB-Schichtklassifizierung und Funktionalität:
Signalschichten
Oberste Schicht und unterste Schicht: Diese Schichten werden für das Routing und die Platzierung von Bauteilen verwendet und sind die grundlegendsten leitfähigen Schichten innerhalb der pcb platine.
Mechanische Schichten
Mechanische Schicht: Definiert die physikalischen Abmessungen der Leiterplatte, die Positionen der Befestigungslöcher und andere mechanische Strukturinformationen. Diese Schichten besitzen keine elektrischen Eigenschaften. In der Regel können bis zu sechzehn mechanische Schichten konfiguriert werden.
Siebdrucklagen
Obere und untere Überlagerung: Dienen zur Kennzeichnung von Bauteilnummern, Anmerkungen, Logos und anderen Montageinformationen. In der Regel weiß, werden im Siebdruckverfahren aufgebracht.
Pastenschichten
Obere Paste und untere Paste: Dienen zur Kennzeichnung von Pad-Positionen, an denen während SMT-Prozessen (Surface Mount Technology) Lötpaste aufgetragen werden muss, und sind wichtige Schichten für das Oberflächenlöten.
Bohrschichten
Bohrraster und Bohrzeichnung: Liefern Bohrinformationen für die Leiterplattenherstellung, einschließlich der Positionen und Abmessungen von Bohrlöchern für Durchkontaktierungen, Pads usw.
Keep-Out-Layer
Definiert nicht routbare Bereiche wie Leiterplattenränder, Schlitze und Ausschnitte und schränkt die Platzierung von Leiterbahnen und Bauteilen ein, um die Integrität und Sicherheit des Schaltungsdesigns zu gewährleisten.
Mehrlagige
Mehrlagige ist eine abstrakte Schicht, die elektrische Verbindungspfade für Komponenten darstellt, die eine Durchdringung der gesamten Leiterplatte erfordern (z. B. Durchkontaktierungen, Durchkontaktierungen). Grafiken auf dieser Schicht manifestieren sich über alle leitfähigen Schichten (mit Ausnahme von Ebenenschichten) und definieren in der Regel durchkontaktierte Löcher (PTH) oder nicht durchkontaktierte Löcher (NPTH).
So entwerfen Sie eine pcb platine
Der Leiterplatten entwurf ist eine Entwicklungsphase innerhalb des Produkt-Hardware-Designs und dient als wichtige Verbindung zwischen dem Schaltplanentwurf und der Leiterplattenfertigung. Der Projektablauf ist wie folgt:
1) Überprüfen Sie zu Beginn des Projekts, ob alle erforderlichen Unterlagen vollständig sind: einschließlich Schaltpläne, Strukturdiagramme, Komponentenbibliotheken, Signalflussdiagramme für komplexe Produkte, Stromversorgungsbäume, kritische Signalspezifikationen, Nennstromstärken und Designanforderungen.
2) Eingabe der Design-Daten: Importieren Sie Netzlisten und Strukturdiagramme. Achten Sie beim Importieren von Strukturdiagrammen besonders auf die Abmessungen von Schrauben- und Positionierungslöchern, Komponenten- und Leiterbahn-No-Placement-Zonen, höhenbeschränkte Bereiche und Steckerpositionen.
3) Layout: Positionieren Sie die Komponenten sinnvoll auf der Platine und berücksichtigen Sie dabei umfassend die Anforderungen an Signalintegrität, EMV, thermisches Design, DFM, DFT, strukturelle Integrität und Sicherheitsvorschriften. Der grundlegende Ansatz für die Platzierung umfasst über die strukturellen Einschränkungen hinaus in der Regel die Ausrichtung an den Signalfluss- und Stromversorgungsrichtungen.
4) Routing-Einschränkungen: Umfassen in erster Linie die Anpassung von Leiterbahnbreite, Abstand und Länge. Bestimmte Regeln erfordern eine Vorab-Simulation, z. B. Leiterbahnlänge, Impedanzwerte, Topologie und Stapelstruktur.
5) Routing: Das Routing ist die arbeitsintensivste Phase des leiterplatte Designs und erfordert die Berücksichtigung zahlreicher Faktoren, darunter Leiterbahnimpedanz, Kontinuität der Massefläche, EMV, SI/PI und DFM.
6) Überprüfung + Verifizierung nach der Simulation: Nach Abschluss des Routings müssen leitende Mitarbeiter eine Überprüfung und Inspektion durchführen, gefolgt von einer Simulationsverifizierung kritischer Signale und Stromflächen.
7) Fertigung: Sobald das leiterplatte Design validiert ist, können Fotoplot-Dateien für die Produktion ausgegeben werden.
Als Kernkomponente elektronischer Produkte bestimmen das Design und die Fertigungsqualität von pcb platine direkt die Leistung und Zuverlässigkeit der Produkte. Mit Blick auf die Zukunft werden sich Leiterplatten mit der Verbreitung von Technologien wie 5G, künstlicher Intelligenz und dem Internet der Dinge in Richtung höherer Schichtzahlen, feinerer Leiterbahnbreiten und hochfrequenter/hochgeschwindigkeitsfähiger Materialien (wie verlustarmes PTFE) entwickeln. Gleichzeitig müssen sie strenge Zertifizierungsstandards für Branchen wie Automobilelektronik und medizinische Geräte erfüllen.
