22.03.2022 | Fachthema

Unterschätzte Leiterplatte

Unterschätzte Leiterplatte

Unterschätzte Leiterplatte

Die Kernkomponente von jedem Embedded System ist die Leiterplatte. Eine vermeintlich langweilige Platine hat viele Aufgaben. Leiterplatten sind primär Träger für elektronische Bauteile. Leiterplatten dienen zur mechanischen Befestigung der Bauteile und zur elektrischen Verbindung der Bauteilanschlüsse. Moderne Leiterplatten bestehen aus mehreren Lagen von leitfähigem Material zur Herstellung von elektrischen Verbindungen. Diese Verbindungslagen sind voneinander durch Lagen mit isolierendem Material getrennt. Verbindungen zwischen Leiterbahnen auf unterschiedlichen Lagen werden mittels Durchkontaktierungen realisiert. Die elektronischen Bauteile werden auf der Ober- und/oder Unterseite der Leiterplatte bestückt und mit den leitfähigen Pads verlötet.

Mittlerweile gibt es auch Leiterplatten am Markt, die es ermöglichen Bauteile in die Leiterplatte einzubetten (Embedded PCB) und diese nicht nur auf der Ober- oder Unterseite zu applizieren.  Widerstände, Kondensatoren und mehr sind Teil der Leiterplatte.

Die Eigenschaften einer Leiterplatte müssen bei der Entwicklung von elektronischen Geräten berücksichtigt werden. Layout und Gestaltung der Leiterplatte haben großen Einfluss auf das elektromagnetische Abstrahl- und Störfestigkeitsverhalten. Bei elektronischen Baugruppen mit hochfrequenten Signalen müssen Leiterplattenmaterial und Leiterbahnführung in der Berechnung und Simulation der Schaltung berücksichtigt werden. Eine Leiterplatte hat selbst elektrische Eigenschaften, bestimmt durch Materialien und Leiterbahnführung. Man spricht in diesem Fall  von impedanzkontrolliertem Design. Der Leiterplattenhersteller darf nur die festgelegten Materialien verwenden, andernfalls würden sich die elektrischen Eigenschaften ändern und die Schaltung könnte nicht mehr stabil funktionieren.

Bei modernen Embedded Systems mit drahtloser Datenübertragung werden auch Antennen direkt mit der Platine realisiert. Man kennt das an mäandernden Leiterbahnen, die abhängig von  der Wellenlänge und der gewünschten Abstrahlcharakteristik gestaltet werden.

High Density Leiterplatten gibt es mit mehreren Dutzend Verbindungslagen um die hohe Packungsdichte moderner, miniaturisierter Geräte zu erfüllen. Leiterplatten können starr oder flexibel sein und damit auch die dritte Dimension ausnützen, um sich in ein Gerätedesign einzuschmiegen. Und nicht zuletzt erfüllen die Metalllagen der Leiterplatte auch wichtige Funktionen bei der Wärmeableitung.

Leiterplattendesign ist also keineswegs langweilig, sondern eine herausfordernde, multidisziplinäre Aufgabe für erfahrene Embedded Entwickler.

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