Leiterplatten oder Printed Circuit Boards (PCBs) sind für das Funktionieren praktisch aller elektronischen Geräte unerlässlich. Sie bilden die Grundlage für die kompakte und effiziente Anordnung elektronischer Bauteile. Dieser Artikel befasst sich mit den Funktionsprinzipien von Leiterplatten, ihrem Aufbau und den Hauptursachen von Fehlern, die während ihres Betriebs auftreten können.
Arbeitsprinzip von Leiterplatten
Das Funktionsprinzip einer Leiterplatte basiert auf der Verwendung eines isolierenden Trägermaterials, das die leitende Kupferfolienschicht trennt. Diese Anordnung ermöglicht es dem elektrischen Strom, auf einem vorbestimmten Weg zu fließen, wodurch verschiedene Komponenten Funktionen wie Verstärkung, Dämpfung, Modulation, Demodulation und Codierung ausführen können.
Aufbau von Leiterplatten
Eine Leiterplatte besteht in erster Linie aus Pads, Durchgangslöchern, Befestigungslöchern, Drähten, Bauteilen, Anschlüssen, Füllungen und elektrischen Begrenzungen. Zu den gebräuchlichen Arten von Leiterplatten, die auf ihrer Schichtstruktur basieren, gehören einlagige Leiterplatten (einlagige PCB), zweilagige Leiterplatten (zweilagige PCB) und mehrlagige Leiterplatten (mehrlagige PCB).
Komponenten von Leiterplatten
Jedes Bauteil einer Leiterplatte hat eine bestimmte Funktion:
- Lötplatte: Dies ist ein Metallloch, das zum Löten von Bauteilstiften verwendet wird.
- Durchgangsbohrung: Diese können metallisch oder nicht-metallisch sein. Metallische Durchgangslöcher werden verwendet, um die Bauteilstifte zwischen den einzelnen Schichten zu verbinden.
- Befestigungslöcher: Diese werden zur Befestigung der Leiterplatte verwendet.
- Dirigent: Dies ist die Kupferfolie des elektrischen Netzes, die zur Verbindung der Stifte der Komponenten verwendet wird.
- Steckverbinder: Sie werden für den Anschluss von Bauteilen auf der Leiterplatte verwendet.
- Füllen: Es handelt sich dabei um das für das Erdungsnetz abgeschiedene Kupfer, das die Impedanz wirksam reduzieren kann.
- Elektrische Begrenzung: Damit wird die Größe der Leiterplatte bestimmt. Alle Komponenten auf der Leiterplatte dürfen diese Grenze nicht überschreiten.
Ursachen von Schweißfehlern in PCBs
Schweißfehler in Leiterplatten können auf mehrere Faktoren zurückgeführt werden. Einer der Hauptgründe ist die Lötbarkeit des Lochs in der Leiterplatte. Eine schlechte Lötbarkeit kann zu virtuellen Schweißfehlern führen, die sich auf die Parameter der Schaltungskomponenten auswirken. Dies kann zu Instabilitäten in der Leitung zwischen den Bauteilen der Mehrlagenleiterplatte und den Drähten der Innenlagen führen, wodurch die gesamte Schaltung ausfällt.
Faktoren, die die Lötbarkeit beeinflussen
Die wichtigsten Faktoren, die die Lötbarkeit von Leiterplatten beeinflussen, sind:
Zusammensetzung und Art des Lotes
Lötzinn ist ein wesentlicher Bestandteil des chemischen Schweißprozesses. Es besteht aus chemischen Materialien, die Flussmittel enthalten. Das übliche eutektische Metall mit niedrigem Schmelzpunkt ist Sn-Pb. Der Gehalt an Verunreinigungen muss kontrolliert werden, um zu verhindern, dass Verunreinigungen durch das Flussmittel aufgelöst werden. Die Funktion des Flussmittels besteht darin, die Oberfläche des Lötplattenkreises durch Wärmezufuhr zu benetzen und Rost zu entfernen. Im Allgemeinen werden weißes Kolophonium und Isopropylalkohol als Lösungsmittel verwendet.
Schweißtemperatur und Oberflächenreinheit
Wenn die Temperatur zu hoch ist, hat die Diffusionsgeschwindigkeit des Lots zu diesem Zeitpunkt eine sehr hohe Aktivität. Dies kann dazu führen, dass die Leiterplatte und die Oberfläche des Lots schnell oxidieren, was zu Schweißfehlern führt. Auch Verunreinigungen auf der Oberfläche der Leiterplatte können die Schweißbarkeit beeinträchtigen und so zu Fehlern führen. Zu diesen Fehlern gehören Zinnperlen, Zinnkugeln, offene Schaltkreise und Glanz.
Bei der Herstellung und Wartung elektronischer Geräte ist es von entscheidender Bedeutung, den Aufbau und die Funktionsweise von Leiterplatten sowie die Faktoren, die zu Schweißfehlern führen können, zu verstehen. Wenn wir uns mit diesen Fragen befassen, können wir den zuverlässigen und effizienten Betrieb unserer Geräte sicherstellen.
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