Leiterplatten sind unverzichtbare Bauteile der meisten elektrischen Geräte. Moderne Leiterplatten bestehen aus mehreren Schichten: dem Substrat, den Leiterbahnen, der Lötstoppmaske und dem Siebdruck. Kupfer ist eines der wichtigsten Materialien auf einer Leiterplatte, und es gibt mehrere Gründe, warum Kupfer anstelle anderer Legierungen wie Aluminium oder Zinn verwendet wird.
Woraus bestehen Leiterplatten?
Laut einem Leiterplattenbestückungsunternehmen bestehen Leiterplatten aus einem Substrat, das aus mit Epoxidharz verstärktem Glasfasergewebe hergestellt wird. Auf dem Substrat befindet sich eine Kupferfolie, die beidseitig oder einseitig verklebt sein kann. Nach der Herstellung des Substrats bestücken die Hersteller die Bauteile. Dazu verwenden sie Lötstopplack und Siebdruck sowie Widerstände, Kondensatoren, Transistoren, Dioden, Schaltkreise und andere hochspezialisierte Komponenten.
Warum wird Kupferfolie in Leiterplatten verwendet?
Leiterplattenhersteller verwenden Kupfer aufgrund seiner hervorragenden elektrischen und thermischen Leitfähigkeit. Da der elektrische Strom durch die Leiterplatte fließt, verhindert das Kupfer, dass die Hitze die restlichen Bauteile beschädigt oder überlastet. Bei anderen Legierungen – wie Aluminium oder Zinn – könnte sich die Leiterplatte ungleichmäßig erhitzen und nicht ordnungsgemäß funktionieren.
Kupfer ist die bevorzugte Legierung, da es elektrische Signale ohne Verluste oder Verzögerungen über die gesamte Leiterplatte leiten kann. Die hohe Wärmeleitfähigkeit ermöglicht es Herstellern, herkömmliche Kühlkörper auf der Oberfläche zu installieren. Kupfer selbst ist effizient: Eine Unze Kupfer reicht aus, um einen Quadratfuß Leiterplattensubstrat mit einer Dicke von 1,4 Tausendstel Zoll (35 Mikrometer) zu bedecken.
Kupfer ist hochleitfähig, weil es freie Elektronen besitzt, die ungehindert von einem Atom zum anderen wandern können. Da es selbst in extrem dünnen Schichten genauso effizient ist wie in dickeren, reicht schon eine geringe Menge Kupfer für eine große Reichweite.
Kupfer und andere Edelmetalle, die in Leiterplatten verwendet werden
Die meisten Menschen kennen Leiterplatten als grün. Tatsächlich bestehen sie aber in der Regel aus drei Farben auf der Außenschicht: Gold, Silber und Rot. Innen und außen enthalten sie reines Kupfer. Die anderen Metalle auf der Leiterplatte weisen verschiedene Farben auf. Die Goldschicht ist die teuerste, die Silberschicht die zweitteuerste und die rote die günstigste.
Verwendung von Immersionsgold in Leiterplatten
Kupfer auf Leiterplatte
Die vergoldete Schicht dient dem Schutz von Steckverbindern und Bauteilkontaktflächen. Die Immersionsvergoldung verhindert die Ablösung von Oberflächenatomen. Die Schicht ist nicht nur goldfarben, sondern besteht aus echtem Gold. Die Goldschicht ist extrem dünn, aber ausreichend, um die Lebensdauer der zu verlötenden Bauteile zu verlängern. Das Gold schützt die Lötstellen vor Korrosion.
Verwendung von Immersionssilber in Leiterplatten
Silber ist ein weiteres Metall, das in der Leiterplattenherstellung verwendet wird. Es ist deutlich günstiger als Gold. Silber kann anstelle von Gold verwendet werden, da es die Leitfähigkeit verbessert und die Gesamtkosten der Leiterplatte senkt. Silber wird häufig für Leiterplatten eingesetzt, die in Automobilen und Computerperipheriegeräten verwendet werden.
Kupferkaschiertes Laminat in Leiterplatten
Anstelle eines Tauchverfahrens wird Kupfer in plattierter Form verwendet. Dies ist die rote Schicht der Leiterplatte und das am häufigsten verwendete Metall. Die Leiterplatte besteht aus Kupfer als Basismetall, und Kupfer ist notwendig, damit die Schaltkreise effektiv miteinander kommunizieren können.
Wozu dient Kupferfolie in Leiterplatten?
Kupfer findet in Leiterplatten vielfältige Verwendung, von der kupferkaschierten Laminierung bis hin zu den Leiterbahnen. Kupfer ist für die einwandfreie Funktion von Leiterplatten unerlässlich.
Was ist eine Leiterbahn auf einer Leiterplatte?
Eine Leiterbahn auf einer Leiterplatte ist genau das, wonach sie klingt: ein Pfad, dem die Schaltung folgt. Die Leiterbahn umfasst das Netzwerk aus Kupfer, Drähten und Isolierung sowie die Sicherungen und die auf der Platine verwendeten Bauteile.
Am einfachsten lässt sich eine Leiterbahn verstehen, wenn man sie sich wie eine Straße oder Brücke vorstellt. Um Fahrzeuge aufnehmen zu können, muss die Leiterbahn breit genug sein, um mindestens zwei Fahrzeuge zu tragen. Sie muss dick genug sein, um unter Druck nicht einzustürzen. Außerdem muss sie aus Materialien bestehen, die dem Gewicht der darauf fahrenden Fahrzeuge standhalten. Leiterbahnen erfüllen all diese Anforderungen jedoch in viel geringerem Maße, um Strom statt Autos zu transportieren.
Komponenten der Leiterbahn auf einer Leiterplatte
Eine Leiterplatte besteht aus mehreren Komponenten, die jeweils unterschiedliche Aufgaben erfüllen müssen, damit die Platine einwandfrei funktioniert. Kupfer ist für die Leiterbahnen unerlässlich, und ohne Leiterplatten gäbe es keine elektrischen Geräte. Stellen Sie sich eine Welt ohne Smartphones, Laptops, Kaffeemaschinen und Autos vor. Genau so sähe es aus, wenn Leiterplatten kein Kupfer enthielten.
Leiterbahndicke auf der Leiterplatte
Das Leiterplattendesign hängt von der Dicke der Platine ab. Die Dicke beeinflusst die Balance und sorgt für die Verbindung der Bauteile.
Leiterbahnbreite auf der Leiterplatte
Die Leiterbahnbreite ist ebenfalls wichtig. Sie hat zwar keinen Einfluss auf die Balance oder die Befestigung der Bauteile, sorgt aber dafür, dass der Strom fließen kann, ohne dass die Platine überhitzt oder beschädigt wird.
Leiterbahnstrom
Der Leiterbahnstrom auf der Leiterplatte ist notwendig, da er den Stromfluss durch die Bauteile und Leitungen ermöglicht. Kupfer trägt dazu bei, und die freien Elektronen in jedem Atom sorgen für einen gleichmäßigen Stromfluss über die Leiterplatte.
Warum befindet sich Kupferfolie auf Leiterplatten?
Herstellungsprozess von Leiterplatten
Die Herstellung einer Leiterplatte erfolgt nach dem gleichen Prinzip. Manche Unternehmen sind schneller als andere, aber alle verwenden im Wesentlichen die gleichen Verfahren und Materialien. Die einzelnen Schritte sind:
Ein Fundament aus Fiberglas und Harzen herstellen
Legen Sie die Kupferschichten auf das Fundament.
Kupfermuster identifizieren und festlegen
Wasche das Brett in der Badewanne
Bringen Sie die Lötstoppmaske an, um die Leiterplatte zu schützen.
Bringen Sie den Siebdruck auf der Leiterplatte an.
Platzieren und verlöten Sie die Widerstände, integrierten Schaltungen, Kondensatoren und andere Bauteile.
Testen Sie die Leiterplatte
Leiterplatten benötigen hochspezialisierte Bauteile, um einwandfrei zu funktionieren. Eines der wichtigsten Elemente einer Leiterplatte ist Kupfer. Diese Legierung ist notwendig, um Strom in den Geräten zu leiten, in denen die Leiterplatten verbaut werden. Ohne Kupfer funktionieren die Geräte nicht, da der Strom kein geeignetes Material zum Leiten findet.
Veröffentlichungsdatum: 25. April 2022