Warum wird Kupferfolie bei der Leiterplattenherstellung verwendet?

Leiterplatten sind notwendige Bestandteile der meisten elektrischen Geräte. Heutige Leiterplatten bestehen aus mehreren Schichten: dem Substrat, den Leiterbahnen, der Lötmaske und dem Siebdruck. Eines der wichtigsten Materialien auf einer Leiterplatte ist Kupfer, und es gibt mehrere Gründe, warum Kupfer anstelle anderer Legierungen wie Aluminium oder Zinn verwendet wird.

Woraus bestehen Leiterplatten?

Nach Angaben eines PCB-Montageunternehmens bestehen PCBs aus einer Substanz namens Substrat, die aus Glasfaser besteht, die mit Epoxidharz verstärkt ist. Über dem Substrat befindet sich eine Schicht Kupferfolie, die beidseitig oder nur einseitig verklebt werden kann. Sobald das Substrat hergestellt ist, platzieren die Hersteller die Komponenten darauf. Sie verwenden eine Lötmaske und einen Siebdruck sowie Widerstände, Kondensatoren, Transistoren, Dioden, Schaltkreischips und andere hochspezialisierte Komponenten.

Warum wird Kupferfolie in Leiterplatten verwendet?

Leiterplattenhersteller verwenden Kupfer, weil es über eine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit verfügt. Während sich der elektrische Strom entlang der Leiterplatte bewegt, verhindert das Kupfer, dass die Hitze den Rest der Leiterplatte beschädigt und belastet. Bei anderen Legierungen – wie Aluminium oder Zinn – könnte sich die Leiterplatte ungleichmäßig erwärmen und nicht richtig funktionieren.

Kupfer ist die bevorzugte Legierung, da es die elektrischen Signale flächendeckend übertragen kann, ohne dass es zu Problemen mit dem Stromverlust oder der Verlangsamung des Stroms kommt. Die Effizienz der Wärmeübertragung ermöglicht es Herstellern, klassische Kühlkörper auf der Oberfläche zu installieren. Kupfer selbst ist effizient, da eine Unze Kupfer einen Quadratfuß PCB-Substrat mit einer Dicke von 1,4 Tausendstel Zoll oder 35 Mikrometern bedecken kann.

Kupfer ist hochleitfähig, da es über ein freies Elektron verfügt, das ohne Verlangsamung von einem Atom zum anderen wandern kann. Da es auf dieser unglaublich dünnen Ebene genauso effizient bleibt wie auf dickeren Ebenen, reicht ein wenig Kupfer aus.

Kupfer und andere Edelmetalle, die in Leiterplatten verwendet werden
Die meisten Menschen erkennen PCB als umweltfreundlich an. Allerdings haben sie normalerweise drei Farben auf der Außenschicht: Gold, Silber und Rot. Sie verfügen außerdem über reines Kupfer innerhalb und außerhalb der Leiterplatte. Die anderen Metalle auf der Platine erscheinen in verschiedenen Farben. Die Goldschicht ist die teuerste, die Silberschicht hat die zweithöchsten Kosten und die rote Schicht ist die günstigste Schicht.

Verwendung von Immersionsgold in Leiterplatten
Kupfer auf Leiterplatte

Die vergoldete Schicht wird für Steckersplitter und Bauteilpads verwendet. Die Immersionsgoldschicht dient dazu, die Verschiebung von Oberflächenatomen zu verhindern. Die Schicht hat nicht nur eine goldene Farbe, sondern besteht aus echtem Gold. Das Gold ist unglaublich dünn, reicht aber aus, um die Lebensdauer der zu lötenden Komponenten zu verlängern. Das Gold verhindert, dass die Lötteile mit der Zeit korrodieren.

Verwendung von Immersionssilber in Leiterplatten
Silber ist ein weiteres Metall, das bei der Leiterplattenherstellung verwendet wird. Es ist deutlich kostengünstiger als das Eintauchen in Gold. Silberimmersion kann anstelle von Goldimmersion verwendet werden, da es auch die Konnektivität verbessert und die Gesamtkosten der Platine senkt. Silberimmersion wird häufig bei Leiterplatten verwendet, die in Automobilen und Computerperipheriegeräten verwendet werden.

Kupferkaschiertes Laminat in Leiterplatten
Anstelle einer Immersion 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 Grundmetall, und es ist notwendig, dass die Schaltkreise effektiv miteinander verbunden werden und miteinander kommunizieren.

Wie wird Kupferfolie in Leiterplatten verwendet?

Kupfer hat in Leiterplatten mehrere Verwendungsmöglichkeiten, vom kupferkaschierten Laminat bis zu den Leiterbahnen. Kupfer ist für die ordnungsgemäße Funktion von Leiterplatten von entscheidender Bedeutung.

Was ist PCB Trace?
Eine PCB-Leiterbahn ist das, wonach es sich anhört, ein Pfad, dem die Schaltung folgen soll. Die Leiterbahn umfasst das Netzwerk aus Kupfer, Verkabelung und Isolierung sowie die Sicherungen und die Komponenten, die auf der Platine verwendet werden.

Der einfachste Weg, eine Spur zu verstehen, besteht darin, sie sich als Straße oder Brücke vorzustellen. Um Fahrzeuge unterzubringen, muss die Spur breit genug sein, um mindestens zwei davon aufzunehmen. Es muss dick genug sein, um unter Druck nicht zusammenzubrechen. Sie müssen außerdem aus Materialien bestehen, die dem Gewicht der darauf fahrenden Fahrzeuge standhalten. Doch all dies geschieht in weitaus geringerem Maße, wenn es um den Transport von Elektrizität und nicht um Autos geht.

Komponenten von PCB Trace
Die PCB-Leiterbahn besteht aus mehreren Komponenten. Sie müssen verschiedene Aufgaben erledigen, damit der Vorstand seine Aufgabe angemessen erfüllen kann. Damit die Leiterbahnen ihre Aufgabe erfüllen können, muss Kupfer verwendet werden, und ohne die Leiterplatte gäbe es keine elektrischen Geräte. Stellen Sie sich eine Welt ohne Smartphones, Laptops, Kaffeemaschinen und Autos vor. Das hätten wir, wenn Leiterplatten kein Kupfer verwenden würden.

PCB-Leiterbahndicke
Das PCB-Design hängt von der Dicke der Platine ab. Die Dicke wirkt sich auf das Gleichgewicht aus und sorgt dafür, dass die Komponenten miteinander verbunden bleiben.

PCB-Leiterbahnbreite
Auch die Breite der Spur ist wichtig. Dies hat keinen Einfluss auf das Gleichgewicht oder die Befestigung der Komponenten, hält aber die Stromübertragung aufrecht, ohne dass die Platine überhitzt oder beschädigt wird.

PCB-Leiterstrom
Der Leiterplatten-Leiterstrom ist notwendig, da die Platine damit Strom durch die Komponenten und Drähte transportiert. Kupfer hilft dabei, und das freie Elektron an jedem Atom sorgt dafür, dass der Strom reibungslos über die Platine fließt.

Warum ist Kupferfolie auf Leiterplatten?

Prozess der Herstellung von Leiterplatten
Der Prozess zur Herstellung einer Leiterplatte ist der gleiche. Einige Unternehmen erledigen dies schneller als andere, aber sie verwenden alle relativ den gleichen Prozess und die gleichen Materialien. Dies sind die Schritte:

Machen Sie ein Fundament aus Glasfaser und Harzen
Legen Sie die Kupferschichten auf das Fundament
Identifizieren und legen Sie die Kupfermuster fest
Waschen Sie das Brett in einem Bad
Fügen Sie die Lötmaske hinzu, um die Leiterplatte zu schützen
Bringen Sie den Siebdruck auf der Platine an
Platzieren und löten Sie die Widerstände, integrierten Schaltkreise, Kondensatoren und andere Komponenten
Testen Sie die Platine

Leiterplatten müssen über hochspezialisierte Komponenten verfügen, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Eines der wichtigsten Elemente einer Leiterplatte ist Kupfer. Diese Legierung wird benötigt, um den Strom in den Geräten zu leiten, in die die Leiterplatten eingebaut werden. Ohne Kupfer funktionieren die Geräte nicht, da der Strom keine Legierung hat, durch die er fließen kann.