Grundsätzlich dienen einseitige und doppelseitige Leiterplatten dem gleichen Zweck.

Updatezeit:2020-10-16


Grundsätzlich dienen einseitige und doppelseitige Leiterplatten dem gleichen Zweck. Beide dienen als Katalysatoren für elektrische Verbindungen zwischen Bauteilen, es gibt jedoch einige wesentliche Unterschiede, die sie voneinander unterscheiden. Insbesondere unterscheiden sie sich in den Kosten, die mit Produktions- und Entwicklungsprozessen verbunden sind, sowie in den Unterschieden in der Strombelastbarkeit.

 

Ähnlichkeiten

Ein- und doppelseitige Leiterplatten haben dieselbe Materialzusammensetzung: FR-4, eine mit Epoxidharz gemischte Glasfaserform. In der modernen Fertigung wird diese normalerweise mit Kupfer für die Leitfähigkeit geschichtet und dann für ein professionelles Finish mit einer Lötmaske beschichtet. Manchmal drucken Industriedrucker in einem als Siebdruck bezeichneten Prozess auch Markierungen und Etiketten auf die Tafel.

Moderne Herstellungstechniken gibt es jedoch nicht für immer. In der Vergangenheit haben Ingenieure und Bastler Leiterplatten in einer Mischung aus Chemikalien von Hand geätzt, indem sie ein Design auf der Platine fotografisch belichtet haben. Im Laufe der Jahre wurden mehrere Methoden angewendet, von denen die meisten jedoch dieselbe Einschränkung aufwiesen: Es war unmöglich, mehrere Schichten auf einer einzigen Platte zu ätzen. Dies führte zu Board-Layouts, die größer als nötig waren und im Allgemeinen einige Optimierungsarbeiten erforderten.

In den 1960er Jahren war dies kein solches Problem. Große Durchgangslochkomponenten waren Standard, und große Leiterplatten waren alles andere als ungewöhnlich. Große, rechteckige Chips mit breiten Stiften an den Kanten, sogenannte DIP-Pakete, ermöglichten das Verlegen von Spuren zwischen Stiften. Durchgangslöcher diskrete Komponenten wie Widerstände und Kondensatoren waren groß und verzeihend mit Spuren. Die Komponenten wurden nahe beieinander platziert, und kurze Spuren waren leicht zu realisieren, so dass ein einseitiges Layout leicht erreichbar war.

 

Entstehung von oberflächenmontierten Komponenten

Die 1980er Jahre brachten jedoch grundlegende Veränderungen in der Leiterplattenszene. Oberflächenmontagekomponenten wurden zur bevorzugten Komponente unter den Elektrotechnikern. Quad-Flat-Pakete wurden immer häufiger. Oberflächenmontierte diskrete Komponenten machten es unmöglich, Spuren unter Komponenten zu verlegen. Immer kleinere Leiterplatten wurden notwendig. Infolgedessen wurde es immer schwieriger, mit einseitigen Leiterplatten zu arbeiten. Dies führte zu doppelseitigen Herstellungstechniken. Es war nicht mehr erforderlich, innerhalb der Grenzen eines einzelnen Kupferstücks zu arbeiten, um Strom zu den Bauteilen zu leiten, und plattierte Löcher, die zwischen Schichten gebohrt wurden, sogenannte Durchkontaktierungen, ermöglichten es, die Seiten der Platine mühelos zu wechseln.

 

Doppelseitige Leiterplatten

Die Ingenieure entschieden sich aus Bequemlichkeitsgründen für den Wechsel zu hauptsächlich doppelseitigen Brettern. Wenn eine Konstruktionsbeschränkung vorschreibt, dass sich ein Teil in einem bestimmten Teil des Layouts befindet, können Ingenieure mit einem doppelseitigen Layout viel einfacher reagieren als mit einem einschichtigen Design.

Doppelseitige Bretter ermöglichten auch die Erstellung großer Boden- und Kraftflugzeuge. Wenn wir eine Leiterplatte genau untersuchen, sehen wir möglicherweise, dass wir anstelle einzelner Spuren Ausschnitte aus einem größeren Stück Kupfer sehen. Dies bietet unzählige Vorteile in Bereichen wie elektromagnetische Störungen, Wärmeableitung, Herstellbarkeit der Leiterplatte selbst und vor allem weniger Spuren.

Obwohl doppelseitige Layouts klare Vorteile bieten, erscheinen einseitige Designs heute noch in mehreren im Handel erhältlichen Produkten und neuen Designs. Ein wesentlicher Treiber hierfür sind die Kosten. Im Allgemeinen sind einseitige Leiterplatten etwas billiger zu kaufen und haben manchmal eine kürzere Vorlaufzeit. Für einfache Designs ist dies ein klarer Vorteil. Bei der Massenproduktion einfacher Produkte, bei denen Bruchteile von Cent am wichtigsten sind, können einseitige Platten den Unterschied zwischen Erfolg und Misserfolg ausmachen. Schaltungen, die eine hohe Stromstärke durch eine Leiterbahn erfordern, eignen sich aus Sicherheits- und Strombelastbarkeitsgründen am besten für einseitige Layouts.

 

Anwendung

Schauen wir uns ein Anwendungsbeispiel an. Nehmen wir an, wir haben eine einfache Schaltung mit einer LED und einem Timing-IC der alten Schule hergestellt, die in ein benutzerdefiniertes 3D-gedrucktes Gehäuse eingebaut wird. In diesem Projekt kümmern wir uns nicht um die Platzierung von Komponenten und unsere Komponentenkosten sind minimal. Daher möchten wir, dass die Leiterplatte so kostengünstig wie möglich ist, um einen sehr niedrigen Endpreis zu erreichen. Welches Design funktioniert in einem solchen Szenario am besten? Ganz klar ein einseitiges Board. Da einseitige Platinen im Allgemeinen billiger sind und unsere Schaltung so einfach ist, ist es ein Kinderspiel, die einfachere Lösung zu wählen.

Nehmen wir andererseits an, wir versuchen, eine Karte für eine etwas komplexere Schaltung herzustellen. Wir möchten eine Schnittstellenkarte entwerfen, die an den USB-Anschluss unseres Desktop-Computers angeschlossen werden kann. Da eine solche Platine höchstwahrscheinlich mehrere Widerstände, Kondensatoren und ICs umfassen würde, wäre die Platzierung der Komponenten sehr spezifisch. In diesem Fall wäre der klare Gewinner ein doppelseitiges Design. Wir könnten nicht nur Spuren überspringen und unter physischen Komponenten routen, sondern diese Praxis könnte auch den Preis senken. Unser Design wäre wesentlich kompakter, und die Komponenten könnten viel enger zusammengepackt werden, wodurch die Gesamtproduktionskosten noch weiter sinken würden. Da mehr Platten auf eine einzelne Platte passen, um gleichzeitig montiert zu werden, würde uns unsere Produktionsstätte weniger in Rechnung stellen, und da unsere Gehäuse weniger Material erfordern würden, würden sich die damit verbundenen Anschaffungs- oder Herstellungskosten verringern. Unsere Versandkosten wären aufgrund der kleineren Abmessungen niedriger. Die Liste geht weiter und weiter.

 

Zusammenfassung

Ein- und doppelseitige Leiterplatten dienen im Wesentlichen dem gleichen Zweck. Sie werden jedoch in der Neuzeit unterschiedlich eingesetzt. Obwohl beide heute noch verwendet werden, werden einseitige Platinen immer seltener verwendet. Auch wenn es traurig sein wird, sich in Zukunft von beliebten einseitigen Leiterplatten zu verabschieden, sind das polierte Äußere und die Annehmlichkeiten doppelseitiger Leiterplatten ein mehr als geeigneter Ersatz.

Grundsätzlich dienen einseitige und doppelseitige Leiterplatten dem gleichen Zweck. Beide dienen als Katalysatoren für elektrische Verbindungen zwischen Bauteilen, es gibt jedoch einige wesentliche Unterschiede, die sie voneinander unterscheiden. Insbesondere unterscheiden sie sich in den Kosten, die mit Produktions- und Entwicklungsprozessen verbunden sind, sowie in den Unterschieden in der Strombelastbarkeit.

 

Ähnlichkeiten

Ein- und doppelseitige Leiterplatten haben dieselbe Materialzusammensetzung: FR-4, eine mit Epoxidharz gemischte Glasfaserform. In der modernen Fertigung wird diese normalerweise mit Kupfer für die Leitfähigkeit geschichtet und dann für ein professionelles Finish mit einer Lötmaske beschichtet. Manchmal drucken Industriedrucker in einem als Siebdruck bezeichneten Prozess auch Markierungen und Etiketten auf die Tafel.

Moderne Herstellungstechniken gibt es jedoch nicht für immer. In der Vergangenheit haben Ingenieure und Bastler Leiterplatten in einer Mischung aus Chemikalien von Hand geätzt, indem sie ein Design auf der Platine fotografisch belichtet haben. Im Laufe der Jahre wurden mehrere Methoden angewendet, von denen die meisten jedoch dieselbe Einschränkung aufwiesen: Es war unmöglich, mehrere Schichten auf einer einzigen Platte zu ätzen. Dies führte zu Board-Layouts, die größer als nötig waren und im Allgemeinen einige Optimierungsarbeiten erforderten.

In den 1960er Jahren war dies kein solches Problem. Große Durchgangslochkomponenten waren Standard, und große Leiterplatten waren alles andere als ungewöhnlich. Große, rechteckige Chips mit breiten Stiften an den Kanten, sogenannte DIP-Pakete, ermöglichten das Verlegen von Spuren zwischen Stiften. Durchgangslöcher diskrete Komponenten wie Widerstände und Kondensatoren waren groß und verzeihend mit Spuren. Die Komponenten wurden nahe beieinander platziert, und kurze Spuren waren leicht zu realisieren, so dass ein einseitiges Layout leicht erreichbar war.

 

Entstehung von oberflächenmontierten Komponenten

Die 1980er Jahre brachten jedoch grundlegende Veränderungen in der Leiterplattenszene. Oberflächenmontagekomponenten wurden zur bevorzugten Komponente unter den Elektrotechnikern. Quad-Flat-Pakete wurden immer häufiger. Oberflächenmontierte diskrete Komponenten machten es unmöglich, Spuren unter Komponenten zu verlegen. Immer kleinere Leiterplatten wurden notwendig. Infolgedessen wurde es immer schwieriger, mit einseitigen Leiterplatten zu arbeiten. Dies führte zu doppelseitigen Herstellungstechniken. Es war nicht mehr erforderlich, innerhalb der Grenzen eines einzelnen Kupferstücks zu arbeiten, um Strom zu den Bauteilen zu leiten, und plattierte Löcher, die zwischen Schichten gebohrt wurden, sogenannte Durchkontaktierungen, ermöglichten es, die Seiten der Platine mühelos zu wechseln.

 

Doppelseitige Leiterplatten

Die Ingenieure entschieden sich aus Bequemlichkeitsgründen für den Wechsel zu hauptsächlich doppelseitigen Brettern. Wenn eine Konstruktionsbeschränkung vorschreibt, dass sich ein Teil in einem bestimmten Teil des Layouts befindet, können Ingenieure mit einem doppelseitigen Layout viel einfacher reagieren als mit einem einschichtigen Design.

Doppelseitige Bretter ermöglichten auch die Erstellung großer Boden- und Kraftflugzeuge. Wenn wir eine Leiterplatte genau untersuchen, sehen wir möglicherweise, dass wir anstelle einzelner Spuren Ausschnitte aus einem größeren Stück Kupfer sehen. Dies bietet unzählige Vorteile in Bereichen wie elektromagnetische Störungen, Wärmeableitung, Herstellbarkeit der Leiterplatte selbst und vor allem weniger Spuren.

Obwohl doppelseitige Layouts klare Vorteile bieten, erscheinen einseitige Designs heute noch in mehreren im Handel erhältlichen Produkten und neuen Designs. Ein wesentlicher Treiber hierfür sind die Kosten. Im Allgemeinen sind einseitige Leiterplatten etwas billiger zu kaufen und haben manchmal eine kürzere Vorlaufzeit. Für einfache Designs ist dies ein klarer Vorteil. Bei der Massenproduktion einfacher Produkte, bei denen Bruchteile von Cent am wichtigsten sind, können einseitige Platten den Unterschied zwischen Erfolg und Misserfolg ausmachen. Schaltungen, die eine hohe Stromstärke durch eine Leiterbahn erfordern, eignen sich aus Sicherheits- und Strombelastbarkeitsgründen am besten für einseitige Layouts.

 

Anwendung

Schauen wir uns ein Anwendungsbeispiel an. Nehmen wir an, wir haben eine einfache Schaltung mit einer LED und einem Timing-IC der alten Schule hergestellt, die in ein benutzerdefiniertes 3D-gedrucktes Gehäuse eingebaut wird. In diesem Projekt kümmern wir uns nicht um die Platzierung von Komponenten und unsere Komponentenkosten sind minimal. Daher möchten wir, dass die Leiterplatte so kostengünstig wie möglich ist, um einen sehr niedrigen Endpreis zu erreichen. Welches Design funktioniert in einem solchen Szenario am besten? Ganz klar ein einseitiges Board. Da einseitige Platinen im Allgemeinen billiger sind und unsere Schaltung so einfach ist, ist es ein Kinderspiel, die einfachere Lösung zu wählen.

Nehmen wir andererseits an, wir versuchen, eine Karte für eine etwas komplexere Schaltung herzustellen. Wir möchten eine Schnittstellenkarte entwerfen, die an den USB-Anschluss unseres Desktop-Computers angeschlossen werden kann. Da eine solche Platine höchstwahrscheinlich mehrere Widerstände, Kondensatoren und ICs umfassen würde, wäre die Platzierung der Komponenten sehr spezifisch. In diesem Fall wäre der klare Gewinner ein doppelseitiges Design. Wir könnten nicht nur Spuren überspringen und unter physischen Komponenten routen, sondern diese Praxis könnte auch den Preis senken. Unser Design wäre wesentlich kompakter, und die Komponenten könnten viel enger zusammengepackt werden, wodurch die Gesamtproduktionskosten noch weiter sinken würden. Da mehr Platten auf eine einzelne Platte passen, um gleichzeitig montiert zu werden, würde uns unsere Produktionsstätte weniger in Rechnung stellen, und da unsere Gehäuse weniger Material erfordern würden, würden sich die damit verbundenen Anschaffungs- oder Herstellungskosten verringern. Unsere Versandkosten wären aufgrund der kleineren Abmessungen niedriger. Die Liste geht weiter und weiter.

 

Zusammenfassung

Ein- und doppelseitige Leiterplatten dienen im Wesentlichen dem gleichen Zweck. Sie werden jedoch in der Neuzeit unterschiedlich eingesetzt. Obwohl beide heute noch verwendet werden, werden einseitige Platinen immer seltener verwendet. Auch wenn es traurig sein wird, sich in Zukunft von beliebten einseitigen Leiterplatten zu verabschieden, sind das polierte Äußere und die Annehmlichkeiten doppelseitiger Leiterplatten ein mehr als geeigneter Ersatz.


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