Ratgeber
Leiterplatten sind so etwas wie das Nervensystem der Elektronik. Auf ihnen sind alle elektrischen Bauelemente und Schaltkreise installiert, die Geräte für ihre Funktion benötigen, vom riesigen Kühlschrank, über den Computer auf dem Schreibtisch bis zum Smartphone. Wer ein elektronisches System von Grund auf bauen will, beginnt mit dem Platinen-Basismaterial. In unserem Ratgeber erfahren Sie, was es dabei zu beachten gilt.
Platinen-Basismaterial bildet die Grundlage für eine elektronische Platine oder Leiterplatte. Platinen dienen in fast allen elektronischen Geräten als Träger für elektronische Bauteile, zum Beispiel Schaltkreise, Datenspeicher und Verbindungssteckplätze. Die Teile befinden sich entweder aufgesteckt oder fest verlötet auf einer rechteckigen Karte. Sie besteht vor allem aus einem isolierenden Basismaterialkern. Darauf befinden sich eine oder zwei meistens aus Kupfer bestehende Leiterbahnen, die auf Platinen befindliche Bauteile miteinander beziehungsweise mit der Stromversorgung verbindet. Gegebenenfalls befindet sich zwischen Kupfer und Basismaterialkern noch eine dünne Fotobeschichtung. Durch ultraviolette Belichtung wird darauf während der Herstellung der spätere Verlauf der metallischen Leiterbahnen vorgegeben.
Platinen sind nicht in einer einheitlichen Größe erhältlich. Je nach Anwendungsbereich, dem zur Verfügung stehenden Platz und der Zahl der darauf anzubringenden Bauteile sind Karten von unterschiedlichen Ausmaßen und verschiedener Dicke nötig. Für Bastler und professionelle Produzenten bieten Hersteller das Ausgangsmaterial für Leiterplatten daher in größeren Flächen an, die sich nach Bedarf zuschneiden lassen.
Welche Arten von Basismaterial gibt es?
Basismaterial für Leiterplatten unterscheidet sich in erster Linie durch die verwendeten Werkstoffe. Am weitesten verbreitet sind unbestückte Leiterplatten aus Epoxidharzen. In der Fachsprache werden sie auch schlicht als Epoxyde oder Epoxide bezeichnet. Epoxide allein sind nicht hitzebeständig und können deshalb während der Herstellung unter hohen Temperaturen in die typisch rechteckige Platinenform gebracht werden. Erst durch das Beimischen von Härtungsmitteln werden sie duroplastisch. Das heißt, dass sie nach der Aushärtung thermisch und chemisch beständig sind.
Ein weiteres häufig verwendetes Basismaterial ist Hartpapier. Dabei handelt es sich um einen sogenannten Kompositwerkstoff, der aus mehreren miteinander verbundenen Materialien besteht. In Hartpapier sind herkömmliches Papier aus Holz und Phenol, ein Epoxyd ähnelndes Kunstharz verarbeitet. Phenol, Papier und Epoxyd können in unterschiedlicher Zusammensetzung gemischt werden, um ein Basismaterial für Leiterplatten zu erzeugen. Das Verhältnis ist auf einen Blick anhand der Kennzeichnung für die Flammhemmung eines Basismaterials erkennbar: FR1, FR2, FR3 und FR4. Je höher die Zahl eines Kennzeichens, desto mehr Epoxyd und desto weniger Phenol sind in dem damit beschrifteten Material verarbeitet.
Seltener sind Leiterplatten aus Aluminium und synthetischen Polymeren, auch „IMS” („Insulated Metallic Substrate”) oder Metallkern-Leiterplatten genannt. In diesem Fall besteht das Basismaterial aus zwei Schichten: dem metallischen Aluminiumkern und einer Hülle aus „Prepreg“ (kurz für „preimpregnated fibres”, auf Deutsch „vorimprägnierte Fasern”), also mit Kunststoff versetzten Textilfasern.
Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal für Basismaterial ist ihre Kupferbeschichtung. Ausschlaggebend ist zum einen die Stärke des Films, also wie dick die aufgetragene Folie mit Kupferbahnen ist. Die Stärke wird normalerweise in Mikrometern (µm) angegeben. Die gängigste Kupferauflage beträgt 35 µm, es gibt aber auch weitaus dünnere Auflagen wie 18 µm oder dickere wie 70 µm und sogar 105 µm.
Zum anderen ist die Anzahl der Kupferschichten von Bedeutung. Basismaterial für Leiterplatten kann einseitig oder zweiseitig beschichtet sein. Bei einseitig beschichteten Platten befinden sich nur auf einer Seite Leiterbahnen aus Kupfer. Einseitig beschichtete Platten sind noch heute am weitesten verbreitet, da sie für die meisten Anwendungen genügen und ohne größeren Aufwand herzustellen sind. Zweiseitig beschichtetes Leiterplatten Basismaterial ist aufwendiger in der Herstellung, weil dabei mehr Kupfer verwendet wird und Durchkontaktierungen erforderlich sind. Dabei handelt es sich um Bohrlöcher, die von innen mit Kupfer beschichtet wurden und so die beiden Leiterbahnebenen miteinander verbinden.
In erster Linie entscheiden Budget und Ziel eines Projektes, welches Platinen-Basismaterial am besten dafür geeignet ist. Metallkern-Leiterplatten sind wesentlich wärmeleitfähiger als Platten mit höherem Kunststoffanteil. Sie sind deshalb hervorragend für Umgebungen geeignet, die viel Wärme erzeugen, zum Beispiel in LED-Leuchtsystemen oder Hochleistungsrechnern mit taktstarken Prozessoren. Diese Leistung schlägt sich jedoch im Preis nieder. IMS-Technologie lohnt sich in den meisten Fällen vor allem für professionelle Anwendungen.
Hartpapier ist die günstigste Lösung für Leiterplatten Materialien. Zudem haftet die Kupferbeschichtung darauf besonders gut. Im Gegenzug ist es empfindlicher gegenüber Hitze- und Feuchtigkeitsschäden. Leiterplatten aus Hartpapier eignen sich deshalb besonders gut für Bastler und andere Hobby-Elektroniker, die zu Anschauungs- und Testzwecken kurzlebiges, einfach zu verarbeitendes Basismaterial benötigen. Leiterplatten aus Epoxyd stellen einen idealen Kompromiss dar.
Nicht jedes Stück Basismaterial wird sofort verwendet. Rücklagen und Überschuss, der beim Zuschneiden einer Platte übrig bleibt, können auch lange nach dem Kauf noch für Projekte verwendet werden. Bei längerer Lagerung oder Unachtsamkeit während der Bearbeitung von Basismaterial können jedoch Verschmutzungen beziehungsweise Schäden entstehen, die Leiterplatten in ihrer Funktionalität einschränken. Um Staubablagerung und Oxidation vorzubeugen, lassen sich Leiterplatten mit Lötlack behandeln. Kommt es doch zu Verunreinigungen, können sie mithilfe von Leiterplattenreiniger entfernt werden. Beide Mittel finden Sie in unserem Shop.
FAQ - häufig gestellte Fragen zu Platinen-Basismaterial
Wie lässt sich Platinen-Basismaterial zuschneiden?
Basismaterial für Leiterplatten lässt sich durch viele unterschiedliche Methoden auf die gewünschte Größe stutzen. Je nach Dicke und Material reichen schon eine gewöhnliche Haushaltsschere oder ein Teppichmesser aus. Allerdings lassen sich mit besserem Werkzeug leichter präzise Schnitte durchführen. Für widerstandsfähigere Leiterplatten bietet es sich daher an, eine Blechschere oder eine kleine Kreissäge zu verwenden. Für Verarbeitung auf professionellem Niveau finden sich eigens für den Zuschnitt von Basismaterial konzipierte Lösungen wie laserbasierte Schneidsysteme.
Ist das Basismaterial recyclebar?
Die umweltfreundliche Entsorgung von bestückten und unbestückten Leiterplatten gestaltet sich mitunter schwierig. Verarbeitete Metalle wie Aluminium oder Kupfer lassen sich durchaus von anderen Materialien trennen und wiederverwenden. Der Kunststoff Epoxyd ist dagegen nach aktuellem Stand der Technik nicht recyclebar. Für eine fachgerechte und möglichst umweltschonende Entsorgung ist es ratsam, sich an einen auf Elektroschrott spezialisierten Dienstleister zu wenden.