../../icons/Logo.pngPraktische Elektronik

Aufbau auf Lochrasterplatinen

Für den Amateur stellt sich immer wieder die Frage, wie er seine elektronischen Schaltungen aufbaut. Die beste Lösung wäre eine gedruckte Schaltung herzustellen. Das ist sehr aufwändig und lohnt sich für Einzelstücke in der Regel nicht. Hier soll diese Alternative nicht diskutiert werden, sondern auf https://www.mikrocontroller.net/articles/Hauptseite#Platinen verwiesen werden.

Attention :-)

Lochrasterplatinen sind optimal

Für den Amateur, der nur Einzelstücke erstellt, ist der Aufbau auf Lochrasterplatinen optimal.

  • Der Aufbau ist eine durchaus anspruchsvolle handwerkliche Tätigkeit.
  • Der Aufbau ist preisgünstig.
  • Es werden weder Chemie noch Fräsmaschine o.ä. benötigt.
  • Der Aufbau kann nachträglich geändert werden.

Platinen

Seiten der Platine

In der herkömmlichen Technik werden die Bauelemente auf einer Seite der Platine eingesetzt. Sie wird deshalb oft als Bauteil- oder Bestückungsseite bezeichnet. Die Anschlüsse werden durch Bohrungen in der Platine gesteckt und auf der anderen Site der Platine (Lötseite) verlötet. Auf der Lötseite befinden sich Leiterbahnen. Platinen, die nur Leiterbahnen auf der Lötseite haben, werden als einseitige bezeichnet. Auf der Bestückungsseite werden manchmal Verbindungen mit Drahtbrücken hergestellt.

Bei modernen Platinen befinden sich auch auf der Bestückungsseite Leiterbahnen. Die Platine hat zwei Lagen mit Verbindungen. Komplexere Schaltungen können mehrere Zwischenlagen haben: Multi-Layer-Technik.

Die Verbindungen zwischen den Lagen werden durch durchkontaktierte Bohrungen hergestellt. Bohrungen, die nur der Verbindung zwischen Lagen dienen, werden Vias genannt.

Die moderne Technik verwendet oberflächenmontierte Bauelemente, SMD. Die Anschlüsse werden nicht mehr durch Bohrlöcher gesteckt, sondern unmittelbar auf die Oberfläche gelötet. Bauteile können auf beiden Seiten der Platine montiert werden.

In diesem Sinne können wir nicht von Bauteil- und Lötseite sprechen. Wir verwenden besser Oberseite und Unterseite.

Lochrasterplatinen

Es gibt eine ganze Reihe von Lochrasterplatinen. Wir verstehen unter Lochrasterplatinen solche, die mit Lötinseln versehen sind.

Wir verwenden Lochrasterplatinen

  • mit 2,54mm Raster,
  • aus Epoxid,
  • auf einer Seite möglichst mit quadratischen und verzinnten Lötinseln.
  • Durchkontaktierte Lötinseln halten besser, sind aber auf dünne Anschlüsse beschränkt.
Lochrasterplatinen.png
Bild 1: Einige Lochrasterplatinen

Von rechts

  • einfache Pertinax-Patine mit runden Lötaugen
  • GFK-Platine mit verzinnten rechteckigen Lötaugen
  • GFK-Platine mit durchkontaktierten runden Lötaugen
  • GFK-Platine mit durchkontaktierten rechteckigen Lötaugen
  • Oberseite der einer durchkontaktierten GFK-Platine mit Masse-Lage
  • Viele durchkontaktierte Platinen haben keine Masse-Lage:
    Die Ober- und Unterseite sehen gleich aus

Vor und Nachteile

  • Verzinnte Lötaugen lassen sich besser löten.
  • Rechteckige Lötaugen haften etwas besser als runde.
  • Bei rechteckigen Lötaugen kommt es leichter zu Lötbrücken,
  • insbesondere bei diagonalen Verbindungen
  • Rechteckige Lötaugen lassen sich besser als runde durch Lötbrücken verbinden :-)
  • Durchkontaktierte Platinen sind normalerweise nicht unbedingt notwendig.
  • Sie sind für SMD-Bauelemente mit drei oder vier Anschlüssen geeignet.
  • Die Lötinseln lösen sich nicht so leicht wie bei einseitigen Platinen.
  • Optimal sind durchkontaktierte GFK-Platinen mit verzinnten rechteckigen Lötaugen

Verbindungstechniken für Lochrasterplatinen

Es gibt mehrere Techniken, Verbindungen auf Lochrasterplatinen zu erstellen

  • Verbindungen mit dünnem Draht erstellen
  • Den Draht an den Lötstellen zu Halbösen biegen:
  • lässt sich nicht gut reparieren und ändern
  • Den Draht nur wenig auf die Lötinsel führen:
  • ist leicht zu reparieren und ändern.
  • Drähte diagonal verlegen:
  • möglichst nur 45°,
  • lässt auch zwischen zwei Lötinseln durchführen.
  • Lötinseln mit Lot verbinden (Lötbrücken):
  • schnelle Technik,
  • ist für Verbindung von zwei bis vier Lötinseln ideal.
  • Drähte lassen sich zwischen zwei bis vier Lötinseln kaum halten.
  • Braucht etwas mehr Lötzinn.
  • Kupferlackdraht verwenden.
  • Lötbarer Kupferlackdraht hat Lack, der beim Löten verbrennt. Der Draht muss nicht abisoliert werden.
  • Beim Löten können giftige Gase entstehen.
  • Zur Führung der Kupferlackdrähte werden Führungskanäle oder Fädelkämme verwendet.
  • Die Technik ist für relativ umfangreiche Digitalschaltungen geeignet,
  • aber heutzutage überholt, weil heute für komplexe Digitalschaltungen meistens SMD-Bauelemente eingesetzt werden.
  • Fädelkämme und spezielle Werkzeuge sind teuer.

Vorgehensweise beim Aufbau

  • Alle Verbindungen vor dem Einsetzen der Bauelemente erstellen oder
  • alle Bauelemente zuerst einsetzen.
  • Bauelemente durch umknicken der Anschlussdrähte bzw. -beinchen fixieren.
  • Die Bauelemente lassen sich dann nicht mehr einfach entfernen und
  • der Aufbau ist nicht einfach zu reparieren.
  • Anschlussdrähte bzw. -beinchen der Bauelemente nicht umknicken und
  • die Bauelemente durch Schwamm oder Halter auf der Bauteilseite fixieren.
  • Die Bauelemente lassen sich einfach entfernen und
  • der Aufbau einfach reparieren.
  • Iterative Vorgehensweise:
  • Teile der Schaltung aufbauen:
  • Teilschaltung testen,
  • Fehler beheben und
  • weitere Teile aufbauen.

Iterative Vorgehensweise

Die iterative Vorgehensweise ist für den Aufbau von Einzelstücken ideal.

  • Beim Entwurf und Aufbau unterlaufen immer wieder Fehler.
  • Diese Fehler werden früh entdeckt und
  • Fehler können einfach behoben werden.

Diese Vorgehensweise wird in Pragmatische Vorgehensweise beim Aufbau von Schaltungen näher beschrieben.

Attention sticker

Lochrasterplatinen für Amateure

Für unsere Zwecke ist

  • die iterative Vorgehensweise ideal.
  • Wir bauen die Schaltung nach und nach auf und
  • testen die Teilschaltung.

Die Verbindungstechniken sollten dieser Vorgehensweise entsprechen:

  • Bauelemente möglichst zuerst einsetzen.
  • selbstverständlich nur die Bauelemente, die für die Teilschaltung benötigt werden.
  • Verbindungen durch
  • 0,3mm versilberten Kupferdraht erstellen sowie
  • Drahtenden nur auf die Lötinsel führen.
  • Lötbrücken zwischen zwei bis vier Lötinseln einsetzen.
  • Drähte lassen sich dann kaum halten

SMD-Bauelemente

Nur einfache SMD-Bauelemente mit drei oder vier Anschlüssen lassen sich auf Lochrasterplatinen setzen.

  • Für die meisten SMD-Bauelemente werden Adapter auf das 2,54mm Raster benötigt.
  • Dreibeinige SMD-Bauelemente
  • lassen sich auf vier Lötpunkte setzen.
  • Vierbeinige SMD-Bauelemente
  • lassen sich auf vier Lötpunkte setzen.
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Bild 2: Layout für SMD mit 3 Anschlüssen

Zwei Anschlüsse werden auf benachbarte Lötpunkte gesetzt. Der dritte Anschluss wird mit einem Draht über zwei benachbarte Lötpunkte verbunden.

SMD-3-brd-bottom.png
Bild 3: Layout für SMD mit 3 Anschlüssen in 3D
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Bild 4: Layout für SMD mit 4 Anschlüssen

SMD-Bauelemente mit vier Anschlüsse werden einfach auf vier benachbarte Lötpunkte gesetzt.

SMD-4-brd-bottom.png
Bild 5: Layout für SMD mit 4 Anschlüssen in 3D
SMD-3-auf-2.54-top.png
Bild 6: Layout für SMD auf durchkontaktierten Platinen

Manchmal können Drahtbrücken vermieden werden, wenn SMD-Bauelemente auf die Oberseite von durchkontaktierten Lochrasterplatinen gesetzt werden. Die dargestellten Vias sind die durchkontaktierten Lötpunkte.

SMD-3-auf-2.54-brd-top.png
Bild 7: SMD auf durchkontaktierten Platinen
SMD-geloetet.png
Bild 8: Eingelötetes SMD-Bauelement

Bild 8 zeigt, wie ein SMD-Bauelement mit drei Anschlüssen eingelötet werden kann. Das dreipolige SMD-Bauelement wurde auf der Oberseite eingebaut. Der obere Anschluss wurde auf der Oberseite mit einem Draht verbunden. Die unteren Anschlüsse werden auf der Unterseite der Platine verbunden,.

Layout

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Layout für Lochrasterplatinen

In dem Praktikum Layout für Lochrasterplatinen wir beschrieben, wie ein Layout erstellt wird, dass für Lochrasterplatinen geeignet ist.

Das Layout von Schaltungen auf Lochrasterplatinen sollte/muss entworfen werden.

  • Möglichst nur einseitiges Layout verwenden.
  • Verbindungen auf der Oberseite möglichst nicht über Bauelemente führen.
  • Mit Drahtbrücken können Kreuzungen realisiert werden.
  • Das Layout kann natürlich mit Buntstiften, Papier und Radiergummi ;-) entworfen werden.
  • KiCad hat gegenüber den einfachen freien/günstigen Versionen von Eagle den Vorteil, mehr als zwei Lagen darstellen zu können und kostenlos zu sein.
  • Die Leitungen auf der Unterseite werden als bottom grün dargestellt.
  • Die Leitungen auf der Oberseite werden als top rot dargestellt.
  • Drahtbrücken auf der Oberseite werden als In1 gelb dargestellt.
  • Drahtbrücken auf der Unterseite werden als In2 magenta dargestellt.
  • Bilder von dem Layout erstellen.
  • Sehr dünne Linien, die das Raster darstellen, sollten im Layout eingetragen sein. Ein Nummerierung erleichtert das Zählen der Lötpunkte.
  • In EAD-Programmen kann die Unterseite gespiegelt werden.