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Aufbau einfacher elektronischer Schaltungen.


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Aufbau von Schaltungen

Aufbau auf Steckboards


Aufbau auf Leiterplatten

  • Leiterplatten werden oft auch als Platinen oder seltener als gedruckte Schaltungen bezeichnet.
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Vor dem Aufbau

Der Aufbau auf Leiterplatten ist weitgehend endgültig.

  • Eine Korrektur ist aufwendig.

Deshalb sollte eine Schaltung

  • auf einem Steckboard getestet werden.
  • Auch, bevor mit dem Layout begonnen wird.

Moderne Schaltungen werden meistens auf Leiterplatten aufgebaut. Das sind etwa 1,5mm dicke Platten aus Kunststoff:

  • Pertinax - mit Kunststoff gebundenes Papier,
  • GfK - Glasfaser verstärkter Kunststoff - meistens Epoxidharz.

Auf die Oberfläche der Leiterplatte werden Verbindungen aus Kupferfolie, Leiterbahnen, "gedruckt". In der Leiterplatte befinden sich Löcher zur Aufnahme von Bauelementen.

Die Bauelemente werden mit den Leiterbahnen verlötet, entweder mit Drähten, die durch Bohrungen gesteckt werden, Durchstecktechnik (THT) oder direkt auf die Leiterbahn, SMD-Technik.

Die Herstellung von Leiterplatten umfasst

  • des Entwerfen der Leiterbahnen und der Lage der Bauelemente, das Erstellen des Layouts,
  • das Aufbringen bzw. Erstellen der Leiterbahnen,
  • das Zuschneiden der Leiterplatte,
  • das Bohren der Leiterplatte und
  • das Löten der Bauelemente.

Seiten der Platine

In der herkömmlichen Technologie werden die Bauelemente auf einer Seite der Leiterplatte montiert. Diese Seite wird daher oft als Bauteil- oder Bestückungsseite bezeichnet. Die Anschlüsse werden durch Bohrungen in der Leiterplatte gesteckt und auf der anderen Seite der Leiterplatte (Lötseite) verlötet. Auf der Lötseite befinden sich Leiterbahnen. Leiterplatten, die nur Leiterbahnen auf der Lötseite haben, werden als einseitige Leiterplatten bezeichnet. Auf der Bestückungsseite werden manchmal Verbindungen mit Drahtbrücken hergestellt.

Bei modernen Leiterplatten haben auch auf der Bestückungsseite Leiterbahnen. Die Leiterplatte hat zwei Lagen. 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 Durchkontaktierungen oder Vias genannt.

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

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

Beispiele von Leiterplatten

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Bild 1: Unterseite mit Leiterbahnen

Bild 1 zeigt eine Leiterplatte mit den gedruckten Leiterbahnen und den Bohrungen für Bauelemente. Die Leiterplatte besteht aus GfK-Epoxid.

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Bild 2: Oberseite mit Bestückungsaufdruck

Die Leiterplatte in Bild 2 ist auf der Oberseite mit einem Aufdruck für die Bestückung versehen.

Die Leiterplatte in Bild 1 und Bild 2 ist nur einseitig mit Leiterbahnen versehen. Es wird ausschließlich Durchstecktechnik verwendet.

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Bild 3: Oberseite einer bestückten Leiterplatte

Die Oberseite der Leiterplatte in Bild 3 mit einer komplexen Schaltung ist fast ausschließlich mit bedrahteten Bauelementen bestückt. Sie ist auf der Oberseite auch mit Leiterbahnen versehen. Die Leiterplatte besteht aus GfK-Epoxid.

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Bild 4: Unterseite einer bestückten Leiterplatte

Die Leiterplatte in den Bildern 3 und 4 ist auf der Unterseite nur mit SMD-Bauelementen bestückt. Diese Leiterplatte verwendet eine Mischung aus SMD- und Durchstecktechnik.

Die Leiterplatte wurde vorgefertigt. Die SMD-Bauelemente waren bereits bestückt. Nur die Bauelemente mit Anschlüssen für die Durchstecktechnik mussten noch eingebaut werden.

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Bild 5: Unterseite einer Leiterplatte mit Lochraster

Auf der Unterseite der Leiterplatte mit Lochraster in Bild 5 sind die Verbindungen mit dünnen Drähten hergestellt. Außerdem sind drei einfache SMD-Bauteile aufgelötet. Die Leiterplatte besteht aus GfK-Epoxid.

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Bild 6: Oberseite einer Leiterplatte mit Lochraster

Auf der Oberseite der Leiterplatte in den Bildern 5 und 6 sind nur Bauelemente in Durchstecktechnik vorhanden. Zwei Verbindungen wurden mit gelben Drahtbrücken hergestellt.

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Bild 7: Unterseite einer Leiterplatte mit Streifen

Streifenraster eignen sich gut für digitale Bauelemente in DIL-Gehäusen. Das Streifenraster in Bild 7 hat zwischen den DIL-Reihen noch zwei lange Streifen, über die die Stromversorgung erfolgt.

Leiterplatten für Einsteiger

Für Einsteiger gibt es im Wesentlichen vier Wege zur Leiterplatte

  • Vorgefertigte Leiterplatten für Schaltungen kaufen.
  • Leiterplatten selbst herstellen.
  • Leiterplatten für eigene Schaltungen im Auftrag herstellen lassen.
  • Aufbau auf Lochrasterplatinen.

Vorgefertigte Leiterplatten

Schaltungen können leicht nachgebaut werden, wenn eine Leiterplatte zur Verfügung steht. Es gibt fertige Bausätze, die alle Bauelementen enthalten. Auf diese Weise kann ein Einsteiger zu einem kostengünstigen elektronischen Gerät gelangen, da die Bestückung von ihm selbst vorgenommen wird. Er kann die Grundtechniken der Bestückung von Leiterplatten erlernen.

Der Entwurf der Schaltung entfällt ebenso wie auch die Erstellung des Leiterplattenlayouts.

Leiterplatte selbst erstellen

Für eigene Schaltungen können Leiterplatten selbst entworfen werden. Die Leiterbahnen werden meistens fotografisch und dann per Ätztechnik auf der Leiterplatte erstellt.

Dazu muss zunächst das Layout der Leiterbahnen erstellt werden. Daraus wird eine Maske erstellt, die auf eine speziell vorbereitete Leiterplatte gebracht wird. Dazu sind eine Reihe von Arbeitsschritten notwendig, die u.a. chemische Bäder beinhalten. Das alles ist aufwendig und schmutzig.

Es gibt noch andere Techniken wie Fräsen usw.

Leiterplatten im Auftrag

Die Herstellung von Leiterplatten kann auch an Firmen vergeben werden. Die hergestellten Leiterplatten sind meistens von guter Qualität. Sie enthalten meistens zwei Lagen, sind durchkontaktiert und auf Maß geschnitten. Die SMD-Technologie ist ebenso üblich wie feine und enge Leiterbahnen. Das kostet natürlich. Einige zehn Euro sind normal.

Aufbau auf Lochrasterplatinen

Der Aufbau auf Lochrasterplatinen basiert auf vorgefertigten Leiterplatten mit einem Lochraster.

Die Leiterplatten enthalten

  • keine Leiterbahnen oder
  • manchmal Steifen, die einige oder ganze Reihen von Löchern verbinden oder
  • Lötpunkte an jedem Loch ohne Verbindung untereinander.

Die meisten Lochrasterplatinen haben einen Lochabstand von 2.54mm. Andere Raster werden nicht empfohlen.

Leiterplatten ohne Leiterbahnen sind nicht zu empfehlen, da die Bauelemente nicht gut befestigt werden können.

Bei Lochrasterplatinen mit Steifen und Lötpunkten werden die Anschlüsse der Bauelemente durch Löcher gesteckt und auf der Unterseite verlötet. Verbindungen werden mit Draht hergestellt. Bei den Streifen sind einige Verbindungen bereits vorgegeben. Zu lange Streifen können unterbrochen werden.

  • Leiterplatten mit Streifen haben den Vorteil, dass einige Verbindungen bereits über die Streifen vorhanden sind.
  • Es gibt Leiterplatten mit Streifen, die fast den Kontaktgruppen von Steckboards entsprechen. Leider haben sie keine Fünfergruppen, sondern nur Dreiergruppen. Meistens kann das Layout eines Steckboards direkt übernommen werden.
  • Leiterplatten mit Lötpunkten haben den Vorteil, dass eine sehr flexible Verdrahtung möglich ist.

Lochrasterplatinen sind für die SMD-Technologie eigentlich nicht geeignet. Es gibt zwar spezielle SMD-Lochrasterplatinen, aber das Raster ist auf ein bestimmtes Maß festgelegt und viele SMD-Bauteile passen nicht. Für die Durchstecktechnik sind die Bohrungen zu fein.

Mit einigen Tricks können einfache SMD-Bauteile mit zwei, drei und vier Anschlüssen direkt auf eine Lochrasterplatine mit Lötpunkten im Raster 2,54 mm gelötet werden. Für andere SMD-Bauelemente gibt es Adapter.

Die Bestückung von Lochrasterplatinen ist recht aufwendig und erfordert sauberes Arbeiten.

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In der Praktischen Elektronik beschränken wir uns auf Lochrasterplatinen mit Lötpunkten, da diese flexibler einsetzbar sind.

Vergleich der Techniken

Wir betrachten die Techniken hinsichtlich ihrer Eignung für Einsteiger.

Unsere Kriterien sind

  • eigenen Entwurf aufbauen
  • Zeitaufwand
  • Kleinserien
  • Fehleranfälligkeit
  • Korrekturmöglichkeit
  • professionelles Aussehen
  • Kosten
  • eigene Fähigkeiten
Kriterium Vorgefertigt Selbst erstellt Auftrag Lochraster
eigener Entwurf nein ja ja ja
Zeitaufwand sehr gering sehr hoch gering hoch
Kleinserien ja ja ja nein
Fehleranfälligkeit sehr gering hoch hoch hoch
Korrekturmöglichkeit nein sehr aufwendig sehr teuer ja
Aussehen seht gut gut sehr gut akzeptabel
Kosten gering gering teuer gering
Fähigkeiten gering hoch mittel hoch

Die Verwendung von vorgefertigten Leiterplatten ist eine gute Möglichkeit für Einsteiger, die Techniken des Aufbaus elektronischer Geräten zu erlernen:

  • Bauelemente kennen und richtig platzieren
  • Löten
  • Fehler finden und beheben

Bei den anderen Techniken

  • muss meist erst ein Layout erstellt werden,

Leiterplatten selbst herzustellen oder Lochrasterplatinen zu verwenden, erfordert

  • einen relativ hohen Zeitaufwand sowie
  • Fertigkeiten und Techniken,
  • die erworben werden müssen.

Beide Techniken sind insofern ähnlich, als sie

  • einen relativ hohen Zeitaufwand erfordern und
  • geringe Kosten verursachen.

Wenn es auf ein professionelles Aussehen der Leiterplatte ankommt, bleibt eigentlich nur

  • der Kauf vorgefertigter Leiterplatten oder
  • die Auftragsfertigung.
  • Lochrasterplatinen scheiden dann eher aus.
  • Meistens wird die Leiterplatte aber in ein Gehäuse eingebaut.
  • Mit einer Schaltung auf einer Lochrasterplatine können wir zeigen, was wir können.

Als Einsteiger betreiben wir unser Hobby, weil wir

  • etwas Eigenes schaffen wollen und
  • Spaß am Aufbau unserer Schaltungen haben.

Fazit

Der Aufbau auf Lochrasterplatinen wird hier in der Praktischen Elektronik hauptsächlich verwendet, weil

  • der Aufbau relativ schnell zum Ziel führt,
  • wir uns unsere Fähigkeiten schrittweise aneignen können,
  • wir Einzelstücke bauen und
  • wir Spaß am Aufbauen haben.