Der ultimative Leitfaden für Leiterplattenkomponenten - Typ, Auswahl und Montage

Arten von Leiterplattenkomponenten

Leiterplatten bestehen aus verschiedenen Komponenten, die unterschiedlich komplex sind. Im Folgenden finden Sie einen Überblick über die gängigsten Arten von Leiterplattenkomponenten:

1. Passive Komponenten

Zweck

Es gibt drei Verwendungszwecke für passive Komponenten:

• Die Verringerung des Stroms durch einen Stromkreis erhöht dessen Widerstand.
• Begrenzung der Schaltspannung.
• Speicherung von Energie in Form eines elektrischen oder magnetischen Feldes.

Allgemeine Materialien

• Kupfer
• Nickel
• Silber 
• Palladium

Vorteile

Zu den Vorteilen passiver Leiterplattenbauteile gehören folgende:

• Diese sind relativ preiswert. 
• Leichtes Gewicht und geringe Größe.
• Ein Chip oder eine Platine kann mit anderen Komponenten integriert werden.
• Aufgrund ihrer geringen Verluste können passive Bauelemente im Gegensatz zu aktiven Bauelementen in einem breiten Frequenzbereich (10 Hz bis 100 kHz) eingesetzt werden.

Anwendungen

• Stromversorgungen: Wird in Gleichrichtern, Kondensatoren und Filtern verwendet.
• Audio-Verstärker: Wird in Filtern, Kondensatoren und Induktoren verwendet.
• Filter: Wird in Kondensatoren, Induktivitäten und Widerständen verwendet, um unerwünschte Frequenzen zu entfernen.
• Medizinische Geräte: Wird in Sensoren und Überwachungsgeräten verwendet.
• Luft- und Raumfahrttechnik: Wird in Sensoren, Navigationssystemen und Kommunikationsgeräten verwendet.
• Industrielle Automatisierung: Wird in Sensoren, Schaltern und Kontrollsystemen verwendet.

Allgemeine Typen

Zu den gebräuchlichsten Arten von passiven Komponenten gehören:

• Widerstände werden zur Begrenzung des Stromflusses durch einen Stromkreis verwendet, indem sie Wärme oder Widerstand erzeugen, wenn Strom durch sie fließt.
• Kondensatoren speichern elektrische Energie, indem sie eine entgegengesetzte Ladung auf zwei leitenden Platten aufbauen, die durch einen Isolator, z. B. Luft oder Kunststoff, getrennt sind.
• Induktivitäten erzeugen ein elektromagnetisches Feld um sich herum, wenn Strom durch sie fließt.

2. Aktive Komponenten

Zweck

Diese Geräte verstärken oder Schalter elektrische Signale mit hoher Geschwindigkeit. Sie können nicht nur den Stromfluss ändern, sondern auch zwischen Pfaden wechseln.

Allgemeine Materialien

Zu den Materialien, die in den aktiven Komponenten einer Leiterplatte verwendet werden, gehören:

• Kupferfolie oder kupferkaschiertes Laminat (Cu)
• Aluminiumleiter werden entweder direkt auf das Substrat aufgebracht oder mit einer dicken Kupferschicht durch Galvanisieren bedruckt.
• Lötmaske zum Abdecken freiliegender Kupferbahnen und -pads, um Korrosion und Kurzschlüsse zu verhindern
• Fotolack, der als Schutzfilm beim Ätzen und als Lötmaske beim Löten verwendet wird.

Vorteile

Dies sind einige der Vorteile von aktiven Komponenten:

• Kleiner als passive Komponenten
• Lassen Sie mehr Platz auf der Leiterplatte für andere Komponenten.
• Geringer Stromverbrauch
• Die Energieumwandlungseffizienz ist hoch. Sie können also mehr Energie in Strom umwandeln, als sie aus externen Quellen verbrauchen.

Anwendungen

Im Folgenden werden die Anwendungen der aktiven Komponenten der Leiterplatte beschrieben:

• Frequenzkontrolle: Aktive Komponenten spielen eine wichtige Rolle bei der Frequenzregelung. Dadurch arbeitet oder funktioniert das Gerät mit einer bestimmten Frequenz.
• Verstärkung: Amplifikation ist eine weitere Anwendung von aktiven Komponenten. Dies geschieht, weil sie die Amplitude des Signals erhöhen.
• Spannungsregelung: Eine weitere Anwendung von Schaltungen mit aktiven Komponenten ist die Spannungsregelung. Unabhängig von Schwankungen der Eingangsspannung hilft sie, die Ausgangsspannung zu regulieren.
• Schaltvorgang: Der Schaltbetrieb ist eine weitere Anwendung von Schaltkreisen mit aktiven Komponenten, die zum Ein- und Ausschalten einer Last verwendet werden, die über eine Wechselstromquelle (Quelle) angeschlossen ist.

Allgemeine Typen

Heutzutage gibt es viele verschiedene Arten von aktiven Komponenten. Einige Beispiele sind:

• Transistoren: Sie können zur Verstärkung und zum Schalten verwendet werden. Ein Emitter, eine Basis und ein Kollektor bilden einen Transistor.
• Dioden: Sie lassen den Strom nur in eine Richtung fließen. Sie haben drei Leitungen (Anode, Kathode und Gate).

Integrierte Schaltungen (ICs): Diese Siliziumchips enthalten mehrere Transistoren. Die meisten Computer verwenden sie zur Steuerung der Zentraleinheit (CPU).

3. Elektromechanische Komponenten

Zweck

Bei einer Leiterplatte dienen elektromechanische Komponenten als Leiterbahnen zwischen zwei Seiten.

Allgemeine Materialien

Bei der Herstellung von elektromechanischen Bauteilen werden viele verschiedene Materialien verwendet. Hier sind ein paar der gängigsten:

• Metall-Legierungen
• Kunststoffe
• Gummi und Elastomere
• Glas

Vorteile

Elektromechanische Bauteile haben folgende Vorteile:

• Sie verfügen über ein hohes Maß an Präzision bei der Positionierung und Geschwindigkeit.
• Geräuscharm sind.
• Sie haben eine lange Lebensdauer und können jahrelang ohne Wartung oder Austausch auskommen.
• Einfacher Einbau und geringes Gewicht.

Anwendungen

• Wandler: Sensoren, Mikrofone und Lautsprecher nutzen diese Geräte, um mechanische Bewegungen in elektrische Signale umzuwandeln.
• Sensoren: Temperatur, Druck und Bewegung können mit diesen Geräten in einer Vielzahl von Anwendungen gemessen werden, z. B. in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik.
• Generatoren: Elektromechanische Generatoren, die in Kraftwerken, Wind- und Wasserkraftwerken eingesetzt werden, wandeln mechanische Energie in Elektrizität um.

Allgemeine Typen

Einige Typen sind:

• Relais: Geräte, die es einem Niederspannungsstromkreis ermöglichen, einen Hochspannungsstromkreis zu steuern; sie werden häufig in der Energieversorgung und in industriellen Anwendungen eingesetzt.
• Schalter: Sie können zum Verbinden oder Trennen von Stromkreisen verwendet werden und umfassen Druckknopf-, Kipp-, Dreh- und Schiebeschalter.
• Verbinder: Verbindet zwei oder mehr Stromkreise. Erhältlich in den Ausführungen USB, Audio, Video und Strom. Ohne sie können elektronische Geräte nicht richtig funktionieren.

Wie wählt man die Komponenten für die Leiterplatte aus?

Als Erstes müssen Sie entscheiden, was Ihre Platine leisten soll. Willst du einen einfachen Timer oder einen fortschrittlichen Sensor bauen? 

So können Sie die Art der benötigten Komponenten eingrenzen.

• Funktionsweise: Auswahl von Komponenten, die den erforderlichen Funktionen der Leiterplatte entsprechen.
• Größe: Wählen Sie Komponenten aus, die in die physischen Abmessungen der Platine passen.
• Macht: Auswahl von Bauteilen, die den Leistungsanforderungen der Schaltung gerecht werden.
• Verfügbarkeit: Sicherstellung, dass die benötigten Komponenten leicht zugänglich und vorrätig sind.
• Kosten: Abwägung der Kosten der Komponenten mit dem Gesamtbudget des Projekts.
• Verlässlichkeit: Wählen Sie Komponenten aus, die als zuverlässig gelten und eine lange Lebensdauer haben.
• Der Ruf des Herstellers: Achten Sie bei der Auswahl von Bauteilen für Ihre Leiterplatten darauf, wie lange der Hersteller bereits im Geschäft ist und wie viele Produkte er bereits erfolgreich ausgeliefert hat. Für diejenigen, die einen zuverlässigen und erfahrenen Hersteller von Leiterplattenkomponenten suchen, Langir ist eine ausgezeichnete Option.  

Design und Layout von Leiterplatten

Best Practices für das Leiterplattenlayout mit verschiedenen Bauteiltypen

Hier finden Sie einige bewährte Verfahren für das Layout von Leiterplatten mit verschiedenen Bauteiltypen:

Passive Komponenten:

• Platzieren Sie passive Komponenten in der Nähe des ICs oder Steckers, an den sie angeschlossen sind.
• Passive Komponenten der Gruppe, wie z. B. Filterung oder Signalkopplung, werden für dieselbe Funktion verwendet.

Aktive Bestandteile:

• Platzieren Sie aktive Komponenten in der Mitte der Leiterplatte, um Signalstörungen zu minimieren.
• Verwenden Sie Entkopplungskondensatoren in der Nähe aktiver Leiterplattenkomponenten, um Störungen zu reduzieren.

Verbinder:

• Platzieren Sie die Steckverbinder an der Kante der Leiterplatte, damit sie leicht zugänglich sind.
• Richten Sie die Steckverbinder in einer einheitlichen Richtung aus, um eine korrekte Ausrichtung zu gewährleisten.
• Achten Sie auf einen angemessenen Abstand zwischen den Anschlüssen, um Störungen zu vermeiden.

Strom und Masse:

• Verwenden Sie eine separate Ebene für Strom und Masse, um Störungen zu minimieren.
• Die Stromversorgungs- und Masseleitungen sind breit genug, um den erforderlichen Strom zu bewältigen.

Hochfrequenz-Komponenten:

• Platzieren Sie Hochfrequenzkomponenten so, dass sie die Auswirkungen von parasitären Kapazitäten und Induktivitäten minimieren können.
• Verwenden Sie kurze Leiterbahnen für Hochfrequenzkomponenten, um den Signalverlust zu minimieren.
• Verwenden Sie eine spezielle Massefläche, um Signalstörungen zu minimieren.

Leiterplattenmontage

Bei der Leiterplattenmontage wird eine Leiterplatte mit elektronischen Komponenten bestückt, um ein funktionierendes elektronisches Gerät herzustellen. Der Prozess umfasst mehrere Schritte, darunter die Auswahl der Bauteile, das Layout der Leiterplatte (PCB) und den Montageprozess.

Arten von Montageverfahren

Es gibt zwei Hauptmethoden der Leiterplattenmontage:

Durchgangsbohrung

Oberflächenmontage

Prüfung der Komponenten vor der Montage

Die Prüfung von Leiterplattenkomponenten vor der Montage stellt sicher, dass sie den Spezifikationen entsprechen und ordnungsgemäß funktionieren. Durch dieses Verfahren werden kostspielige Fehler vermieden, die zu Produktausfällen führen können.

Vermeiden von Temperaturschocks beim Löten

Löttechniken und Montageausrüstung

Zu den Löttechniken und -geräten gehören Wellenlöten, Reflowlöten und Handlöten. Je nach Produktionsvolumen und Art der gelöteten Komponenten variiert die Ausrüstung.

Fehlersuche bei Leiterplattenkomponenten

Bei Leiterplattenkomponenten können verschiedene Probleme auftreten, z. B. Ausfälle, Beschädigungen, falsche Installation und Kompatibilitätsprobleme. Die Fehlersuche und Diagnose dieser Probleme erfordert Kenntnisse über verschiedene Komponententypen und Diagnosewerkzeuge.

Häufige Probleme mit Leiterplattenkomponenten

Leiterplatten und ihre Komponenten sind anfällig für die folgenden Probleme:

• Scheitern: Überspannung, Überhitzung oder unsachgemäße Handhabung können zum Ausfall von Leiterplattenkomponenten führen.
• Beschädigung: Bauteile können bei der Handhabung, der Montage oder dem Betrieb beschädigt werden, was zu Ausfällen der Leiterplatte führen kann.
• Falsche Installation: Durch unsachgemäße Installation können Probleme wie Verpolung oder Fehlausrichtung auftreten.
• Kompatibilitätsprobleme: Einige Leiterplattenkomponenten sind möglicherweise nicht mit der Leiterplatte oder anderen Komponenten kompatibel.

Fehlersuche und -diagnose bei verschiedenen Arten von Komponenten

Für die Fehlersuche bei passiven und aktiven Komponenten stehen verschiedene Diagnosewerkzeuge zur Verfügung, darunter Multimeter, Oszilloskope und Logikanalysatoren. Mit diesen Tools lässt sich die Grundursache ermitteln, z. B. fehlerhafte Komponenten oder unterbrochene Leiterbahnen.

Überarbeitungstechniken

Bei den Nacharbeitstechniken werden beschädigte Bauteile auf einer Leiterplatte repariert oder ersetzt. Zu den Techniken gehören Entlöten, Heißluft-Rework-Stationen und Lötkolben. Es ist wichtig, die richtigen Nacharbeitstechniken anzuwenden, um weitere Schäden an der Leiterplatte oder den Bauteilen zu vermeiden.

Die Zukunft der Leiterplattenkomponenten

Automatisierung, Miniaturisierungund künstliche Intelligenz (KI) werden künftige Entwicklungen bei Leiterplattenkomponenten beeinflussen.

Mit der steigenden Nachfrage nach immer komplexeren elektronischen Geräten werden immer kleinere und leistungsfähigere elektronische Bauteile benötigt. Die Nanotechnologie spielt dabei eine entscheidende Rolle. In der Nanotechnologie werden Materialien verwendet, die in Nanometern (nm) oder Milliardsteln eines Meters gemessen werden.

Die Vorteile der nanoskaligen Fertigungstechniken sind zahlreich, unter anderem

• Geringere größenbedingte Verbesserungen bei Leistung und Effizienz
• Bessere Haltbarkeit und Zuverlässigkeit durch weniger Schwachstellen
• Und weniger Energieverbrauch.

KI-Systeme wurden für den Einsatz im Verkehrswesen, im Gesundheitswesen und in anderen Branchen entwickelt. In den letzten Jahren wurden KI-basierte Systeme zunehmend für anspruchsvolle Aufgaben wie Bilderkennung, Objekterkennung, Spracherkennung und Übersetzung eingesetzt, ohne dass ein menschliches Eingreifen erforderlich ist. Bietet Einblicke in riesige Datensätze, indem es Muster identifiziert, die Menschen nicht verstehen können.

Dank des Trends zur Miniaturisierung werden die Geräte immer kleiner, doch die Leistung steigt schneller als je zuvor. Aufgrund dieser Tendenz können die Hersteller jetzt Hochleistungsprodukte zu den niedrigstmöglichen Kosten herstellen.

Schlussfolgerung 

Die richtige Auswahl der Komponenten, das richtige Design und die richtige Montage sind entscheidend für den erfolgreichen Betrieb von Leiterplattenkomponenten. Um sicherzustellen, dass Ihre Leiterplatten diese Anforderungen erfüllen, ist es wichtig, sich an einen renommierten und erfahrenen Anbieter wie Langir zu wenden.

Mit ihrem Fachwissen über Schalttafeln, Schaltschränke und Stromkreisschutz, Langir kann Sie in jeder Phase des Entwicklungsprozesses von Leiterplatten unterstützen. 

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