Von der Hand zur Maschine – die Vergangenheit und Zukunft der PCB-Herstellung

(Auszug aus der Pressemitteilung)

Heutzutage finden wir Leiterplatten in jedem elektrischen Produkt: in Smartphones, Tablets, Computern, Radios und mehr. Und obwohl wir von ihnen umgeben sind, vergessen wir, dass diese Leiterplatten eine bahnbrechende Innovation waren.

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Vor der Erfindung der Leiterplatten enthielt jedes elektronische Gerät zahlreiche Drähte. Diese verhedderten sich und nahmen viel Platz in Anspruch. Kurzschlüsse waren keine Seltenheit.

Vom händischen Löten zur Fließbandproduktion

Der österreichische Erfinder Paul Eisler entwickelte die Leiterplatte zum ersten Mal 1936. Damals wurden elektronische Schaltungen noch frei mit Lötösen verdrahtet. Elektronische Geräte wurden komplett von Hand und mit Kenntnis des Verdrahtungsplanes zusammengebaut.

Der Ausbruch des Zweiten Weltkriegs verzögerte den Fortschritt des PCB. Doch Eisler gab nicht auf und ließ sich 1943 das Prinzip der gedruckten Leiterplatte patentieren. Dieses Patent existierte lange dem der regulären Verdrahtung per Hand. Erst mit der steigenden Miniaturisierung der Elektronik gewann seine Technik an Bedeutung. In den 50ern entwickelte die US-Armee ein Verfahren zur automatischen Bestückung, das zur Fließbandproduktion führte.

Bei bestückten Leiterplatten wurden nun die Anschlussdrähte der Bauteile von oben durch Bohrlöcher durch die Leiterplatte gesteckt – eine noch heute weit verbreitete Technik. Auf der Unterseite befanden sich die Lötpads, wo sie von Hand mittels Lötkolben festgelötet wurden. Das erlaubte eine simple und automatisierbare Fertigung, gleichzeitig sank die Fehlerrate bei der Produktion, da Verdrahtungsfehler auf der Leiterplatte ausgeschlossen werden.

Mitte der 1970er Jahre hielten Bestückungsautomaten Einzug. Schaltungen wurden komplexer und kleiner. Solche moderne Leiterplatten konnten nicht mehr von Hand bestückt werden. Sogenannte „Pick & place“-Automaten übernahmen die Handhabung der teilweise weniger als 1 mm² großen Bauteile. In den 80ern kamen die Computer und EDA-Software (Electronic Design Automation) zum Einsatz, wodurch Maschinen zur Leiterplattenherstellung integriert wurden. Außerdem begann man damit, SMD-Bauteile einzusetzen. SMD-Bauelemente (engl. Surface Mounted Devices) trugen zu einer enormen Verkleinerung von elektronischen Geräten bei.

Schneller, kleiner & von Robotern gefertigt – wohin geht die Reise?

Ein Jahrzehnt später, schrumpften die elektronischen Geräte weiter, was die manuelle Herstellung von Leiterplatten nahezu unmöglich machte. Die Nachfrage nach maschinell hergestellten Leiterplatten stieg. Mithilfe der Nanotechnologie können wir heutzutage elektronische Komponenten und Geräte entwickeln, mit denen sich kleinere, schnellere und zuverlässigere Computer herstellen lassen.

Mittlerweile übernehmen Maschinen einen Großteil der Arbeit. So erfolgt beispielsweise die Bestückung mit Bauteilen wie Kondensatoren oder Widerständen vollautomatisch durch sogenannte SMT-Maschinen (Maschinen mit Oberflächen-Montage-Technik). Die SMT-Maschine nimmt die Bauteile, platziert sie an der korrekten Stelle und verlötet sie an der Unterseite des PCBs. Anschließend überprüft ein Scanner, ob alles korrekt verlötet wurden. Im Anschluss prüfen Mitarbeiter, ob der Chip korrekt sitzt und funktioniert. Alles andere übernimmt die Maschine.

In naher Zukunft wird die Computerindustrie immer mehr auf die Nanotechnologie setzen, wenn es um die Herstellung von Mikroprozessorchips geht. Denn es geht immer noch kleiner, besser und schneller.