Lernfeld 6 · Prüfung Teil 2

Leiterplattenentwurf, Herstellung und Bestückung

Leiterplattenentwurf, Herstellung und Bestückung: CAD-Ablauf, Massefläche, Luft- und Kriechstrecken, Leiterbahnwiderstand und Fertigungsdaten.

13 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Der Leiterplattenentwurf beginnt mit dem Schaltplan im CAD-Programm: Jedes Bauteil braucht ein passendes Footprint aus der Bibliothek. Danach legst du die Platinenkontur nach dem Gehäuse fest, platzierst die Bauteile, verlegst die Leiterbahnen und prüfst alles mit dem Design-Rule-Check gegen die Regeln des Herstellers. Gute Platzierung ist die halbe Miete: Abblockkondensatoren direkt an die IC-Pins, Schaltregler mit kleinen Stromschleifen, empfindliche Analogteile weg von Schaltknoten, eine möglichst geschlossene Massefläche.

Leiterbahnen haben Widerstand. Mit Schichtdicke (oft 35 µm) und Breite bestimmst du den Querschnitt und daraus den Spannungsfall; warm steigt der Widerstand weiter. Zwischen Netzspannung und berührbarer Kleinspannung müssen Luft- und Kriechstrecken nach der Gerätenorm eingehalten sein, ein Frässchlitz kann die Kriechstrecke verlängern. Wärme leitest du über Kupferflächen und thermische Vias ab.

Im subtraktiven Verfahren wird das Leiterbild belichtet und das überflüssige Kupfer weggeätzt, Bohrungen werden metallisiert, dann folgen Lötstopplack, Bestückungsdruck und Endoberfläche. Für die Fertigung gibst du Gerber- oder IPC-2581-Daten, Bohrdaten, Stückliste, Bestückungsdaten und Pastenlage aus. Beim Ätzen und Bohren gelten Arbeits- und Umweltschutz: Schutzbrille, Handschuhe, Absaugung und Entsorgung der Ätzlösung als Sonderabfall.

Das solltest du dir merken

Erst platzieren, dann verlegen; die Platzierung entscheidet über EMV und Wärme.
Querschnitt der Leiterbahn ist Kupferdicke mal Breite, 35 µm sind 0,035 mm.
Normaler Lötstopplack zählt nicht als Isolierung für Sicherheitsabstände.
Bestücker brauchen Stückliste, Bestückungsdaten und Pastenlage.
Ätzlösung enthält Kupfer und gehört nie ins Abwasser.

Formeln

Widerstand einer Leiterbahn: $R = \frac{ρ \cdot l}{d \cdot b}$; $R$ Widerstand in $Ω$ , $ρ$ spezifischer Widerstand (Kupfer 0,0178 Ω·mm²/m), $l$ Länge in m, $d$ Kupferdicke und $b$ Breite in mm
Widerstand bei Erwärmung: $R_{ϑ} = R_{20} \cdot (1 + α \cdot Δ ϑ)$; $R_{20}$ Widerstand bei 20 °C, $α$ Temperaturbeiwert (Kupfer 0,0039 1/K), $Δ ϑ$ Temperaturänderung in K

Typische Fehler in der Prüfung

Mikrometer nicht in Millimeter umgerechnet und den Querschnitt tausendfach zu groß angesetzt.
Die Leiterbahnlänge in Millimetern in eine Formel mit Metern eingesetzt.
Netz- und Kleinspannungsteil nur durch eine Masseleitung statt durch Abstand getrennt.

Tipps aus der Werkstatt

35 µm Kupfer sind 0,035 mm. Wer das vergisst, rechnet den Querschnitt einer Leiterbahn tausendfach zu groß. Und im Layout gilt: erst sorgfältig platzieren, dann verlegen. Abblockkondensator direkt an den Pin, Schaltregler mit kleiner Stromschleife, Massefläche möglichst ohne Schlitze.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

13 Aufgaben zu „Leiterplattenentwurf, Herstellung und Bestückung“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Geräte und Systeme (2003 i. d. F. 2018), Lernfeld 6 (Elektronische Baugruppen von Geräten konzipieren, herstellen und prüfen). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.