Was ist eine leere Leiterplatte (Bare PCB) und wie wird sie verwendet?

Eine Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB), auf der sich keine elektronischen Bauteile befinden, wird als Blank-PCB oder Bare-PCB bezeichnet. Eine PCBA hingegen ist eine PCB, auf der bereits alle benötigten elektronischen Bauteile montiert sind. Da Blank-PCBs eine Kupferschicht auf der Oberfläche tragen, werden sie manchmal auch als kupferkaschierte Leiterplatten bezeichnet.

Eine Blank-PCB ist eine Leiterplatte, die aus mehreren Schichten Epoxidglasfaser, Kupferfolie und PCB-Tinten besteht. Vor den Kupferschichten befinden sich nichtleitende Prepreg-Schichten. Zusätzlich besitzt die Leiterplatte ein Basismaterial. Mit Kupfer gefüllte Durchkontaktierungen verbinden die verschiedenen Lagen der Kupferleiterbahnen miteinander.

Es gibt einseitige, zweiseitige und mehrlagige Bare-PCBs. Der Lagenaufbau (Stackup) kann je nach Komplexität und Einsatzzweck gewählt werden. Für die Herstellung werden Basismaterialien wie FR-4 (Glasfaser-Epoxidharz), Polyimid (für flexible Leiterplatten) oder Metallkernmaterialien für leistungsstarke Anwendungen verwendet. Einige dieser Aspekte werden im weiteren Verlauf dieses Beitrags erläutert. Dieser Artikel erklärt, was eine Blank-PCB ist, wofür sie verwendet wird und wie sie hergestellt wird. Außerdem wird gezeigt, wie man mit den Fertigungsservices von JLCPCB eine Blank-PCB herstellen kann.

1.    Unterschied zwischen Zero PCB und Blank PCB:

Eine Zero PCB (auch Universal- oder Lochrasterplatine genannt) ist eine vorgefertigte Leiterplatte mit einem Raster aus Löchern und Kupferpads. Sie wird für das manuelle Prototyping von Schaltungen verwendet. Bauteile werden in die Löcher eingesetzt und mit Drähten oder Lötbrücken verbunden. Zero-PCBs eignen sich ideal für schnelle, kleine Experimente, unterstützen jedoch keine komplexen oder hochdichten Schaltungen.

Eine Blank-PCB hingegen ist eine kundenspezifisch gefertigte Leiterplatte. Sie besitzt keine vorgebohrten Löcher oder vorgegebenen Leiterbahnen. Sie wird exakt nach einem bestimmten Schaltungsdesign gefertigt – in beliebiger Form, Größe und Lagenanzahl. Blank-PCBs werden für professionelles Prototyping und die Serienproduktion eingesetzt.

2.   Aufbau einer Bare PCB

Eine typische Blank-Leiterplatte besteht aus den folgenden Schichten:

⦁ Substrat (Basismaterial): Sorgt für mechanische Stabilität und elektrische Isolierung.

⦁ Kupferschicht(en): Leitfähige Bahnen zur Verbindung elektronischer Bauteile.

⦁ Lötstoppmaske: Schützt die Kupferleiterbahnen und verhindert Lötbrücken bei der Bauteilmontage.

⦁ Siebdruck: Gedruckte Texte oder Symbole zur Kennzeichnung von Bauteilpositionen und Referenzbezeichnungen.

3.    Wie man eine Blank-PCB bei JLCPCB herstellt

JLCPCB ist ein weit verbreiteter PCB-Fertigungsdienst, der für seine günstigen Preise, schnelle Durchlaufzeiten und einen umfassenden Design-to-Production-Workflow bekannt ist. Die Erstellung einer Blank-PCB über JLCPCB erfolgt in folgenden Schritten:

1. Gerber-Dateien vorbereiten

Entwerfen Sie Ihre Schaltung mit einer PCB-Designsoftware wie KiCad, Altium Designer oder Eagle. Exportieren Sie anschließend die Gerber-Dateien, die die Layer-Daten für Kupfer, Lötstoppmaske, Siebdruck und Bohrinformationen enthalten.

2. JLCPCB-Website besuchen

Melden Sie sich bei Ihrem Konto an und starten Sie eine neue PCB-Bestellung. Laden Sie die Gerber-Dateien hoch. Die Benutzeroberfläche zeigt automatisch eine Vorschau Ihres Blank-PCB-Layouts an.

3. PCB-Spezifikationen konfigurieren

Wählen Sie die Eigenschaften Ihrer Leiterplatte, zum Beispiel:

⦁ Abmessungen und Stückzahl

⦁ Anzahl der Lagen

⦁ Leiterplattendicke

⦁ Kupferstärke

⦁ Oberflächenfinish (HASL, ENIG usw.)

⦁ Farbe der Lötstoppmaske

Da Sie eine Blank-PCB bestellen, sind weder eine Stückliste (BOM) noch Pick-and-Place-Dateien für die Bauteilmontage erforderlich.

4. Bestellung aufgeben

Nach Bestätigung aller Parameter gehen Sie zur Kasse. Wählen Sie eine Versandart entsprechend Ihrem Zeitplan und Budget.

5. Blank-PCB erhalten und verwenden

Nach der Lieferung sind Ihre Blank-PCBs bereit für die Bestückung – entweder manuell oder mithilfe eines automatisierten Bestückungssystems, je nach Ausstattung.

4.    Arten von Blank-PCBs:

1.    FR-4

Die am häufigsten verwendete Blank-PCB ist die FR-4-PCB. FR-4 ist kein Material, sondern bezeichnet die Flammschutzklasse 4. Eine FR-4-PCB ist eine epoxidharzgebundene Glasfaser-Leiterplatte mit Flammschutzklasse 4. Die zwischen den Kupferschichten befindlichen Prepreg-Schichten bestehen ebenfalls aus Epoxidglasfaser und sind teilgehärtet.

FR-4-Blank-PCBs lassen sich leicht herstellen und sind kostengünstiger als andere PCBs mit gleicher Lagenanzahl und Schaltungskomplexität.

2.   Metallkern-PCB

Zu den Metallkern-PCBs gehören Leiterplatten mit Kupfer- oder Aluminiumkern. Sie werden hauptsächlich für LED-Beleuchtung und andere Leistungsanwendungen eingesetzt, da sie eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als FR-4-Kerne bieten.

3.    Rigid-Flex PCB

Flexible oder Rigid-Flex-PCBs sind leere Leiterplatten auf Basis von PI oder PET, die gebogen werden können. Rigid-Flex-PCBs sind spezielle flexible Leiterplatten, bei denen FR-4-Lagen auf die flexiblen Bereiche laminiert sind.

4.    Hochfrequenz-PCB

Eine Hochfrequenz-PCB ist eine Leiterplatte für Hochgeschwindigkeits- und HF-/Mikrowellenanwendungen. Diese PTFE-basierte Blank-PCB wird zum Senden und Empfangen hochfrequenter Signale eingesetzt. Von Radarsystemen über Kollisionsvermeidung, GPS, Mobiltelefone bis hin zu Raketensystemen finden Hochfrequenz-PCBs Anwendung in Antennen, Radaren und ähnlichen Systemen.

5.    Designrichtlinien für Mixed-Signal-Bare-PCBs:

Bereichstrennung: Beim PCB-Routing sollten analoge Signale von Taktsignalen getrennt werden. Zwischen beiden Bereichen sollte ein Abstand von 20H eingehalten werden, wobei H den Abstand zwischen der obersten Lage und der darunterliegenden Masse-Rückführungsschicht bezeichnet.

Impedanzanpassung: Beim Abschluss des PCB-Designs muss sichergestellt werden, dass die Leiterplatte eine gleichmäßige Impedanz und geringe elektromagnetische Störungen aufweist. Dies reduziert Signalreflexionen und gewährleistet eine gute Signalintegrität.

6.    Vorteile der Verwendung von Blank-PCBs:

Zunächst ermöglicht eine Blank-PCB Designern, Schaltungen kostengünstig zu testen und neue Ideen auszuprobieren. Sobald die Schaltung optimiert ist, wird sie auf eine vollständig bestückte Platine übertragen. Zweitens werden Bare-PCBs häufig von DIY-Elektronik-Enthusiasten verwendet, da sie von Grund auf neu gefertigt werden können, wenn eine Standard-PCB den Designanforderungen nicht entspricht.

Hier einige der wichtigsten Vorteile:

Die Vielfalt und Anpassungsfähigkeit von Blank-PCBs sind eine zentrale Säule der modernen Elektronikfertigung. Sie bilden die Grundlage des Schaltungsdesigns und bieten eine stabile Basis für innovative elektronische Produkte.

Blank PCB Testing:

Form und Größe: Auch wenn es selten vorkommt, kann eine Bare-PCB bereits vor der Bestückung Fehler aufweisen. Ein Versagen der Leiterplatte als mechanisches Grundgerüst nach der Montage kann zu zahlreichen Problemen führen.

Fertigungsfehler: Zu den häufigsten Problemen zählen Unterätzung, Überätzung und fehlerhafte Bohrungen. Selbst kleinste Defekte können zu Fertigungsfehlern führen. Mit zunehmender Nachfrage nach Multilayer-PCBs aufgrund steigender Bauteildichte wird das Testen von Bare-PCBs immer wichtiger.

Sind die Bauteile die Organe und Muskeln einer Leiterplatte, dann ist die Bare-PCB ihr Skelett. Da Bauteile oft teuer und kritisch sind, hilft ein stabiles Grundgerüst, langfristige Verluste hochwertiger Komponenten zu vermeiden.

Fazit

Blank-Leiterplatten sind die Grundlage aller elektronischen und elektrischen Geräte und Produkte. Mit Diensten wie JLCPCB ist die Herstellung kundenspezifischer Blank-PCBs einfacher denn je. Mit nur einer Designdatei und wenigen Konfigurationsschritten können Anwender ein digitales Schaltungslayout in eine reale, produktionsreife Leiterplatte umwandeln.

Ob professioneller Ingenieur oder Elektronik-Enthusiast – das Verständnis und der Einsatz von Blank-PCBs sind grundlegend für eine erfolgreiche Hardwareentwicklung. Wenn Sie Fragen zu Blank- oder Bare-PCBs haben, etwa zu Stackup, Lagenaufbau oder Designaspekten, wenden Sie sich bitte an das Support-Team von JLCPCB.