7 Haupttypen von Leiterplatten: Unterschiede, Aufbau und typische Anwendungen

Gedruckte Leiterplatten (Printed Circuit Boards, PCBs) gibt es in vielen Ausführungen – abhängig von Aufbau, Material und Einsatzgebiet.
Von den einfachsten einseitigen Platinen bis hin zu hochentwickelten Backplanes und Starrflex-Schaltungen unterscheiden sich die PCB-Typen in Kosten, Zuverlässigkeit, Verdrahtungsdichte und Fertigungskomplexität.

Dieser Leitfaden erklärt die gebräuchlichsten Arten von Leiterplatten, ihren Aufbau und die typischen Einsatzfälle.

Einseitige und zweiseitige Leiterplatten

1. Einseitige Leiterplatte (Single-Sided PCB)

Eine einseitige Leiterplatte besitzt leitfähige Kupferbahnen nur auf einer Seite; die andere Seite besteht in der Regel aus einem isolierenden Substrat.
Sie ist die einfachste und wirtschaftlichste PCB-Variante.

Wesentliche Merkmale:

• Geringe Verdrahtungsdichte
• Einfache Fertigungsprozesse
• Sehr niedrige Kosten
• Begrenzte Funktionalität – für komplexe Schaltungen ungeeignet

Da alle Leiterzüge auf einer einzigen Fläche liegen, sind die Routing-Möglichkeiten eingeschränkt. Einseitige PCBs eignen sich daher für einfache Schaltungen mit wenigen Bauteilen.

Typische Anwendungen:

• Einfache Konsumelektronik
• Günstige Haushaltsgeräte
• Einfache Steuerungen

2. Zweiseitige Leiterplatte (Double-Sided PCB)

Eine zweiseitige Leiterplatte besitzt Kupferschichten auf beiden Seiten; Leiterzüge und Bauteile können auf Ober- und Unterseite platziert werden.
Die elektrische Verbindung zwischen beiden Seiten erfolgt über durchkontaktierte Bohrungen (PTH) bzw. Vias.

Wesentliche Merkmale:

• Höhere Verdrahtungsdichte als bei einseitigen Platinen
• Bestückung auf beiden Seiten möglich
• Moderate Kosten
• Ideal für Schaltungen mittlerer Komplexität

Häufige Materialien:

• Papier-/Harz-Basismaterial für Konsumelektronik
• Verlustarme PTFE-Lamine (Teflon) für HF- und Mikrowellen-Schaltungen

Typische Anwendungen:

• Konsumelektronik
• Fahrzeugelektronik
• HF- und Mikrowellensysteme

Einseitige und zweiseitige Leiterplatten sind für Massenprodukte die kosteneffizientesten PCB-Typen.

Mehrlagige Leiterplatte (Multilayer PCB)

Eine mehrlagige Leiterplatte enthält mehr als zwei Kupferschichten – typischerweise drei oder mehr – die unter Hitze und Druck miteinander verpresst werden.

Strukturelle Eigenschaften:

• Innenlagen sind über durchkontaktierte Vias verbunden
• Außenlagen dienen der Signal- oder Stromverteilung
• Durchgehende Versorgungs- und Masseflächen zur Rauschunterdrückung

Mehrlagen-PCBs verbessern Signalintegrität (SI), Power-Integrität (PI) und EMV-Verhalten (EMI/EMV) – und sind damit essenziell für hochdichte, hochschnelle Elektronik.

Übliche Lagenzahlen:

• 3 bis 50 Lagen – je nach Systemkomplexität

Materialaufbau:

• Glasfasergewebe, verstärkt mit Epoxid oder anderen Harzsystemen
• Bietet hohe thermische Stabilität, kontrollierte Dielektrizitätskonstante und chemische Beständigkeit

Typische Anwendungen:

• PCs und Server
• Netzwerk- und Kommunikationstechnik
• Hochgeschwindigkeits-Digitalsysteme
• Supercomputer

Die meisten komplexen Digitalsysteme setzen aus Leistungs- und Platzgründen auf mehrlagige PCBs.

Diskrete Verdrahtung / Multiwire-Leiterplatte

Die Multiwire- bzw. Leiterplatte mit diskreter Verdrahtung ist aus der Multilayer-Technik hervorgegangen und ersetzt geätzte Signallagen durch individuell geführte Drahtleiter.

Fertigung – Überblick:

1. Leistungs-/Versorgungsebenen werden auf beiden Substratseiten geätzt.
2. Halbgehärtete, klebende Prepregs werden beidseitig laminiert.
3. Diskrete Drähte/Leiter werden gemäß Layout in die Klebeschichten eingebettet bzw. eingewalzt.
4. Eine zweite Laminatschicht wird aufgebracht; anschließend Verpressen, Bohren und Endbearbeitung wie bei einer Standard-Multilayer-Platine.

Kerneigenschaften:

• Elektrisch mit Multilayer-PCBs vergleichbar
• Signallagen werden durch Drahtlagen ersetzt
• Geeignet für hochdichte Verdrahtung mit hohen Isolationsanforderungen

Die Auslegung erfordert spezialisierte CAD-Werkzeuge zur exakten Drahtpfad-Generierung. Das Verfahren erlaubt flexibles Routing und schnelle Designänderungen, ist jedoch für die Serienfertigung weniger praktikabel (höhere Komplexität und Kosten).

Bewertung:

• Prototyping: kurze Durchlaufzeiten, geringe Werkzeugkosten
• Serie: klassische Multilayer-PCBs sind wirtschaftlicher und konsistenter herzustellen

Hybride Leiterplatten (Hybrid Circuit Boards)

Hybride Leiterplatten kombinieren keramische Substrate mit gedruckten Widerständen und SMD-Bauteilen und schlagen so die Brücke zwischen PCB- und Dickschicht-Technologie.

Typischer Aufbau:

• Keramikbasis ein- oder zweiseitig
• Oberflächenmontierte aktive Bauteile
• Widerstandsnetzwerke mittels Metallpasten gedruckt

Vorteile:

• Kompakte Bauform
• Hervorragende thermische und dimensionsstabile Eigenschaften
• Hohe Zuverlässigkeit für Miniatur-Designs

Typische Anwendungen:

• Hörgeräte
• Miniaturisierte Medizingeräte
• Spezialisierte, kompakte Elektronik

Flexible Leiterplatte (Flexible PCB, FPC)

Flexible Leiterplatten entstehen durch Laminieren von Kupferfolie auf ein flexibles Substrat wie Polyimid (PI) oder Aramidfaser-Folien.
Sie lassen sich biegen, falten oder verdrehen – bei durchgängiger elektrischer Verbindung.

Strukturelle Merkmale:

• Als ein-, zwei- oder mehrlagige Ausführung erhältlich
• Ersatz für klassische Kabelbäume
• Geringes Gewicht und platzsparend

Vorteile:

• Weniger Steckverbinder und Verbindungsfehler
• Geringerer Montageaufwand / mehr Bauraum
• Bessere mechanische Flexibilität und Zuverlässigkeit

Typische Anwendungen:

• Kameras
• Drucker und Laufwerke
• Luft- und Raumfahrt-Elektronik
• Videorekorder

Starrflex-Leiterplatte (Rigid-Flex PCB)

Eine Starrflex-Platine kombiniert starre und flexible Lagen zu einer einzigen, durchgängig leitfähigen Struktur.
Der flexible Bereich wird zuerst gefertigt und anschließend in den starren Bereich einlaminiert.

Prozessmerkmale:

• Durchgehende elektrische Verbindungen zwischen starren und flexiblen Zonen
• Verzicht auf zusätzliche Stecker und Kabel

Hauptvorteile:

• Höhere Zuverlässigkeit und kompakter Aufbau
• Vereinfachte Montage
• Verbesserte mechanische Integrität

Typische Anwendungen:

• Avionik und Luftfahrt
• Mobile Elektronik (z. B. Laptops, faltbare Geräte)

Kostenaspekte:

• Teurer als separate starre Leiterplatten plus Kabel
• Bietet in hochzuverlässigen Anwendungen überlegene Systemleistung

Backplane-Leiterplatte

Eine Backplane ist eine spezialisierte mehrlagige Leiterplatte für hochdichte System-Interkonnektivität und Leistungs-/Stromverteilung.

Strukturelle Merkmale:

• Zahlreiche Press-Fit-Steckverbinder
• Mehrere integrierte Versorgungsebenen
• Ausgelegt für hohe Gleichstrom-Verteilung

Leistungsbereitstellung:

• Interne Power-Planes sind in die Struktur einlaminiert
• Externe Stromschienen (Busbars) oder Bolzen (Studs) kontaktieren die Außenflächen

Fortgeschrittene Backplanes integrieren teils SMD-Aktivbauteile (z. B. ICs) zur Funktions- und Signalkontrolle.
Die große Fläche und Dicke stellen jedoch erhebliche Fertigungsanforderungen: Die hohe thermische Masse erschwert das Löten feinrastiger Bauteile und erfordert präzise Temperaturführung sowie spezialisierte Montageprozesse für hohe Zuverlässigkeit.

FAQ: PCB-Typen

Fazit

Von einseitigen Platinen bis hin zu Starrflex-Designs und Backplanes bietet die Bandbreite der Leiterplatten-Typen Ingenieur*innen flexible Möglichkeiten, Leistung, Kosten und Fertigbarkeit auszubalancieren.
Das Verständnis der verschiedenen Arten von Leiterplatten ist entscheidend, um Substrat, Lagenaufbau und Interconnect-Strategie für moderne Elektronik richtig zu wählen.