Platine mit bedrahteten Bauteilen

Entstehungsgeschichte der Leiterplatte

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Die Anfänge

Die Geschichte der Leiterplatte kann mittlerweile auf einige Jahre der Entwicklung zurückblicken. Wurden in den Anfängen der elektronischen Schaltungstechnik die Verbindungen noch fliegend und frei verdrahtet, sind Ansprüche und Anforderungen auf dem Gebiet der Leiterplattentechnik selbstverständlich mit der allgemeinen technischen Entwicklung gewachsen. Frühere erste Schaltungen bestanden zumeist noch aus wenigen einzelnen Bauteilen wie Potentiometern, Drehkondensatoren, Fassungen für Elektronenstrahlröhren und Schaltern. Diese wurden mittels Einzeldrähten an deren Lötösen miteinander kontaktiert. Auch die Größe solcher Bauteile war nicht mit heutigen Maßstäben vergleichbar – normierte und standardisierte Bauteilgehäuse gab es in dem Sinne noch nicht. Trotz allem fing man schon früh an, Bauteile möglichst rechtwinklig auszurichten, um ein aufgeräumtes Gesamtbild zu erzeugen.

Um eine gewisse Effizienz in der Herstellung zu ermöglichen ersetzte man die Einzeladern oder Kabelstränge frühzeitig durch vorgestanzte Metallschienen. Diese entsprechen den heutigen Leiterzügen und wurden auf Hartpapier aufgenietet. Diese Technik wird in einer abgewandelten Form auch heute wieder mehr und mehr eingesetzt. Man versucht durch sogenannte Inletts (verpresst zwischen den Prepregs) die Stromtragfähigkeit einer Leiterplatte zu erhöhen und so den gewachsenen Ansprüchen der Leistungselektronik gerecht zu werden. Aber zurück zur Entstehungsgeschichte der Leiterplatte. Die Bauelemente der damaligen Zeit wurden mittels Blechfedern auf die vorgestanzten Leiterzüge fixiert – eine lötfreie Verbindung. Paul Eisler (Wiener Elektronik-Ingenieur) war es schließlich, der sich 1943 das Prinzip der gedruckten Leiterplatte patentieren lies. Doch es sollte noch etwas Zeit verrinnen, bis die Leiterplatte letztendlich ihren wahren Nutzen unterstreichen sollte. Durch die einsetzende Miniaturisierung der Bauteile (welche wahrscheinlich noch lange nicht abgeschlossen sein wird), nahm die Bedeutung der Leiterplattentechnik immens zu. Zirka 1950 sollte es soweit sein. Der Bedarf an einer effizienten Herstellung elektronischer Schaltungen wuchs von Jahr zu Jahr. Viele der heutigen Praktiken gab es noch nicht in der Form, wie sie heute als selbstverständlich angenommen werden. Oftmals wurden die Anschlussbeine der Bauelemente noch nicht einmal gebogen. Bauteile wurden beispielsweise zwischen zwei zueinander parallel angeordneten Einzelleiterplatten miteinander verbunden. Dazwischen wurden die Bauteile angebracht. Seitdem hat sich viel getan. Man erschloss sich das Gebiet der Durchkontaktierung. Zu Beginn bewerkstelligte man Verbindungen zwischen Bauteil- und Lötseite (damals hatten diese Layerbezeichnungen durchaus ihre Berechtigung) durch das Verlöten eingepresster Stifte und Nieten. Diese Methode wird durchaus auch noch heute bei Prototypen oder im heimischen Bastlerkeller verwendet. Etwa 10 Jahre später (ca. 1960) wurden diese Verbindungen erstmals durch chemische Verfahren (chemische Metallisierung der Lochwände von Bohrungen) umgesetzt. Ein großartiger Durchbruch, welcher bis heute essentiell ist.

Es war die Zeit für vielerlei Fortschritte. Abseits der Leiterplatte entwickelten sich auch die der fertigen Leiterplatte vorausgehenden Arbeitsschritte. Den jüngeren Lesern sollte klar sein, dass es eine Zeit gab, in der nicht in jedem Raum ein Computer stand oder man sich eine Layoutsoftware kostenlos aus dem Internet herunterladen konnte. Die ersten Layouts waren pures Handwerk. Vielleicht kennt der eine oder andere jüngere Leser noch die Ausdrucke eines Layouts auf Pergamentpapier. Diese entsprechen den heutigen Gerberdateien der einzelnen Lagen. Früher wurden diese Ausdrucke mit Tusche von Hand gezeichnet. Später erleichterte man sich dies, in dem man vorgefertigte Symbole / Footprints in Klebetechnik aufbrachte. Komplette und durchaus auch komplexe Schaltungen wurden auf diese Weise zusammengesetzt. Wenn man so will, repräsentieren die Klebesymbole eine heutige Bauteilbibliothek. Mit dem Einzug der Computertechnik und einhergehender Softwareentwicklung, entstanden auch hier Tools, welche die Arbeit für den Layouter fortan erleichterte.

Schlussendlich kann man sagen, dass die Geschichte der Leiterplatte ein interessantes Teilstück des technischen Forstschrittes ist. Viele der damaligen Techniken aus den Anfängen werden heutzutage in modernerer Form erneut verwendet. Natürlich hat die Leiterplatte sich entwickeln müssen, um den aktuellen Anforderungen gerecht zu werden. Es muss jedoch auch klar sein, dass es ohne die Leiterplatte keine Weiterentwicklung in der Computertechnik gegeben hätte. Ohne die Entwicklung in der Materialwirtschaft (Materialien einer Leiterplatte), der hochentwickelten Prozesssicherheit bei der Herstellung und der effizienten Erstellung aller Fertigungsdaten, hätte es wohl kaum einen derartigen Sprung in der elektronischen Schaltungsentwicklung geben können. Die Evolution bestimmter Laminate und Materialien ermöglichte es erst eine Datenkommunikation wie beispielsweise USB oder SPI störungsfrei unter Beachtung der EMV-Gesetze zu realisieren und störungsfrei zu betreiben (Stichwort Impedanzkontrollierter Lagenaufbau). Wie sollte man sonst heutige Datenraten erreichen können, ohne den Einfluss aller daran beteiligten Materialien zu kennen und beeinflussen zu können. Die Entwicklung im Bereich der Realisierung von Mikrostrukturen auf einer Leiterplatte ermöglicht erst die Herstellbarkeit und den Bau heutiger elektronischer Produkte.
Der Leser könnte den Eindruck gewinnen, dass die Leiterplatte ihren Entwicklungszenit erreicht hätte. Diesen Gedanken kann man getrost verwerfen. Es ist immer noch ein Prozess, welcher unbändig nach Neuerungen ruft und ständig an moderne Technologien angepasst werden muss oder diese sogar erst hervorbringt. Man kann gespannt sein, wohin sich die Leiterplatte entwickeln wird. Mit Sicherheit wird einmal die Zeit reif dafür sein, dass die Herstellung so einfach ist, wie ein Ausdruck eines Formulars. Der LP-Designer kann sich auf viele Weiterentwicklungen innerhalb dieser Technologie freuen.

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