Der Raspberry Pi zählt heute mit zu den bekanntesten Computersystemen, wenn es um Einplatinencomputer geht. Hier kommt eine Platine zum Einsatz, die bereits ab Werk mit allen wichtigen Komponenten wie Prozessor, Grafikchip, Speicher und Schnittstellen ausgestattet ist. Nur das Netzteil ist separiert. Das bietet den Vorteil den Einplatinencomputer direkt einsetzen zu können, da das Zusammensetzen der Hardware entfällt. Durch die kompakten Abmessungen ist der Rechner mobil und flexibel einsetzbar.
Ein System mit aufeinander abgestimmten Komponenten
Einplatinencomputer sind auch in vielen Geräten des täglichen Gebrauchs enthalten. Diese eingebetteten Systeme finden sich zum Beispiel in Kühlschränken, Waschmaschinen oder Mobiltelefonen. Da die elektronischen Baugruppen schon bei der Herstellung zusammengefügt werden, ist eine genaue Abstimmung des Systems möglich. So kann der Entwurf eines Einplatinencomputers zusammen mit dem Hersteller angepasst und optimiert werden, bevor die Serienproduktion beginnt. Je nach Einsatzgebiet kann das System zum Beispiel gezielt für einen geringen Energieverbrauch oder eine verbesserte Leistung ausgerichtet werden.
Wie werden Einplatinencomputer hergestellt?
Die Produktion von Einplatinencomputern erfolgt in zwei Schritten. Zuerst wird ein Rohling der Platine mit den notwendigen Bohrungen und Leiterbahnen erstellt (PCB Manufacturing). Dabei ist die Qualität des Ausgangsmaterials entscheidend. Das Substrat für den Platinenkern besteht meistens aus Epoxidharz. Dieses wird mit Kupfer beschichtet, was die Grundlage für spätere leitfähige Verbindungen bildet. Danach wird ein spezieller Lack aufgetragen, der unter UV-Licht gehärtet wird. Der Lack bildet eine Schutzschicht und verhindert, dass das Kupfer später oxidiert. Nach dem Auftragen aller Schichten werden die Bohrungen für die vorgesehenen Bauelemente und Komponenten angefertigt.
Vom Platinenrohling zum Einplatinenrechner
Im zweiten Schritt werden die einzelnen elektrischen Bauteile mit der erstellten Platine verbunden (PCB Assembly). Vor dem Anbringen der Bauteile wird die Platine zunächst mit Lötpaste bedruckt. Um Kurzschlüsse zu verhindern werden auch Öffnungen gefüllt, die vor allem in der Nähe von Befestigungspunkten für elektrische Komponenten auftreten. Ein Aushärteofen sorgt dann für eine zuverlässige Kontaktbildung. Nach einer erneuten Überprüfung wird die Platine mithilfe einer Bestückungsmaschine mit den elektronischen Komponenten ausgestattet. Wenn alle Elemente wie Dioden, Kondensatoren und Chips bis hin zum Hauptprozessor ihren Platz gefunden haben wandert die Platine noch einmal in den Aushärteofen. Bei Temperaturen zwischen 250 und 480 ° Celsius wird das Lötmittel zuerst kurz zum Schmelzen gebracht. Danach beginnt die Aushärtephase, die für eine feste Verbindung aller Kontakte sorgt. Dadurch verändert sich die räumliche Anordnung der Atome in der Lötpaste, sodass sie besonders hart und belastbar wird. Am Ende findet ein umfangreicher Funktionstest statt, bei dem alle Bestandteile des Einplatinencomputers noch einmal überprüft werden.
Hohe Präzision bei der Herstellung erforderlich
Beide Fertigungsprozesse erfordern eine hohe Genauigkeit. Kleinste Abweichungen oder Materialfehler können schnell zu einem unbrauchbaren System führen. So kann beispielsweise eine Überbrückung auftreten, wenn zu viel Lötpaste aufgetragen wurde. Diese kann so klein sein, dass sie mit bloßen Auge nicht erkennbar ist und nur mit entsprechender Technik erfasst werden kann.
Einplatinencomputer sind überall im Einsatz
Einplatinenrechner werden als Steuerungsplatinen für unterschiedlichste Bereiche genutzt. So ist die Verwendung als persönlicher Musik-Streaming-Client oder als Steuerungseinheit in einem Quadrocopter möglich. Darüber hinaus sind Einplatinencomputer als Media Center für das Heimkino, Wetterstation oder als Basis für einen UKW-Radiosender nutzbar. Die Funktionen von Serversystemen können mit modularen Einplatinencomputern erweitert werden. Als eingebettete Systeme übernehmen sie zahlreiche Steuerungsfunktion in Flugzeugen und in der Medizintechnik. Auch PKWs, Fernseher, WLAN-Router und Set-Top-Boxen beinhalten einen Einplatinencomputer. Oft wird Linux bzw. Android als Betriebssystem verwendet.
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