Design von Dickkupferleiterplatten

Die Anforderungen an Leiterplatten haben sich im Verlauf der letzten Jahre deutlich verändert. So werden einerseits Anwendungen benötigt, die zur Miniaturisierung der Leiterbildstrukturen führen, andererseits sollen aber auch in komplexeren Baugruppen höhere Stromstärken realisiert und erhöhte Wärmeeintragungen in die Leiterplatte kostengünstig abgeführt werden können. Als Lösung dafür bietet sich z.B. der Einsatz von Dickkupferleiterplatten an. Unser Kooperationspartner G&W Leiterplatten Dresden, stellt wesentliche Randbedingungen für das Layout Design vor.

Dickkupferboard

Ab einer Basiskupferstärke von 70µm kann man von Dickkupferleiterplatten sprechen, und in Abhängigkeit von Kupferdicke und Lagenaufbau müssen spezielle Entwurfsregeln beachtet werden. Leiterplatten mit bis zu 400µm Kupferstärke sind noch in Serie mit einem vertretbaren Aufwand herstellbar.

Layoutrichtlinien
Entscheidend für die Serienreife derartiger Leiterplatten ist die Einhaltung von Layoutrichtlinien, die sich aufgrund der Technologie bei der Fertigung der Leiterplatten ergeben. Dies betrifft eine Vielzahl von Kriterien, von den Leiterbahnbreiten und -abständen bis zum Lagenaufbau bei Multilayer Leiterplatten.

Hierzu – ohne Anspruch auf Vollständigkeit – einige Layoutrichtlinien für ausgewählte Basiskupferstärken und für einen Standardprozess:

Basiskupferdicke	70µm	105µm	175µm	210µm	400µm
kleinste Leiterbahnbreite am Fuß	200µm	250µm	350µm	400µm	700µm
kleinster Leiterbahnabstand	200µm	250µm	300µm	350µm	500µm
Lötstopplack-Freistellung, umlaufend	75µm	75µm	100µm	150µm	200µm
kleinster Bohrungsdurchmesser (bezogen auf LP-Dicke von 1,6 mm )	0,2mm	0,2mm	0,25mm	0,3mm	0,35mm
Durchmesser Lötaugen (Restring Forderung ≥50µm)	Bohrdurch- messer +400µm	Bohrdurch- messer +500µm	Bohrdurch- messer +600µm	Bohrdurch- messer +700µm	Bohrdurch- messer +1100µm
Abstand Layout zu Fräskontur	250µm	300µm	375µm	400µm	600µm

Auf den Dickkupferlagen sollte das Kupfer möglichst homogen verteilt, ein maximaler Flächenanteil mit Kupfer geflutet sein. Außerdem sind einzeln stehende Leiterbahnen zu vermeiden.

Besonderheiten bei Multilayer Leiterplatten
Bei der Definition der Kupferdicken im Lagenaufbau ergeben sich Gestaltungsspielräume für den Leiterplatten-Designer; dabei müssen jedoch Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Optionen bekannt sein.

	Innenliegendes Dickkupfer	Dickkupfer auf Außenlagen

Abschirmung der Signallagen		sehr gut
begrenzte Layoutmöglichkeiten	auf den Innenlagen	auf den Außenlagen
Stopplackprozess	Standard	erhöhter Aufwand bei der Leiterplattenherstellung
Wärmeleiteigenschaften	hohe Wärmespeicherung innerhalb der Leiterplatte	sehr gut
Bauteil Padgeometrien		Die Kupferschichtdicke begrenzt den minimal möglichen Padabstand und damit den Einsatz von Bauformen
Dicken der Prepreg Isolatorlagen	Größere Kupferdicken erfordern im allgemeinen dickere Prepreg Isolatorlagen, um einen ausreichenden Verfüllungsgrad der Kupferzwischenräume mit Harz zu gewährleisten

Um die optimale Ausführung für die jeweilige Anwendung zu ermitteln, müssen die Auswirkungen des Einsatzes von dickem Basiskupfer auf die Herstellkosten der Leiterplatte berücksichtigt werden.
Wirtschaftliche Aspekte sind:

Reduzierung der Bohrpaketierung in Relation zur Kupferstärke
Geringere Ätzgeschwindigkeit bei höheren Kupferdicken – längerer Fertigungsprozess
Eine mehrfache Stopplackbeschichtung ist notwendig, um die abzudeckenden Kupferflanken sicher zu schließen
Reduzierte Paketierung beim Pressen
Erhöhter Handlingsaufwand, da automatisierte Transporttechnik aufgrund des Plattengewichtes oft nicht mehr nutzbar ist

Zur effektiven Optimierung der technischen und kaufmännischen Anforderungen empfiehlt sich schon im Entwurfsstadium eine enge Zusammenarbeit zwischen Layout-Designer und Leiterplattenhersteller.

Wenn Sie Fragen haben, nehmen Sie bitte Kontakt mit mir auf.

Roland Kuntzsch
G&W Leiterplatten Dresden
Tel. +49 (0)351 40023-22
r.kuntzsch@lp-dd.de
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