Die Lagenzuordnung einer 4-Lagen-Leiterplatte ist bekannt: Signal, Masse, Versorgung, Signal. Mit dieser Tabelle muss der Hersteller aber noch etwas anderes entscheiden: aus welchen Materialien die vier Kupferlagen verpresst werden. Üblich sind zwei Varianten, der Folienaufbau und der Kernaufbau. Von außen sehen beide gleich aus, doch jede Dielektrikumsschicht hat eine andere Herkunft. Damit unterscheiden sich auch Dickentoleranz, Impedanzstabilität und wählbare Kupferstärken.
Zur Lagenzuordnung siehe 4, 6 oder 8 Lagen im Vergleich. Hier geht es nur um den physischen Aufbau.
Die beiden Aufbauten im Vergleich
| Merkmal | Folienaufbau | Kernaufbau |
|---|---|---|
| Materialien | 1 Kern (L2/L3) + Prepreg beidseitig + Außenlagen-Kupferfolie | 2 Kerne (L1/L2, L3/L4) + Prepreg in der Mitte |
| Dielektrikum L1–L2 und L3–L4 | Prepreg, Dicke nach dem Verpressen | Kern, Lieferdicke |
| Dielektrikum L2–L3 | Kern, Lieferdicke | Prepreg, Dicke nach dem Verpressen |
| Herkunft Außenkupfer | Separat gewählte Folie | Kaschierung des Kerns |
| Vor dem Pressen strukturierte Lagen | L2, L3 | L2, L3 (je auf einem Kern) |
| Pressvorgänge | 1 | 1 |
| Verbreitung | Standardaufbau für 4 Lagen | Nur mit konkretem Grund |
Folienaufbau: Prepreg bestimmt das Außendielektrikum
Beim Folienaufbau liegen L2 und L3 auf einem Kern. Beidseitig folgt Prepreg, darauf die Außenlagen-Kupferfolie, und alles wird in einem Zyklus verpresst.
Entscheidend ist: Die Prepregdicke nach dem Pressen ist kein Festwert. Harz fließt in die Lücken zwischen den Strukturen von L2 und L3. Je geringer der Restkupferanteil der Innenlage, desto mehr Harz wird verbraucht und desto dünner bleibt das Dielektrikum. Die Abstände L1–L2 und L3–L4 hängen also von der Kupferverteilung der Innenlagen ab.
- Ist L2 eine volle Massefläche und L3 eine dünn belegte Signallage, füllen beide Seiten unterschiedlich, und oberes und unteres Außendielektrikum weichen voneinander ab.
- Genau dieser Abstand ist die Referenzhöhe der Microstrip-Leitungen auf L1 und L4 und wirkt direkt auf deren Impedanz.
- Vorteil: Die Außenlagen-Kupferfolie ist unabhängig von der Kernkaschierung wählbar.
Kernaufbau: der Kern bestimmt das Außendielektrikum
Der Kernaufbau nutzt zwei Kerne. L1/L2 liegen auf dem einen, L3/L4 auf dem anderen, Prepreg verbindet L2 mit L3.
- Die Dielektrika L1–L2 und L3–L4 sind Kernmaterial mit Lieferdicke, unabhängig von der Harzfüllung. Die Referenzhöhe der Außen-Microstrips ist dadurch stabiler.
- Die Schwankung wandert nach L2–L3: Das mittlere Prepreg muss die Strukturen von L2 und L3 gleichzeitig füllen. Das ist meist der Abstand Masse–Versorgung und für die Signalimpedanz weniger kritisch.
- Außenkupfer ist nur die Kernkaschierung; die Kupferstärke hängt von verfügbaren Kernen ab. Siehe Verfügbarkeit von Kernen und Prepregs.
Impedanz: welcher Abstand zählt mehr
Impedanzkontrollierte Leitungen liegen bei 4 Lagen meist als Microstrip außen, referenziert über L1–L2 und L3–L4.
- Im Folienaufbau ist dieser Abstand Prepreg und hängt vom Restkupfer der Innenlagen ab. Der Hersteller schätzt die Pressdicke aus der Kupferverteilung und rechnet die Leiterbreite zurück.
- Im Kernaufbau ist dieser Abstand Kern; es bleibt nur die Liefertoleranz.
- Beide Aufbauten sind impedanzfähig. Die Standardtoleranz bei SKPCB beträgt ±10 %; ±5 % erfordern eine technische Prüfung, die auch die Aufbauwahl einschließt. Siehe Impedanztoleranzklassen.
Symmetrie und Verwölbung
Materialseitig sind beide Aufbauten oben und unten symmetrisch. Das eigentliche Verwölbungsrisiko kommt aus der Kupferverteilung:
- Im Folienaufbau führen stark unterschiedliche Restkupferanteile auf L2 und L3 zu ungleicher Harzfüllung, also zu asymmetrischem Dielektrikum und Spannungen.
- Im Kernaufbau erzeugen stark unterschiedlich belegte Kerne L1/L2 und L3/L4 dieselbe Asymmetrie.
- Die Abhilfe ist identisch: Ausgleichskupfer und ausgewogene Belegung. Siehe Kupferbalance und Verwölbung bei Multilayern.
Lagenaufbau-Tabelle: Aufbau vorgeben oder Absicht?
| Was übergeben wird | Passend für | Risiko |
|---|---|---|
| Nur Enddicke, Kupferstärken außen/innen, Impedanzziele | Die meisten 4-Lagen-Boards | Hersteller wählt Folienaufbau und rechnet Dielektrika aus der Impedanz zurück |
| Zieldicke je Dielektrikum + Impedanzziele | Impedanzkontrolliert, Simulation auf festen Dicken | Dicke und Impedanz müssen zugleich erreichbar sein, sonst folgt eine EQ zur Priorität |
| Aufbau (Folie/Kern) + konkrete Kerndicke | Außendielektrikum muss fix sein oder Aufbau ist kundenseitig qualifiziert | Engere Materialwahl, Verfügbarkeit und Kosten betroffen |
Empfehlung: Ohne harten Grund die Absicht übergeben (Dicke, Kupfer, Impedanzziele, Referenzlagen), den Hersteller den Aufbau wählen lassen und den zurückgesandten Lagenaufbau freigeben. Wird der Aufbau festgelegt, Typ und Grund in die Tabelle schreiben, damit nicht auf den Standard-Folienaufbau zurückgestellt wird.
Vor der Freigabe festlegen
- Enddicke und Toleranz (SKPCB-Bereich 0,2–6,0 mm); wie sich die Dicke aufsummiert, zeigt Leiterplattendicke und Toleranz im Aufbau
- Kupferstärke je Lage, außen mit Angabe Basis- oder Endkupfer
- Impedanzlagen, Referenzlagen, Zielwerte und Toleranz
- Darf der Hersteller den Aufbau wählen? Falls nein: Typ und Grund
- Ist das Innenkupfer bereits ausgeglichen oder darf Ausgleichskupfer ergänzt werden?
- Freigabeschleife: Fertigung erst nach unterschriebener Lagenaufbau-Zeichnung
Zusammenfassung
Folien- oder Kernaufbau bei 4 Lagen heißt im Kern: Welcher Dielektrikumsabstand wird durch Liefermaterial fixiert und welcher entsteht beim Pressen? Für stabile Außen-Microstrips ist der Kernaufbau der direkte Weg, für frei wählbares Außenkupfer der Folienaufbau der Standard. Meist genügt die Absicht plus Freigabe des Herstelleraufbaus. Fähigkeiten zeigt die Multilayer-Produktseite; den Lagenaufbau zur Prüfung über die Angebotsseite einreichen.
FAQ
F: Lässt sich Folien- von Kernaufbau von außen unterscheiden?
A: Nein. Aussehen, Lagenzahl und Dicke sind gleich. Der Unterschied zeigt sich nur im Schliffbild: ob ein Abstand Kern oder Prepreg ist.
F: Welcher Aufbau ist üblicher?
A: Der Folienaufbau ist Standard bei 4 Lagen: ein Kern trägt L2/L3, außen liegt Folie, die Außenkupferstärke ist frei wählbar.
F: Welcher Aufbau bei engen Impedanzanforderungen außen?
A: Der Kernaufbau, weil das Außendielektrikum Lieferdicke hat und nicht von der Harzfüllung abhängt. Auch der Folienaufbau ist impedanzfähig; der Hersteller schätzt die Pressdicke aus dem Restkupfer.
F: Muss die Lagenaufbau-Tabelle den Aufbautyp nennen?
A: Nein. Meist reichen Dicke, Kupfer, Impedanzziele und Referenzlagen, der Hersteller schickt den Aufbau zur Freigabe. Den Typ nur vorgeben, wenn das Außendielektrikum fix sein muss.
F: Welche Impedanztoleranz hält SKPCB?
A: Standard ±10 %; ±5 % nach technischer Prüfung, bei der auch Aufbau und Dielektrika bestätigt werden.
F: Brauchen beide Aufbauten Kupferausgleich?
A: Ja. Das Verwölbungsrisiko kommt hauptsächlich aus asymmetrischer Kupferverteilung, unabhängig vom Aufbau.