„1 oz Außenkupfer" beantwortet die Frage nicht
Die häufigste Datenlücke bei HDI-Anfragen ist keine fehlende Datei, sondern eine Kupferdicke, die als einzelne Zahl angegeben wird. Eine Lagenaufbau-Tabelle mit „Außen 1 oz, Innen 0,5 oz" sieht vollständig aus, dennoch muss die technische Klärung drei Fragen zurückstellen: Ist das die Basisfolie oder das Endkupfer nach der Galvanik? Welche Mindest-Lochwanddicke wird in den Microvias gefordert? Und nach welcher Stufe sollen die Feinleiterbereiche geätzt werden?
Der Grund ist struktureller Natur. Das Außenkupfer einer HDI-Leiterplatte ist keine feste Eigenschaft, sondern das Ergebnis eines Galvanikschritts – und dieser Schritt muss zwei gegenläufige Anforderungen gleichzeitig erfüllen. Die Microvia-Wände brauchen genügend Kupfer für die Verbindungszuverlässigkeit, und dickeres Wandkupfer bedeutet dickeres Oberflächenkupfer. Dickeres Oberflächenkupfer begrenzt wiederum die feinste sicher ätzbare Leiterbreite. Wer auf einer Zeichnung 2 mil Leiter und kräftiges Lochkupfer fordert, belastet damit denselben Prozessschritt zweifach.
Dieser Beitrag erklärt daher nicht, was HDI ist – die Prozessfolge steht im Beitrag HDI-Leiterplatten Fertigungsprozess. Er behandelt genau eine Sache: wie Aufbaustufe und die drei Kupfergrößen so vorgegeben werden, dass die Unterlagen im ersten Durchlauf freigegeben werden.
Drei Kupferwerte, nicht einer
Basiskupferfolie. Die Folienstärke auf Laminat oder Kern vor dem Verpressen. Sie ist die Eingangsgröße für Beschaffung und Lagenaufbau und der Ausgangspunkt der Ätzkompensation.
Endkupfer. Das gesamte Oberflächenkupfer nach chemischer Verkupferung und Galvanik. Es ergibt sich aus Basisfolie plus Galvanikschicht und wird nicht direkt vorgegeben, sondern aus dem geforderten Lochkupfer abgeleitet.
Lochwandkupfer der Microvias. Das Kupfer an der Microvia-Wandung. Von den drei Größen ist dies die einzige, die unmittelbar an der Zuverlässigkeitsabnahme hängt; hier greifen die Kriterien zur Lochwanddicke aus IPC-6012 und IPC-A-600.
Richtig ist auf der Zeichnung: ausdrücklich kennzeichnen, welcher Wert Basisfolie und welcher Endkupfer ist, und das Lochwandkupfer als Mindestwert angeben. Ein alleinstehendes „1 oz" erzwingt eine Rückfrage, und diese Schleife kostet einen Tag.
Der Zusammenhang in einem Satz: Sie geben das Mindest-Lochkupfer vor, die Technik rechnet über die Schichtverteilung auf die erforderliche Galvanikmenge zurück, daraus folgt das Endkupfer der Oberfläche, und dieses Endkupfer legt anschließend die minimale Leiterbreite fest. Die Reihenfolge ist einseitig. Man kann nicht zuerst das Endkupfer festlegen und dann prüfen, ob das Lochkupfer zufällig passt.
Die Aufbaustufe folgt dem Routing und wird dann gegen die Fertigungsstufe geprüft
Aufbaustufen werden als 1+N+1, 2+N+2 bis 5+N+5 geschrieben: die Zahlen vor und nach dem Plus sind die sequenziellen Aufbaulagen je Seite, N ist der konventionelle Mehrlagenkern in der Mitte. Die Stufe sollte nicht nach dem Prinzip „höher ist besser" gewählt werden, sondern nach der Fan-out-Tiefe: wie viele Lagen ein BGA-Pin nach innen überwinden muss, bis er herausgeführt werden kann.
Die veröffentlichte HDI Leiterplatten fertigen lassen nennt 4–20 Lagen, Aufbauten von 1+N+1 bis 5+N+5, Lage-zu-Lage-Registrierung ±25 μm und die Basismaterialien FR-4/BT/ABF. Die Fertigungsmöglichkeiten ergänzen die Stufenaufteilung: 1+N+1 bis 5+N+5 sind in Standard, Advanced und R&D verfügbar, Any-Layer-Verbindung dagegen nur in Advanced und R&D.
Dieser Unterschied wirkt früh. Braucht das Routing freie Verbindungen zwischen beliebigen Lagen, liegt das Projekt vom ersten Tag an bei Advanced oder höher – und damit richten sich auch Außenlagen-Leiterbreite, Laserbohrdurchmesser und Backdrill-Durchmesser nach den Advanced-Werten. Reicht umgekehrt 1+N+1 mit konventionellen Durchkontaktierungen für das Fan-out, gibt es keinen Grund, die gesamte Leiterplatte eine Stufe höher zu ziehen. HDI-Anforderungen über 20 Lagen sind ein bedingter Fall und müssen in der technischen Klärung bestätigt werden.
Außenkupfer und minimale Leiterbreite: ein sich gegenseitig begrenzendes Paar
In den drei Stufen der Fertigungsmöglichkeiten beträgt die minimale Außenlagen-Leiterbreite/-abstand 4/4 mil im Standard, 3/3 mil in Advanced und 2/2 mil in R&D; das maximale Außen- und Innenkupfer liegt bei 3 oz im Standard, 12 oz in Advanced und >12 oz in R&D. Der Gesamtbereich der Kupferdicke reicht von 0,5 oz bis >12 oz.
Diese beiden Zeilen dürfen nicht getrennt gelesen werden. Mehr Kupfer bedeutet mehr abzutragendes Kupfer, damit stärkeren Seitenabtrag und größeren Leiterbreitenverlust – und damit eine gröbere erreichbare Mindestleiterbreite. Das dickste Kupfer und die feinsten Leiter auf derselben Lage zu fordern, setzt zwei Extremwerte in einen Prozessschritt und funktioniert in der Regel nicht. Bei HDI liegt der Fall ohnehin umgekehrt: die Außenlagen führen Feinleiter (die Produktseite nennt 2/2 mil, Feinleiterstrukturen 3/3 mil), das Außenkupfer muss also dünn bleiben. Stromtragfähigkeit gehört auf Innenlagen oder dedizierte Versorgungslagen, nicht auf eine verdickte Außenlage.
Wo Feinleiter und Dickkupfer wirklich zusammen auftreten müssen, sind zonenweise Auslegung oder eine geänderte Lagenzuordnung die technischen Wege. Die Machbarkeit ist in der technischen Klärung zu bestätigen und nicht dadurch erledigt, dass beide Extremwerte auf der Zeichnung stehen.
Microvias, Lochkupfer und Aspektverhältnis
Die Laserbohrung geht bis 0,075 mm hinunter (Fertigungsmöglichkeiten: 0,1 mm im Standard, 0,075 mm in Advanced und R&D); die HDI-Produktseite nennt zusätzlich „Microvia-Durchmesser ≥0,1 mm" als Produktangabe. Der kleinste Bohrdurchmesser liegt bei 0,075 mm, die Durchmessertoleranz bei ±0,05 mm, die Positionsgenauigkeit bei ±0,025 mm, das maximale Aspektverhältnis bei 10:1.
Wie schwer sich das Lochkupfer realisieren lässt, hängt nicht am absoluten Durchmesser, sondern am Aspektverhältnis – dem Verhältnis von Lochtiefe zu Durchmesser. Je größer es ist, desto schwieriger der Elektrolytaustausch und desto schwerer erreicht die Lochmitte dieselbe Kupferdicke wie der Lochrand. 10:1 ist die Obergrenze für Durchkontaktierungen; Microvias selbst liegen üblicherweise weit darunter – genau deshalb lassen sie sich gleichmäßiger galvanisieren als lange Durchkontaktierungen. Gestapelte Microvias (stacked) addieren jedoch die wirksame Tiefe, sodass bei mehreren Stufen das Risiko ungleichmäßigen Lochkupfers deutlich steigt.
Aufbauwahl und Lochkupfer-Anforderung sind damit zwei Seiten derselben Sache: Wer mehr Aufbaustufen will, muss eine engere Kontrolle der Lochkupfer-Gleichmäßigkeit akzeptieren; wer die Lochkupfer-Anforderung entspannen will, sollte versetzte Microvias (staggered) anstelle gestapelter prüfen. Die prozessseitige Darstellung dazu steht im Beitrag HDI-Leiterplatten Fertigungsprozess.
Die Lage-zu-Lage-Registrierung von ±25 μm ist die zweite harte Randbedingung: das Microvia muss das Zielpad der darunterliegenden Lage treffen, und die Padgröße muss für diese Toleranz Reserve lassen. Ist das Pad zu klein gewählt, kann das Loch trotz einwandfreiem Lochkupfer aus der wirksamen Verbindungsfläche herauswandern.
Innenkupfer und Dielektrikumsdicke bestimmen gemeinsam die Impedanz
Impedanz ist keine Eigenschaft einer einzelnen Leitung. Sie wird von Leiterbreite, Leiterhöhe (Kupferdicke), Abstand zur Referenzlage und Dielektrizitätszahl gemeinsam bestimmt. Das heißt: wer die Kupferdicke ändert, ändert die Impedanz. Viele behandeln die Kupferdicke nur als Stromtragfähigkeitsgröße und müssen nach einer Änderung die gesamte Impedanz neu rechnen.
Veröffentlichte Angaben: Impedanzkontrollierte Leiterplatten mit Impedanzbereich 25–120Ω, differenziell 85–100Ω, Toleranz ±5% (Standard ±10%), Dielektrikumsdickenkontrolle ±10%, TDR-Prüfung, Einsatz DC–40 GHz; die Fertigungsmöglichkeiten nennen für die Impedanzkontrolle ebenfalls ±5% (Standard ±10%).
Bemerkenswert ist, dass die Dickenkontrolle des Dielektrikums bei ±10% liegt, die Impedanzforderung aber bei ±5% liegen kann. Die Materialtoleranz ist also weiter als die Impedanztoleranz. Impedanz wird demnach nicht über das Dielektrikum allein getroffen, sondern über eine fertigungsseitige Kompensation von Leiterbreite und Kupferdicke. Genau deshalb müssen bei Impedanzleiterplatten Lagenaufbau und Zielimpedanz mitgeliefert werden und nicht nur die Leiterbreite: die Fertigung braucht Spielraum, um die Leiterbreite gegen die Materialschwankung nachzuführen. Die verfügbaren Material- und Kupferkombinationen stehen in der Materialbibliothek.
Fazit: Wer ±5% Impedanz fordert, sollte nicht gleichzeitig Leiterbreite und Kupferdicke als unveränderliche Festwerte einfrieren – dann bleibt keine Kompensationsreserve.
Auswirkung der Materialwahl auf die Kupferdicke
Die HDI-Produktseite listet FR-4, BT und ABF als Basismaterialien. Das Material bestimmt die Kupferdicke nicht direkt, wirkt aber über zwei Pfade auf die Entscheidung: erstens über die verfügbaren Folien- und Kernstärkenkombinationen, zweitens über das Prozessfenster von Laserbohren und Verpressen und damit über die erreichbaren Aufbaustufen und die Gleichmäßigkeit des Lochkupfers.
BT und ABF finden sich häufiger in höher verdichteten Aufbauten mit dünneren Dielektrika, wozu meist dünnere Basisfolien und eine engere Lochkupferkontrolle gehören. Welche Material-Kupfer-Kombination konkret machbar ist, wird projektbezogen in der technischen Klärung bestätigt; materialübergreifende Umrechnungstabellen gibt diese Website nicht heraus. Zur Wirkung der Oberfläche auf Lötbarkeit und Feinleiterschutz siehe Oberflächen, zum Toleranzsystem siehe Fertigungstoleranzen.
Was in Zeichnung und Unterlagen stehen muss
Eine HDI-Konstruktionsvorgabe, die im ersten Durchlauf freigegeben wird, enthält für den Kupferteil mindestens:
- Lagenaufbau-Tabelle: je Lage die Basiskupferstärke, Dielektrikumsmaterial und Nenndicke, Lagennummerierung.
- Endkupfer-Vorgabe: getrennt für Außen- und Innenlagen, mit ausdrücklicher Kennzeichnung „Endkupfer" oder „Basisfolie".
- Mindest-Lochkupfer: getrennt für Microvias und Durchkontaktierungen, mit Angabe der Abnahmeklasse (IPC-6012 / IPC-A-600).
- Aufbaudefinition: Stufe wie 1+N+1 oder 2+N+2, dazu gestapelte oder versetzte Microvias.
- Impedanztabelle: Netzname, Zielimpedanz, Toleranz (±5% oder ±10%), Referenzlage.
- Abnahmeklasse: IPC-A-600 Class 2 oder Class 3.
- Punkte für die technische Klärung: mehr als 20 Lagen, Any-Layer-Bedarf, Feinleiter zusammen mit Dickkupfer, Lochkupfer-Anforderungen bei mehrstufig gestapelten Microvias – diese als „in der technischen Klärung zu bestätigen" markieren, nicht selbst annehmen.
Kupferdicke und Lagenaufbau werden gemeinsam eingefroren. Die vollständige Prüfliste vor Freigabe findet sich im Leitfaden zum Mehrlagen-Lagenaufbau und in den Kupferdicken-Optionen und Konstruktionsregeln; nach Prüfung können die Unterlagen über die Anfrage eingereicht werden.
FAQ
F1: Was passiert, wenn auf der Zeichnung nur „1 oz Außenkupfer" steht?
Es folgt eine Rückfrage, ob Basisfolie oder Endkupfer gemeint ist. Die tatsächliche Oberflächenkupferdicke unterscheidet sich, und damit auch Ätzkompensation und minimale Leiterbreite. Empfohlen ist eine Formulierung wie „Basisfolie 0,5 oz + Endkupfer ≥1 oz".
F2: Kann man das Lochkupfer einfach nach „so dick wie möglich" fordern?
Nicht empfehlenswert. Ein höheres Lochkupfer treibt das Endkupfer der Oberfläche nach oben, begrenzt damit die minimale Leiterbreite und erhöht bei mehrstufig gestapelten Microvias das Gleichmäßigkeitsrisiko. Sinnvoll ist ein Mindestwert nach der Abnahmeklasse statt eines Werts über dem Bedarf.
F3: Sind 2/2 mil auf der Außenlage zusammen mit 12 oz Kupfer möglich?
2/2 mil gehört zur R&D-Stufe, 12 oz zum Maximalkupfer ab Advanced. Ob beide Extremwerte auf derselben Lage zusammen machbar sind, ist in der technischen Klärung zu bestätigen. Üblich ist: Feinleiter außen, Stromtragfähigkeit auf Innenlagen oder dedizierten Versorgungslagen.
F4: Ist eine höhere Aufbaustufe grundsätzlich besser?
Nein. Die Stufe richtet sich nach der BGA-Fan-out-Tiefe. Höhere Stufen bringen engere Anforderungen an Lochkupfer-Gleichmäßigkeit und Registrierung. 1+N+1 bis 5+N+5 sind in allen drei Stufen verfügbar, Any Layer nur in Advanced und R&D.
F5: Muss die Impedanz nach einer Kupferdickenänderung neu gerechnet werden?
Ja. Die Kupferdicke ist eine der vier Bestimmungsgrößen der Impedanz. Liegt die Forderung bei ±5%, während die Dielektrikumsdicke selbst mit ±10% kontrolliert wird, muss die Fertigung die Schwankung über die Leiterbreite kompensieren – jede Kupferänderung geht daher zurück in die Impedanzrechnung.
F6: Wie viele Lagen sind bei HDI möglich?
Die HDI-Produktseite nennt 4–20 Lagen; die Fertigungsmöglichkeiten geben die Gesamtlagenfähigkeit mit 2–64 Lagen an (Standard 40, Advanced und R&D 64). Lagenzahlen über der Angabe der HDI-Produktseite sind ein bedingter Fall und in der technischen Klärung zu bestätigen.