Wenn eine Dickenangabe in der Fertigungsfreigabe zurückkommt, beginnt das Gespräch fast immer an der falschen Stelle. In der Zeichnung steht eine Enddicke, der Hersteller meldet, dass diese Dicke so nicht baubar ist, und die erste Reaktion der Konstruktion lautet: ob man die Toleranz nicht etwas öffnen könne.
Das Öffnen der Toleranz löst diese Art von Problem nicht, denn hier werden zwei völlig verschiedene Fragen gleichzeitig gestellt:
- Frage A: Nach welcher Toleranz wird die von mir angegebene Dicke beurteilt?
- Frage B: Lässt sich überhaupt ein Lagenaufbau anordnen, der auf dieser Dicke landet?
Frage A hat eine veröffentlichte Antwort. Auf /de/tolerance/ ist die Dickentoleranz mit ±10% oder ±0,005″ (≈0,13 mm), je nachdem welcher Wert größer ist, angegeben. Wie diese Regel greift, wie gemessen wird, wie die Abnahme erfolgt und wann sich eine Verschärfung lohnt, steht vollständig in Dickentoleranz und Abnahme der Enddicke. Dieser Artikel wiederholt davon nichts.
Hier geht es ausschließlich um Frage B, und ihre Antwort hat mit Toleranz nichts zu tun: die baubare Enddicke ist kein durchgehender Bereich, sondern eine Menge einzelner Punkte. SKPCB nennt einen Dickenbereich von 0,2–6,0 mm (Maximum 6,0 mm, siehe /de/capabilities/), aber das ist eine Angabe über die Spannweite der Unterstützung und keine Zusage, dass jede Dezimalstelle darin gebaut werden kann. Baubar sind jene Werte, die sich aus vorhandenen Kernen, Prepregs und Kupferdicken tatsächlich aufsummieren lassen. Steht in der Zeichnung ein Wert, der sich nicht aufsummieren lässt, erzeugt keine Toleranzbreite einen Aufbau, der auf ihm zentriert ist.
Die Dickenbilanz: woraus sich eine Enddicke zusammensetzt
Zerlegt man die Enddicke in Posten, wird aus Frage B eine Rechnung. Bei einer Mehrlagenleiterplatte gibt es fünf Postenklassen.
Erstens: Innenlagenkerne. Ein Kern ist ein ausgehärtet geliefertes doppelseitiges Basismaterial. Seine Dielektrikumsdicke und die Basiskupferdicken beider Seiten sind mit dem Einkauf festgelegt. Eine N-lagige Platte enthält eine bestimmte Anzahl Kerne, jeder liefert einen festen Beitrag. Kerndicken existieren nur in endlich vielen Stufen — das ist der am wenigsten verhandelbare Posten der ganzen Bilanz, weil er aus dem Standardprogramm des Basismaterialherstellers kommt und nicht beim Verpressen eingestellt werden kann.
Zweitens: Prepreg zwischen den Lagen. Beim Verpressen fließt und verdichtet sich das Prepreg-Harz, die gepresste Dicke liegt also unter dem Nennwert vor dem Pressen, und wie weit darunter, hängt von der Kupferverteilung der angrenzenden Lagen und von den Pressbedingungen ab. Dies ist der einzige Posten mit einem Rest an Stetigkeit: über Anzahl und Typ der Prepreg-Lagen je Lagenpaar lässt sich die Gesamtdicke ein Stück nach oben oder unten verschieben. Doch auch hier ist die Schrittweite diskret — hinzugefügt oder entfernt wird *eine Lage*, kein beliebiger Bruchteil. Konkrete Dickenstufen und Presswerte bestätigt die Fertigungsfreigabe am tatsächlichen Aufbau; hier werden dazu keine Zahlen genannt.
Drittens: Kupfer. Das Innenlagenkupfer kommt aus dem Basiskupfer des Kerns, das Außenlagenkupfer ist Basiskupfer plus Aufbau aus Durchkontaktierung und Strukturgalvanik. Kupferdicken sind selbst gestuft (veröffentlichter Bereich 0,5 oz bis >12 oz, wobei >12 oz der Stufe „Fertigungsfreigabe erforderlich" zugeordnet ist; 16/18 oz wurden gefertigt). Die Auswahlregeln für Kupferdicken stehen in Kupferdicken und Entwurfsregeln; hier ist Kupfer nur ein Bilanzposten: dickeres Außenkupfer bedeutet mehr Galvanikbeitrag und eine höhere Gesamtdicke.
Viertens: Lötstopplack. Der Lack bedeckt Außenkupfer und freiliegendes Basismaterial und liefert einen dünnen, aber nicht verschwindenden Beitrag. Entscheidend ist die Wechselwirkung mit der veröffentlichten Regel: die Mindestdicke auf /de/tolerance/ ist einschließlich Lötstopplack formuliert. Die Bilanz endet also bei der lackierten Enddicke, nicht beim blanken Paket aus der Presse.
Fünftens: Oberfläche. Verschiedene Endoberflächen hinterlassen unterschiedliche Metalldicken auf den Pads und tragen entsprechend unterschiedlich zur Gesamtdicke bei. Meist ist das der kleinste Posten, auf dünnen Leiterplatten darf er jedoch nicht als Null behandelt werden.
Die Summe dieser fünf ist die Enddicke. Dabei ist keiner der Posten die Enddicke selbst — sie ist nur deren Summe. Genau deshalb bedeutet eine Enddickenangabe ohne Randbedingungen zum Aufbau, dass der Hersteller eine Gleichung für die Konstruktion lösen muss.
Warum Kerne und Prepregs aus der baubaren Dicke ein Raster machen
Nun die Diskretheit der Posten zusammengenommen: Kerndicken gestuft, Prepreg in ganzen Lagen, Kupfer gestuft — die Summe kann daher nur auf endlich vielen Punkten landen.
Diese Punktmenge ist das Raster der baubaren Nenndicken, und seine Form bestimmt drei praktische Dinge.
Das Raster ist nicht gleichmäßig. In manchen Dickenbändern liegen die verfügbaren Materialstufen dicht, benachbarte baubare Punkte liegen also sehr nah beieinander. In anderen Bändern sind die Stufen spärlich und es entstehen deutliche Sprünge. Die Bitte „mach es ein bisschen dicker als X" ist deshalb manchmal nahezu kostenlos und manchmal gleichbedeutend mit einem vollständig neuen Aufbau.
Mehr Lagen bedeutet ein gröberes Raster. Mehr Lagen heißt mehr Posten, und jeder zusätzliche Posten bringt seine eigene Stufenbeschränkung mit. Die Zahl der zulässigen Kombinationen sinkt also, statt zu steigen. Die Lagenzahl ist hier Eingangsgröße und nicht Gegenstand; was beim Hochtreiben der Lagenzahl selbst zuerst bindet, behandelt der heutige Begleitartikel zu hohen Lagenzahlen sowie der Leitfaden zum Lagenaufbau.
Neben dem Raster zu liegen ergibt keine „leicht außerhalb der Toleranz" liegende Platte, sondern eine technische Rückfrage. Das ist der praktisch wichtigste Punkt. Liegt der Zeichnungsnennwert zwischen zwei baubaren Punkten, hat der Hersteller zwei Möglichkeiten: den nächstgelegenen Punkt bauen (Nennwert und tatsächliche Lage der Mitte stimmen dann nicht überein, ein Teil des Toleranzfensters ist ohne Gegenwert verbraucht) oder zurückfragen, welcher Eingangswert geändert werden soll. Das Zweite ist richtig — und kostet Zeit.
Wie Lagenzahl und Kupferdicke das Raster insgesamt verschieben
Das Raster liegt nicht fest, es wandert mit zwei Eingangsgrößen.
Die Lagenzahl verschiebt Lage und Dichte. Jedes zusätzliche Innenlagenpaar bedeutet einen weiteren Kern und eine weitere Prepreg-Lage; die Untergrenze der erreichbaren Gesamtdicke steigt. Dieselbe Enddicke ist daher bei verschiedenen Lagenzahlen ein völlig anderes Problem: bei niedrigen Lagenzahlen unkritisch, bei hohen möglicherweise schon nahe der Untergrenze — dann ist das Prepreg bereits minimiert und weiteres Abdünnen muss aus der Kernauswahl kommen.
Die Kupferdicke verschiebt den Offset und verändert den Prepreg-Bedarf. Dickkupfer vergrößert nicht nur den Kupferposten. Je dicker das Kupfer, desto größer die vom Harz zu füllenden Kupferstufen, und für sichere Füllung und Isolation sind oft mehr oder dickere Prepregs nötig — die Kupferdicke wirkt auf die Gesamtdicke stärker als das Kupfer selbst. Die Grenzen bei Dickkupfer stehen auf /de/products/thick-copper-pcb/.
Beide Eingangsgrößen müssen vor der Dicke festliegen. Das ist die einzige Reihenfolgeregel dieses Artikels: zuerst Lagenzahl und Kupferdicke festlegen, dann sehen, wo das Raster liegt, und erst daraus den Nennwert wählen. Umgekehrt — zuerst eine runde Enddicke wählen und danach Lagen und Kupfer dazu passend machen — läuft fast immer in das Raster.
Beide Enden des Bereichs: was bei sehr dünn und sehr dick zuerst bindet
An den beiden Enden verhält sich das Raster unterschiedlich, und es bindet jeweils ein anderer Posten.
Dünnes Ende, nahe der Untergrenze 0,2 mm. Hier begrenzt nicht die Presse, sondern Steifigkeit und Handhabbarkeit — und der Umstand, dass Lötstopplack und Oberfläche nicht mehr vernachlässigbar sind. Ein dünnes Paket wird nach dem Verpressen mehrfach gespannt, transportiert und gereinigt; je dünner, desto stärker schlagen Verzug und Verformung auf die Ausbeute der Folgeprozesse durch (Maßnahmen dazu in Kupferbalance und Verzugskontrolle). Am dünnen Ende gibt es außerdem eine leicht übersehene Folge: weil die Regel „±10% oder ±0,005″, je nachdem welcher Wert größer ist" lautet, ist bei dünnen Platten meist der absolute Wert ±0,005″ maßgeblich und nicht der Prozentwert — die relative Toleranz ist bei dünnen Platten also tatsächlich weiter. Das ist die Struktur der veröffentlichten Regel und kein Zugeständnis; Details bleiben bei Dickentoleranz und Abnahme der Enddicke.
Dickes Ende, nahe der Obergrenze 6,0 mm. Hier bindet in der Regel das Bohren, nicht das Pressen. Je dicker die Platte, desto größer das Aspektverhältnis bei gegebenem Bohrdurchmesser, und das Standard-Maximum von SKPCB liegt bei 10:1 (PCB-AR, Standardstufe). Dicke Platten und kleine Bohrungen sind also nicht gleichzeitig frei verfügbar: steht die Dicke fest, folgt daraus die Untergrenze des baubaren Bohrdurchmessers; der mechanische Mindestdurchmesser im Standard beträgt 0,2 mm (0,15 mm erfordert Fertigungsfreigabe). Die zweite Begrenzung am dicken Ende kommt aus Kupfer und Füllung — Dickkupfer auf dicken Platten braucht mehr Prepreg, die Gesamtdicke steigt weiter und stößt leicht an die Obergrenze.
Gemeinsam haben beide Enden: je näher an der Grenze, desto spärlicher das Raster, desto weniger wählbare Nennwerte und desto weniger Spielraum für „ein bisschen anpassen". Sitzt ein Entwurf ohnehin an der Grenze, sollte die Dicke in der Anfrage als zulässiger Bereich angegeben werden, damit die Technik den Landepunkt zurückmeldet — besser als ein exakter Nennwert, der dann zurückgewiesen wird.
Kopplung: mit der Dicke werden Aspektverhältnis, Bohrgrenze und Impedanzspielraum gleichzeitig neu geschrieben
Die Dicke ist keine eigenständige Spezifikation; sie legt drei weitere Dinge fest.
Aspektverhältnis und Mindestbohrung. Dicke geteilt durch kleinsten Bohrdurchmesser darf das Standardmaximum 10:1 nicht überschreiten. Steht die Dicke, steht die Bohruntergrenze; umgekehrt verlangen kleine Bohrungen entweder eine dünnere Platte oder die Stufe Fertigungsfreigabe (Laser-Mindestbohrung 0,1 mm im Standard, 0,075 mm mit Freigabe).
Impedanz. Die Impedanz ergibt sich aus Leiterbahnbreite, Kupferdicke, Dielektrikumsdicke und Dielektrizitätszahl — und die Dielektrikumsdicke ist genau der Prepreg- und Kernposten der Bilanz. Ist die Gesamtdicke festgelegt, schrumpft der Spielraum für die Dielektrikumsdicke: ein Differenzpaar auf seine Zielimpedanz zu bringen hieße normalerweise, eine Prepreg-Stufe zu tauschen — und genau dieser Tausch zerstört jetzt die Gesamtdicke. Die Impedanztoleranz liegt bei ±10% (Standard) / ±5% (Fertigungsfreigabe); die Klassen und ihre Abwägungen stehen in Toleranzklassen bei Impedanzkontrolle. Praktische Folgerung: bei engen Impedanzanforderungen sollte die Gesamtdicke als Bereich und nicht als Festwert angegeben werden, sonst erdrücken sich beide Randbedingungen gegenseitig.
Verpressen und Passgenauigkeit. Eine geänderte Prepreg-Lagenzahl verändert Harzfluss und Lagenversatz beim Verpressen, die Passgenauigkeitsreserve wandert mit. Pressparameter sind hier nicht Gegenstand; Maßnahmen stehen in Passgenauigkeit beim Verpressen.
Diese drei Kopplungen erklären, warum ein Hersteller bei einer Änderungsanfrage „nur die Dicke" den gesamten Aufbau erneut prüfen will. Die Dicke ist kein für sich änderbares Feld.
Eine Nenndicke angeben, die es gibt: vier Angaben vor der Anfrage
Das Vorstehende auf das Umsetzbare zusammengezogen. Vor Anfrage oder Fertigungsfreigabe sollte die Konstruktion diese vier Dinge liefern — und nicht eine Dickenzahl.
- Lagenzahl und Lagenfunktionen. Wie viele Lagen, welche davon Flächen. Das legt Lage und Dichte des Rasters fest.
- Kupferdicken innen und außen, getrennt angegeben, mit Hinweis darauf, ob Strombelastung oder Wärmeabfuhr Dickkupfer erzwingen. Dickkupfer hebt Kupfer- und Prepregposten gleichzeitig.
- Die Form der Dickenanforderung — Festwert oder Bereich — und warum dieser Wert. Stammt die Dicke aus einem Steckverbinder, einem Einpressteil, einer Führungsnut oder einer Gehäusepassung, ist die Nennung dieser Passungsbedingung weit nützlicher als eine Zahl: die Technik kann dann den nächstliegenden baubaren Rasterpunkt wählen und beurteilen, ob die Passung noch trägt. Ist die Dicke nur übernommene Gewohnheit, als Bereich angeben.
- Die übrigen harten Randbedingungen, die mit der Dicke zusammen bestehen: Mindestbohrdurchmesser, Impedanzanforderungen, Endoberfläche. Alle drei sind mit der Dicke gekoppelt; nur gemeinsam geliefert lässt sich ein zulässiger Aufbau in einem Durchgang anordnen. In Raten geliefert führen sie zu mehrfachem Neuaufbau.
Mit diesen vier Angaben ist das Ergebnis der Fertigungsfreigabe ein konkreter Aufbau plus eine Nenndicke, die auf dem Raster liegt — statt einer weiteren Runde über Toleranzen. Was bei der Freigabe des Aufbaus zu prüfen ist, steht in der Freigabe-Checkliste für Lagenaufbauzeichnungen. Wie Toleranzangaben in der Zeichnung zu formulieren sind, behandelt Fertigungstoleranzen in Zeichnungsangaben. Fähigkeitsgrenzen und Materialspektrum stehen auf /de/capabilities/ und /de/products/multi-layer-pcb/; soll die Technik den Landepunkt direkt zurückmelden, bitte über /de/quote/ einreichen.
FAQ
F1: Warum sagt der Hersteller, meine 1,55 mm seien nicht baubar, 1,6 mm aber schon?
Weil die baubare Dicke eine Menge von Punkten ist, die sich aus vorhandenen Kernen, Prepregs und Kupferdicken aufsummieren, und kein durchgehender Bereich. Zwei dicht benachbarte Nennwerte können auf verschiedenen Seiten dieser Unterscheidung liegen: einer trifft einen Rasterpunkt, der andere liegt zwischen zwei Punkten. Der Hersteller baut dann entweder den nächstgelegenen Punkt (Nennwert und tatsächliche Mitte stimmen nicht überein, ein Teil des Toleranzfensters ist ohne Gegenwert verbraucht) oder stellt eine Rückfrage. Die tatsächlichen Landepunkte bestätigt die Fertigungsfreigabe anhand der realen Materialverfügbarkeit.
F2: Löst eine weitere Dickentoleranz das Problem „diese Dicke ist nicht baubar"?
In der Regel nicht. Die Toleranz regelt die Beurteilung der gefertigten Platte, das Raster regelt, ob überhaupt ein Aufbau anordenbar ist. Liegt der Nennwert außerhalb des Rasters, macht eine weitere Toleranz lediglich ein außermittiges Ergebnis leichter abnehmbar — baubar wird dieser Nennwert dadurch nicht. Die maßgebliche Regel selbst lautet ±10% oder ±0,005″, je nachdem welcher Wert größer ist; siehe Dickentoleranz und Abnahme der Enddicke.
F3: Was bedeuten die veröffentlichten 0,2–6,0 mm? Ist jede Dicke darin baubar?
Es ist der unterstützte Bereich mit seinen Grenzen (Maximum 6,0 mm, siehe /de/capabilities/) und keine Aussage über stetige Auswahl darin. Ein verwendbarer Wert muss zusätzlich bei Ihrer Lagenzahl und Kupferdicke aufsummierbar sein und am dicken Ende das Aspektverhältnis einhalten (Standardmaximum 10:1).
F4: Ich will die Platte nur etwas dünner. Warum muss der gesamte Aufbau neu geprüft werden?
Weil die Dicke die Summe von fünf Postenklassen ist; das Abdünnen muss aus einem davon kommen: weniger Prepreg-Lagen (ändert Press- und Passbedingungen), ein dünnerer Kern (ändert die Dielektrikumsdicke und damit die Impedanz) oder weniger Kupfer (ändert Strombelastbarkeit und Wärmeabfuhr). Jede Variante zieht an anderen Spezifikationen, deshalb ist die Dicke kein eigenständig änderbares Feld.
F5: Spielt „einschließlich Lötstopplack" bei der Dickentoleranz eine Rolle?
Ja. Die Mindestdicke auf /de/tolerance/ ist einschließlich Lötstopplack formuliert; die Bilanz läuft also bis zur lackierten Enddicke und nicht bis zum blanken verpressten Paket. Auf dünnen Platten ist der Anteil von Lack und Oberfläche nicht geringfügig, eine Rechnung am blanken Paket fällt daher systematisch zu klein aus.
F6: Wie gibt man die Dicke bei engen Impedanzanforderungen an?
Als zulässigen Bereich, gemeinsam mit den Impedanzzielen. Die Impedanz hängt von der Dielektrikumsdicke ab, und die Dielektrikumsdicke ist der dominierende Posten der Dickenbilanz; ist die Gesamtdicke als Festwert fixiert, zerstört der zum Impedanzabgleich nötige Materialtausch die Gesamtdicke, und beide Randbedingungen erdrücken sich. Die Impedanztoleranz liegt bei ±10% (Standard) / ±5% (Fertigungsfreigabe) — siehe Toleranzklassen bei Impedanzkontrolle.
F7: Warum begrenzt eine dicke Platte die Mindestbohrung?
Aspektverhältnis = Dicke ÷ Bohrdurchmesser, und das Standardmaximum bei SKPCB beträgt 10:1. Steht die Dicke, folgt daraus unmittelbar eine Untergrenze für den baubaren Bohrdurchmesser; der mechanische Mindestdurchmesser im Standard liegt bei 0,2 mm, der Laser-Mindestdurchmesser bei 0,1 mm, kleinere Werte erfordern Fertigungsfreigabe. Dicke Platten und kleine Bohrungen gelten nicht gleichzeitig unbedingt.