Kupferdicke Leiterplatte: Wie die Kupferstärke Leiterbreite, Bohrung und Lötstopp verändert

Die Kupferdicke ist ein Maß, kein Auswahlfeld

Im Anfrageformular ist die Kupferdicke ein Dropdown von 0,5oz bis über 12oz und in einer Sekunde ausgefüllt. In der Fertigung ist sie ein Maß, und dieses Maß wirkt an drei Stellen gleichzeitig: auf den Kupferquerschnitt (Strombelastbarkeit und Wärmespreizung), auf die Kupfermenge, die das Ätzen entfernen muss (wie fein eine Leiterbahn ausfallen darf), und auf das Dickenbudget des Aufbaus (Leiterplattendicke und damit das Aspektverhältnis der Bohrungen). Wer dieses Feld ändert, ändert alle drei.

Zuerst die Begriffe. Basiskupfer und Endkupferdicke sind nicht dasselbe. Die Querschnittzeichnung im Titelbild beschriftet die Außenlage mit „Cu 18µm + plating" und bemaßt sie mit 35µm. Außenlagenkupfer ist die vor dem Verpressen kaschierte Folie plus das Kupfer, das bei der Durchkontaktierung galvanisch aufgebaut wird. Innenlagen haben diesen Schritt nicht, dort ist die Folie bereits die Endstärke. Wer „1oz außen" sagt, muss die Leiterbreite gegen den galvanisierten Wert auslegen, nicht gegen die Folienspezifikation. Deshalb sind die Regeln für Innen- und Außenlagen getrennt aufgeführt.

Das Gesamtfenster auf der Seite /capabilities/ von Sunking reicht von 0,5oz bis über 12oz, gestuft als Standard 3oz, Advanced 12oz und R&D über 12oz, jeweils für Innen- und Außenlagen. Die Produktseite für Starkkupfer nennt als Arbeitsbereich 3oz bis über 12oz, 1 bis 16 Lagen, 0,8 bis 6,0 mm Dicke, 6 mil minimale Leiterbreite. Beide Angaben gehören zusammen gelesen: Diese 6-mil-Grenze ist genau das, was die Regel „mehr Kupfer, breitere Leiter" auf Produktebene bedeutet.

Wo die Grenze zwischen Standard und Advanced liegt

Die detaillierte Spezifikationstabelle auf /capabilities/ führt die Fertigungsfenster in den Stufen Standard, Advanced und R&D. Die kupferrelevanten Zeilen:

Der häufigste Auslesefehler: Das sind Obergrenzen je Merkmal, kein spaltenweise bestellbares Paket. „Advanced kann 12oz" und „Advanced kann 3/3 mil" stehen in derselben Spalte, das heißt aber nicht 3/3 mil auf 12oz Kupfer. Der Wert 3/3 mil gilt bei dünnem Kupfer, der Wert 12oz bei entspannter Geometrie. Beide sind Extremwerte derselben Spalte und lassen sich nicht gleichzeitig abrufen.

Die Regel dazu ist einfach: Wo sich zwei Grenzwerte einer Spalte widersprechen, bekommt man einen davon, der andere muss auf ein verträgliches Niveau zurückgehen. Wie weit, klärt die technische Prüfung anhand von Material, Lagenzahl und Musterdichte; das ist keine Formel für die Entwurfsphase. Jeder bedingte Fähigkeitswert ist als „Advanced-Stufe, Bestätigung durch technische Prüfung erforderlich" zu behandeln.

Warum dickeres Kupfer breitere Leiterbahnen erzwingt

Geätzt wird von oben nach unten, und die Seitenwände werden die ganze Zeit mitangegriffen. Dickeres Kupfer bedeutet längere Ätzzeit in der Tiefe und damit mehr seitlichen Abtrag, sodass der fertige Leiter kein Rechteck ist, sondern ein Trapez. Wer die Breite an der Leiteroberseite halten will, muss sie im Layout breiter zeichnen. Das ist die Ätzkompensation.

Zwei Konsequenzen landen beim Entwickler:

Die Toleranz ist prozentual, nicht absolut. Die Seite /tolerance/ nennt für die Leiterbreite ±20% und für den Kupfer-zu-Kupfer-Abstand ebenfalls ±20%. Prozentuale Toleranz heißt: je feiner die Leiterbahn, desto kleiner das absolute Band. Eine 4-mil-Leiterbahn hat bei ±20% ein Band von ±0,8 mil. Liegt sie auf einer Starkkupferlage, kann die dort übliche Ätzstreuung diese 0,8 mil vollständig aufbrauchen. Das ist kein Ausbeuteproblem, sondern ein geometrisches: Die Streuung passt nicht ins Band. Leiterbahnen auf Starkkupferlagen müssen breiter sein — nicht aus Vorsicht, sondern damit das Toleranzband den Prozess trägt.

Abstand und Breite gehen gemeinsam zurück. Während die Seitenwand abgetragen wird, schrumpft der Spalt zwischen benachbarten Leitern von beiden Seiten. Nur die Breite zu entspannen, ohne den Abstand mitzuziehen, verschiebt das Risiko lediglich von der Unterbrechung zum Kurzschluss. Auf Starkkupferlagen sind Breite und Abstand ein Paar.

Kompensationsfaktoren oder eine Umrechnungstabelle Kupferdicke → Leiterbreite geben wir hier nicht an. Diese Werte verschieben sich mit Material, Musterdichte und Zustand der Ätzlinie und werden von der Technik am realen Aufbau bestätigt. Keine im Umlauf befindliche allgemeine Tabelle ist eine belastbare Bestellgrundlage.

Wie Kupfer die Bohrungen erreicht: Dickenbudget und Aspektverhältnis 10:1

Die Kupferdicke erreicht die Bohrungen über die Leiterplattendicke. Jede Kupferlage zählt in die Gesamtdicke, und Starkkupferlagen brauchen zusätzlich Prepreg mit hohem Harzanteil, um die Zwischenräume der dicken Kupferstrukturen zu füllen — dieses Dielektrikum ist ebenfalls dicker. Bleibt die Lagenzahl gleich und werden nur einzelne Lagen verstärkt, steigt die Dicke trotzdem.

Mit der Dicke steigt das Aspektverhältnis. Das Maximum auf /capabilities/ ist 10:1, identisch für Standard, Advanced und R&D. Es ist die physikalische Grenze dafür, Kupfer gleichmäßig in die Bohrwand zu galvanisieren, und lockert sich nicht mit der Stufe. Aspektverhältnis = Leiterplattendicke geteilt durch den kleinsten Bohrdurchmesser, also:

• Dickere Platte, größere Mindestbohrung.
• Wer kleine Bohrungen halten will, muss die Dicke begrenzen: weniger Lagen verstärken oder Starkkupfer auf die Lagen beschränken, die es brauchen.
• Mechanische Bohrungen liegen bei 0,2 mm (Standard) / 0,15 mm (Advanced), Laserbohrungen bei 0,1 mm (Standard) / 0,075 mm (Advanced) — verfügbar aber nur innerhalb der Dicke, die 10:1 zulässt.

Der klassische Fehlgriff: Bohrungen nach der Advanced-Grenze von 0,15 mm zeichnen und gleichzeitig die Dicke aus Kupfergründen über 4 mm treiben. 0,15 mm bei 4 mm Dicke liegt weit über 10:1; diese Kombination ist von Anfang an nicht herstellbar. Die Starkkupferseite nennt einen Dickenbereich bis 6,0 mm, /capabilities/ nennt maximal 4 mm (Standard) und 6 mm (Advanced) — das Dickenfenster ist offen, aber es voll auszunutzen bedeutet, auf kleine Bohrungen zu verzichten.

An derselben Kette hängt das Backdrilling: 0,50 mm (Standard) / 0,35 mm (Advanced) / 0,25 mm (R&D). Mehr Dicke erschwert die Tiefenkontrolle; Starkkupfer und Backdrill sollten daher gemeinsam in der Anfrage genannt werden.

Lötstopplack und Oberfläche ändern sich mit

Mehr Kupfer heißt höhere Kupferstrukturen über dem Basismaterial, und der Lack muss diese Stufen überwinden. /tolerance/ nennt die Lötstoppregistrierung mit ±0,003" (≈0,076 mm), Tiefe ±0,005", verlangt Öffnungen 0,003" größer als das Pad (Mask Swell) und weist darauf hin, dass Pads mit weniger als 0,010" Abstand eine Sonderbearbeitung erfordern können.

Bei Starkkupfer bilden diese Punkte eine Kette:

• Die 0,003" Übermaß sind Reserve für den Registrierfehler, keine Zierde. Höhere Kupferstufen bedeuten, dass die Lackdicke an der Stufenflanke von Natur aus geringer ist als in der Fläche. Eine Öffnung exakt in Padgröße endet meist damit, dass der Lack auf das Pad kriecht oder die Kupferkante freiliegt.
• Der Hinweis zum Padabstand von 0,010" greift in dichten Starkkupferbereichen früher. Treffen Feinraster und Starkkupfer im selben Bereich zusammen, sollte dieser Bereich in der Anfrage markiert werden, statt auf die DFM-Rückmeldung zu warten.
• Die Oberflächenauswahl verengt sich. Die Vergleichstabellen auf /surface-finish/ und /capabilities/ weisen HASL und bleifreies HASL als nicht geeignet für Feinraster-SMT und BGA/μBGA aus, weil die Pads gewölbt sind; ENIG, ENEPIG, Hartgold und chemisch Silber sind plan. Trägt eine Starkkupferplatte zusätzlich Feinrasterbauteile, verschlechtert eine gewölbte Oberfläche die bereits knappe Koplanarität weiter — plane Verfahren sind dann vorzuziehen.

Auch die Impedanz trifft hier ein. /capabilities/ nennt die Impedanzkontrolle mit ±10% (Standard) / ±5% (Advanced). Die Impedanz ergibt sich gemeinsam aus Leiterbreite, Dielektrikumsdicke und Kupferdicke — und auf einer Starkkupferlage muss die Breite entspannt werden, während sich das Dielektrikum nach dem Füllbedarf verschiebt. Eine Starkkupferlage zur impedanzkontrollierten Lage zu machen, ist meist die teuerste Entscheidung im Aufbau. Praktikabel ist: impedanzkontrollierte Signale auf dünnen Innenlagen, Starkkupfer nur für Strom und Wärme.

Kombinationen, die aufgegeben werden müssen

Diese Kombinationen sind nicht „schwierig", sie schließen sich nach den veröffentlichten Fenstern gegenseitig aus. Wer sie in der Entwurfsphase streicht, spart eine DFM-Runde.

1. 12oz Kupfer mit 3/3 mil Leiterbreite/Abstand. Zwei Grenzwerte einer Spalte, die nicht koexistieren; Starkkupfer erfordert mehr Breite und mehr Abstand.
2. Dicke über 4 mm mit 0,15 mm mechanischer Bohrung. Das Aspektverhältnis übersteigt 10:1, unabhängig von der Stufe.
3. Volle 6,0 mm Dicke mit minimalem Bohrdurchmesser. Dickenfenster und Bohrfenster lassen sich nicht beide ausschöpfen.
4. Starkkupferlagen mit ±5% kontrollierter Impedanz. Breitenzuschlag und füllbedingte Dielektrikumsschwankung machen die Advanced-Stufe auf dieser Lage unrealistisch; kontrollierte Impedanz auf dünne Innenlagen legen.
5. Dichte Starkkupfer-Pads mit HASL. Gewölbte Pads auf hohen Kupferstufen; für Feinraster und BGA ENIG oder eine andere plane Oberfläche verwenden.
6. Starkkupfer mit Padabstand unter 0,010" ohne Angabe. Nicht verboten, muss aber in der Anfrage genannt werden, sonst kommt es über DFM zurück.
7. Ätzkompensation aus einer allgemeinen Umrechnungstabelle. Die Kompensation verschiebt sich mit Material, Dichte und Ätzlinie und muss von der Technik am realen Aufbau bestätigt werden.

Was vor der Anfrage anzugeben ist

Mit diesen Angaben kann die technische Prüfung in einem Durchgang antworten statt in drei.

• Kupferdicke je Lage, innen und außen getrennt. Angeben, ob es sich um Basiskupfer oder Endkupferdicke handelt; wird außen die Endstärke gefordert, das ausdrücklich vermerken.
• Welche Netze Starkkupfer brauchen und warum — Strom oder Wärme, und über welche Bereiche. Davon hängt ab, ob Starkkupfer auf einzelne Lagen begrenzt werden kann.
• Minimale Leiterbreite/Abstand bereichsweise. Starkkupferbereiche getrennt von Signalbereichen angeben, kein globales Minimum.
• Minimaler Bohrdurchmesser und Zieldicke gemeinsam, damit die Technik das Aspektverhältnis rechnen kann und nicht raten muss, welche Angabe die harte ist.
• Auf welchen Lagen Impedanzanforderungen liegen, mit Zielwert und Toleranzstufe (±10% oder ±5%).
• Oberfläche und Liste der Feinrasterbauteile.
• Abnahmeklasse: IPC-A-600 / IPC-6012 Class 2 oder Class 3. Die Seite /quality/ nennt die Abnahme nach IPC-A-600 Class 2/3; Restring, Metallisierung und optische Kriterien unterscheiden sich je Klasse.

Direkte Einstiege: Prozessfenster unter Fertigungsmöglichkeiten und Starkkupfer-Leiterplatte, Toleranzen unter Fertigungstoleranzen, Lagenaufbauten unter Mehrlagige Leiterplatte, Oberflächenvergleich unter Oberflächen, Basismaterialien in der Materialbibliothek, und bei vollständigen Parametern direkt zur Anfrage.

FAQ

Wie dick ist 1oz Kupfer?

1oz bezeichnet eine Unze Kupfer pro Quadratfuß als Flächengewicht, umgerechnet etwa 35µm. Zu beachten: Die Endkupferdicke außen ist Basisfolie plus Galvanik — genau deshalb steht auf der Querschnittzeichnung „Cu 18µm + plating" bei einem bemaßten Wert von 35µm. Innenlagen haben diesen Schritt nicht, dort ist die Folie die Endstärke.

Welchen Kupferdickenbereich bietet Sunking?

/capabilities/ nennt insgesamt 0,5oz bis über 12oz, gestuft als Standard 3oz, Advanced 12oz und R&D über 12oz für Innen- und Außenlagen. Die Starkkupferlinie arbeitet mit 3oz bis über 12oz, 1 bis 16 Lagen und 0,8 bis 6,0 mm Dicke.

Warum sind 12oz und 3/3 mil nicht zusammen möglich, obwohl sie in derselben Spalte stehen?

Weil die Tabelle Obergrenzen je Merkmal angibt und keine spaltenweise bestellbaren Pakete. Wo sich Grenzwerte widersprechen, wählt man einen: 12oz bedeutet entspannte Breite und Abstände, 3/3 mil bedeutet dünneres Kupfer. Den genauen Kompromiss bestätigt die Technik am Aufbau.

Begrenzt dickeres Kupfer meinen kleinsten Bohrdurchmesser?

Ja, über die Leiterplattendicke. Kupferdicke und das für Starkkupfer nötige Füll-Dielektrikum erhöhen die Dicke, während das maximale Aspektverhältnis in allen drei Stufen bei 10:1 festliegt. Dickere Platte, größere Mindestbohrung. Wer kleine Bohrungen braucht, verstärkt weniger Lagen oder hält die Gesamtdicke niedrig.

Ist kontrollierte Impedanz auf Starkkupferplatten möglich?

Impedanzanforderungen sind möglich, aber impedanzkontrollierte Leitungen sollten nicht auf der Starkkupferlage liegen. Dort muss die Breite entspannt werden und das Dielektrikum verschiebt sich mit dem Füllbedarf, sodass die Advanced-Stufe ±5% aus /capabilities/ auf dieser Lage kaum erreichbar ist. Empfohlen: kontrollierte Impedanz auf dünnen Innenlagen, Starkkupfer nur für Strom und Wärme.

Was ist beim Lötstopplack auf Starkkupfer zu beachten?

Die Kupferstufen sind höher, die Lackdeckung an der Flanke daher von Natur aus dünner. Nach /tolerance/ gilt Registrierung ±0,003", Öffnung 0,003" größer als das Pad, und Padabstände unter 0,010" können eine Sonderbearbeitung erfordern — in dichten Starkkupferbereichen greift das früher und sollte in der Anfrage markiert werden.

Woran erkenne ich, ob meine Kombination eine technische Prüfung braucht?

Immer dann, wenn sich der Entwurf gleichzeitig zwei Fenstergrenzen nähert (etwa Kupfer nahe 12oz zusammen mit feinen Leitern, oder Dicke nahe 6 mm zusammen mit kleinen Bohrungen). Bedingte Fähigkeitswerte sind als „Advanced-Stufe, Bestätigung durch technische Prüfung erforderlich" zu behandeln und nicht in der Entwurfsphase auf den Grenzwert festzuschreiben.