Steht fest, dass Dickkupfer nötig ist, folgt die Frage, welche Lagen es tragen. Außen- und Innenlagen durchlaufen unterschiedliche Prozessschritte und haben unterschiedliche Grenzen. Die Entscheidung gehört vor die Freigabe der Lagenaufbau-Zeichnung. Wird sie später geändert, müssen Impedanzlagen, Bezugsebenen und Leiterplattendicke neu berechnet werden.
Dieser Artikel behandelt nur die Lage des Dickkupfers. Symmetrie und Dickenaufbau bei gemischten Kupferdicken stehen in Dickkupfer-Multilayer mit gemischten Kupferdicken. Die drei Kupferwerte bei HDI-Aufbauten (Basisfolie, Endkupfer, Hülsenkupfer) stehen in HDI-Kupferdicken. Jener Artikel betrifft Microvia-Aufbauten, dieser konventionelle starre Dickkupfer-Leiterplatten.
| Punkt | Dickkupfer auf Außenlagen | Dickkupfer auf Innenlagen |
|---|---|---|
| Herkunft des Kupfers | Basisfolie plus Galvanik | Überwiegend Basisfolie des Kerns |
| Ätzabweichung | Am fertigen Produkt sichtbar | Im Dielektrikum eingeschlossen |
| Hauptschwierigkeit | Unterätzung, Lackabdeckung, Oberfläche | Harzfüllung, Dielektrikumsdicke, Gesamtdicke |
| Wärmepfad | Kurz; Kühlkörper oder Anschlüsse direkt | Wärme muss über Vias und Flächen austreten |
| Löten | Hochstromanschlüsse direkt lötbar | Nicht lötbar; Vias zur Oberfläche nötig |
1. Dickkupfer außen: Basisfolie plus Galvanik
Außenlagen werden nach dem Bohren zusammen mit den Bohrungswänden galvanisch verstärkt. Das Endkupfer außen ist Basisfolie plus Galvanikschicht. Steht auf der Zeichnung nur „Außenlage 6 oz“, bleibt offen, ob End- oder Basiskupfer gemeint ist. Woher das Kupfer kommt, erklärt Dickkupfer: Galvanik oder Folie.
Außenlagen werden vor Lötstopplack und Oberfläche geätzt. Dickeres Kupfer braucht länger im Ätzer, die Unterätzung wächst, und der Leiterquerschnitt wird trapezförmig, oben schmaler als unten. Die Abweichung ist am fertigen Produkt sichtbar und geht direkt in die Breitenprüfung ein. Kompensation und Abnahme behandelt Ätzkompensation bei Dickkupfer.
Dickkupfer außen hat zwei Folgen:
- Lötstopplack-Abdeckung: Je dicker die Leiter, desto dünner der Lack an den Leiterkanten und desto tiefer die Lücken dazwischen. Siehe Lötstopplack und Oberfläche bei Dickkupfer.
- Leiterbreite und Abstand: Die minimale Leiterbreite bei SKPCB-Dickkupfer-Leiterplatten beträgt 6 mil; mit steigender Kupferdicke wird das Fenster enger. Fine-Pitch-Bereiche auf derselben Außenlage brauchen eine eigene Prüfung.
Der Vorteil ist der kurze Wärmepfad. Hochstromanschlüsse lassen sich direkt auf das Dickkupfer löten, ein Kühlkörper kann direkt auf der Kupferfläche sitzen.
2. Dickkupfer innen: die Schwierigkeit verlagert sich ins Verpressen
Innenlagen werden geätzt, aber nicht galvanisch verstärkt. Ihr Kupfer ergibt sich überwiegend aus der Basisfolie des Kerns und ist leichter zu beherrschen als außen. Ätzabweichungen bleiben im Dielektrikum.
Die Schwierigkeit liegt im Verpressen. Nach dem Ätzen einer dicken Innenlage entsteht eine große Stufe zwischen Kupfer und freigeätzten Flächen, die das Prepreg-Harz beim Pressen füllen muss. Dickeres Kupfer und größere Freiflächen brauchen mehr Harz. Unvollständige Füllung hinterlässt Lunker oder Delamination. Prüfmethoden stehen in Verpressen und Harzfüllung bei Dickkupfer.
Für die Füllung brauchen dicke Innenlagen oft beidseitig dickeres Dielektrikum, was die Enddicke erhöht. Der Dickenbereich für SKPCB-Dickkupfer-Leiterplatten liegt bei 0,8–6,0 mm. Geben Steckverbinder, Gehäuse oder Einpresstechnik eine feste Dicke vor, ist das schon im Lagenaufbau zu prüfen.
Wärme aus innenliegendem Dickkupfer muss über Vias und Flächen an die Oberfläche. Dickere Leiterplatten bedeuten längere Vias. Das Aspektverhältnis für Durchkontaktierungen liegt bei SKPCB bei maximal 10:1, der Mindestbohrdurchmesser wächst also mit der Dicke.
3. Reihenfolge der Entscheidung
Beantworten Sie die Fragen in dieser Reihenfolge. Jede Antwort grenzt die nächste ein.
- Welche Netze brauchen wirklich Dickkupfer? Nur Hochstrompfade und Bereiche, die Wärme über Kupfer verteilen. Lagen, die „vorsichtshalber“ verdickt wurden, zu streichen, bringt für Dicke und Kosten am meisten.
- Wo tritt der Strom ein und aus? Sitzen Hochstromanschlüsse, Bolzen oder gelötete Steckverbinder an der Oberfläche, ist der Weg über die Außenlage am kürzesten. Wird Strom nur innerhalb der Leiterplatte verteilt, passen Innenlagen besser.
- Wohin muss die Wärme? Muss sie zu Kühlkörper oder Gehäuse, ist die Außenlage an dieser Seite direkter. Muss sie nur in der Fläche verteilt werden, genügt eine Innenlage.
- Was trägt die Außenlage sonst noch? Fine-Pitch-ICs, BGAs oder Impedanzleitungen außen kollidieren mit Dickkupfer bei Leiterbreite, Abstand und Lötstoppsteg. Dann gehört das Dickkupfer nach innen, außen bleibt Standardkupfer.
- Bleibt der Aufbau symmetrisch? Dicke Lagen möglichst symmetrisch zur Mittelebene anordnen; wo das nicht geht, über die Dielektrikumsdicke ausgleichen. Wie viel Asymmetrie zulässig ist, klärt die technische Prüfung.
4. Übliche Verteilungen
| Anforderung | Übliche Verteilung | Prüfpunkte |
|---|---|---|
| Anschlüsse direkt gelötet, außen kein Fine Pitch | Dickkupfer auf Außenlagen | Unterätzung, Lackabdeckung, Oberfläche |
| BGA oder Impedanz außen, Strom innen verteilt | Außen Standardkupfer, benachbartes Innenlagenpaar Dickkupfer | Harzfüllung, Dielektrikum, Dicke |
| Gelötete Anschlüsse plus Fine-Pitch-Bereiche | Lokale Dickkupferbereiche außen oder Innenlage über Vias angebunden | Via-Anzahl, Aspektverhältnis |
| Mehrere Versorgungsschienen | Mehrere dicke Innenlagen paarweise nahe der Mitte | Symmetrie, Presszyklen |
Das sind Ausgangspunkte. Mit steigender Lagenzahl muss die Lage des Dickkupfers zusammen mit Impedanzlagen und Bezugsebenen neu geplant werden.
5. Was die Lagenaufbau-Zeichnung angeben muss
- Kupferdicke jeder Lage, gekennzeichnet als Basis- oder Endkupfer.
- Welche Lagen Dickkupfer sind und welche Funktion sie haben (Strom, Wärme, Löten).
- Dielektrikumstyp und -dicke beiderseits jeder dicken Lage, oder „vom Hersteller nach Harzfüllung festgelegt“.
- Enddicke und Toleranz. Bei SKPCB ±10 % oder ±0,005" (ca. 0,13 mm), der größere Wert gilt.
- Impedanzlagen und Zielwerte. Die Impedanzkontrolle bei SKPCB-Dickkupfer-Leiterplatten beträgt ±10 %.
- Lötstopplack- und Oberflächenanforderungen für Dickkupferbereiche außen (HAL, ENIG oder OSP).
Die technische Prüfung bei SKPCB bestätigt den Lagenaufbau vor der Fertigung. Siehe Lagenaufbau-Design.
Interne Links
- Dickkupfer-Leiterplatte
- Lagenaufbau-Design
- Dickkupfer-Multilayer mit gemischten Kupferdicken
- HDI-Kupferdicken
- Dickkupfer: Galvanik oder Folie
- Ätzkompensation bei Dickkupfer
- Verpressen und Harzfüllung bei Dickkupfer
- Lötstopplack und Oberfläche bei Dickkupfer
- Angebot anfordern
FAQ
F: Ist die maximale Kupferdicke innen und außen gleich?
A: SKPCB gibt für Innen- und Außenlagen einheitlich >12 oz an. Was ein bestimmter Aufbau trägt, hängt von Lagenzahl, Dicke und Leiterbreite/Abstand ab und wird projektbezogen bestätigt.
F: Warum ist die Breitenabweichung bei Dickkupfer außen größer?
A: Endkupfer außen ist Basisfolie plus Galvanik. Das Gesamtkupfer ist höher, das Ätzen dauert länger, die Unterätzung wächst. Die Abweichung ist am fertigen Produkt sichtbar.
F: Was ist das Hauptrisiko bei Dickkupfer innen?
A: Die Harzfüllung beim Verpressen. Die Ätzstufe ist groß; unvollständige Füllung führt zu Lunkern oder Delamination. Weniger große Freiflächen auf dicken Lagen senken den Harzbedarf.
F: Geht Dickkupfer auch mit BGAs auf der Außenlage?
A: Ja. Üblich ist Dickkupfer innen und Standardkupfer außen, damit Leiterbreite, Abstand und Lötstoppstege im BGA-Bereich machbar bleiben.
F: Wie kommt die Wärme aus innenliegendem Dickkupfer heraus?
A: Über Vias und Kupferflächen an der Oberfläche. Mit steigender Dicke müssen Vias das Aspektverhältnis 10:1 einhalten, der Bohrdurchmesser wächst.