Mit der Technik kann man die Stimme verstärken,
    nicht aber die Argumente.      - Franziska Friedl

Die Leiterplattendesign unter Kostendruck

Die Leiterplatten Produktion steht unter einem starken Preisdruck. Bedingt durch diesen Wettbewerb und immer leistungsfähigere Maschinen ist es heute möglich hochwertige und dennoch günstige Leiterplatten zu beziehen. Als ich meine Layout Tätigkeit begann, war eine Leiterbahnstärke von 300µm und ein minimaler Leiterbahnabstand von 250µm Standard. Heute sind die Standardwerte fast halbiert. Bei allem gelten aber immer noch die Gesetze der Chemie und Physik unverändert.

Wer langfristig gute Leiterkarten erhalten will, tut gut daran nicht nur das immer billigere PCB einzufordern und die gesetzten Grenzen ohne Notwendigkeit immer weiter auszuschöpfen. Die verwendete Leiterplatten­technologie sollte bewusst und begründet gewählt werden. Die Anforderungen durch die elektronischen Eigenschaften und die Notwendigkeiten der Entflechtung führen zur Auswahl der geeigneten Leiterplatten­technologie.

Die gewählte Leiterplattentechnologie ist immer für das gesamte Design gesetzt.  Es ist dennoch sinnvoll die gewählten technischen Möglichkeiten nur wo notwendig voll auszu­nutzen, in den verbleibenden Bereichen des Designs die Toleranzen aber etwas auszuweiten. Das ganze Design wird dadurch ohne Mehrkosten prozesssicherer und robuster.

Gute Praxis ist es auch sich, wo möglich Standard Prozesse des Leiterplattenherstellers zu benutzen. Die Kostenvorteile in der PCB Fertigung durch geringere Lagerhaltung und eingespielte Prozesse werden in der Regel an den Kunden weitergegeben. Die Kosten einer Leiterkarte variieren in Abhängigkeit der Komplexität der Leiterplatte, den Leiterplattenhersteller und nicht zuletzt den aktuellen Rohstoffkosten.

Die Kosten einer Standard Multilayer Leiterplatte setzen sich grob aus etwa 25% Material und 75% Prozesskosten zusammen. Das wesentliche Einsparpotential besteht somit bei der Planung der Prozesskosten. Aufgrund der großen Vielfalt der möglichen Technologien von Multilayer Leiterplatten ist die Auswahl nicht immer einfach. Welche Technologie mit Bezug auf Kosten den Anforderungen gerecht wird ist am besten im Dialog mit dem Leiterplattenhersteller zu klären. Es empfiehlt sich schon bei Projektstart mögliche Lieferanten auf Ihre Fertigungsprozesse hin abzufragen.

Das Leiterplattendesign - eine technische Übersicht Prozessstandards

Gute Praxis ist es, sich wo möglich an Standard Prozesse des Leiter­platten­herstellers auszurichten. Die Kosten­vorteile in der PCB Fertigung durch geringere Lagerhaltung und eingespielte Prozesse werden in der Regel an den Kunden weiter­gegeben. Für einfache Designs kann die nachfolgende Tabelle ein erster Anhalt sein. Es empfiehlt sich schon bei Projekt­start mögliche Lieferanten auf Ihre Fertigungs­prozesse hin abzufragen.

Übersicht Leiterplattentechnologie:

Standard-Produktion geringe Mehrkosten Hohe Mehrkosten HigEnd Produktion
 
Anzahl der Lagen 2 - 6 Lagen 8 - 10 Lagen bis 28 Lagen
Leiterplattendicke 1,55 mm 0,8mm / 1,0mm 0,6 - 2,4 mm 0,32 - 2,4 mm
Materialien FR4FR5, CEM1 / CEM3 Taconic / Rogers Teflon / Keramik / Metallkern
Glasübergangs
-temperatur
135°C 150°C 170°C >400°C
Layer Stack keine Vorgabe möglich Herstellerabhängig eingeschränkte
Vorgaben möglich
weite Bandbreite fast beliebig
Kupferfolien 18µm / 35µm 70µm 105µm / 210µm 420µm / Wirelaid-Technik
 
Min. Leiterbahn
/ Abstand
200µm / 200µm 150µm / 150µm 100µm / 100µm 65µm / 65µm
 
Lötstoppmaske +/- 100µm +/- 65µm +/- 25µm
Min. Lötstopp-Steg 200µm 150µm 65µm 45µm
 
Min. Restring 200µm 150µm 100µm
Kleinste Bohrung 0,4 mm 0,3 mm 0,2 mm 0,15 mm
 
VIA
Min. Restring
200µm 150µm 125µm 100µm
VIA
Kleinste Bohrung
0,3 mm hohe Toleranz im Enddurchmesser 0,3 mm 0,2 mm 0,15mm
 
LASER
Min. Restring
150µm 125µm 100µm
LASER Bohrung 0,1mm 0,05mm .. 0,2mm
Kleinster Fräser­durchmesser 2,4mm 1,0 0,8mm 0,5mm



Das Spektrum an Leiterplatten Produkten ist unendlich facettenreich. Leiterplattenhersteller haben zudem unterschiedliche Möglich­keiten und Standards. Einen ein­heitlichen Standard für alle Leiter­platten­hersteller kann es daher nicht geben. Die Individuelle Anpassung des PCB Designs an die Prozesse eines oder zumindest wenige Leiter­platten Hersteller ist insbesondere für anspruchs­volle Design­lösungen notwendig. Dennoch mein Versuch eine Zusammen­fassung von Design-Regeln für ein einfaches kosten­optimiertes Multilayer Leiter­platten Design. Meiner Erfahrung nach können viele Leiter­platten Lieferanten nach diesen Regeln erstellte Leiter­platten­designs wirtschaftlich fertigen.

Der Auswahl von Gehäusen für Oberflächenmontierte Bauelemente hat eine immer größere Bedeutung. Kleinere Chip­gehäuse erfordern auch feinere Leiter­platten­strukturen. So ist es für ein BGA (Ball Grid Array) Gehäuse im 1,0mm Rastermaß erforderlich die VIAs auf Bohr­durch­messer 0,2mm und Restring 175μm zu verkleinern. Eine VIA Größe von 550μm ist notwendig um die Pins mit Dog Bones entflechten zu können. Für ein BGA im 0,8mm Rastermaß müssen die VIAs bereits auf Bohr­durch­messer 0,2mm und Restring: 150μm verkleinert werden. Für kleinere BGAs sind dann Buried / Blind Vias unumgänglich.