Die Leiterplattenstärke definiert die Gesamthöhe der Leiterplatte, gemessen von ihrer obersten bis zu ihrer untersten Oberfläche, einschließlich aller Schichten, aus denen die komplette Leiterplatte besteht. Zu diesen Schichten gehören eine Substratschicht, eine oder mehrere Kupferschichten, Prepreg-Schichten, eine Lötmasken-Schicht und eine Siebdruck-Schicht. Die Stärke einer Leiterplatte hat einen erheblichen Einfluss auf ihre mechanische Festigkeit, ihre thermische Leistung, ihre elektrischen Eigenschaften und ihre Herstellbarkeit. In diesem Blogbeitrag werden wir die Faktoren detailliert beschreiben, die bei der Bestimmung der Leiterplattenstärke berücksichtigt werden sollten. Lesen Sie weiter, um mehr Informationen zu erhalten!
Was sollten Sie bei der Bestimmung der Leiterplattenstärke beachten?
Konstruktionsfaktoren
1. Gewicht der Komponenten und mechanische Beanspruchung
Die Dicke einer Leiterplatte kann ihre mechanische Festigkeit erheblich beeinflussen. Dickere Leiterplatten haben eine bessere Belastbarkeit gegenüber physikalischen Belastungen und Vibrationen. Im Allgemeinen sind sie robuster und langlebiger und weniger anfällig für Verformungen oder Verbiegungen. Außerdem kann eine dickere Leiterplatte eine zuverlässige Plattform für zahlreiche und relativ schwere Komponenten bieten, insbesondere bei einem Design mit hoher Dichte. Wenn Sie auf Ihrer Leiterplatte Hochleistungskomponenten oder mehrere Kühlkörper installieren müssen, sollten Sie eine dickere Leiterplatte in Betracht ziehen. Mit zunehmender Dicke wird die Leiterplatte schwerer und weniger flexibel. Daher muss ein Gleichgewicht mit anderen Faktoren gefunden werden.
2. Wärmemanagement und Leistungsaufnahme
Im Vergleich zu einer dünneren Leiterplatte hat eine dickere Leiterplatte eine größere thermische Masse, was zu einer effektiveren Wärmeableitung führt. In leistungsstarken oder kompakten Geräten ist die Wärmeentwicklung ein ernstes Problem, das den stabilen Betrieb beeinträchtigen kann. Darüber hinaus kann eine Erhöhung der Kupferdicke auf 2, 3 Unzen oder mehr das Wärmemanagement erheblich verbessern.
3. Signalintegrität und Anforderungen an hohe Frequenzen
Bei Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzdesigns kann die Impedanz durch die Dicke des Dielektrikums, die Dielektrizitätskonstante (Dk), die Kupferdicke und die Leiterbahnbreite beeinflusst werden. Je dicker die Leiterplatte ist, desto größer ist der Abstand zwischen der Leiterbahn und der Referenzschicht, was zu einer höheren Impedanz führt. Um eine Signalübertragung ohne Reflexion oder Verzerrung zu gewährleisten, muss über den gesamten Signalweg eine konsistente und kontrollierbare Impedanz aufrechterhalten werden.
4. Größe, Gewicht und Platzbeschränkungen
Die Dicke der Leiterplatte wird häufig durch die Gehäusebeschränkungen des Endprodukts begrenzt. Für kompakte Geräte wie Smartphones, Tablets und Wearables ist eine dünnere Leiterplatte in der Regel die ideale Option. Da sie leichter und flexibler ist, reduziert sie Gewicht und Platzbedarf. Wenn der Platz kein Problem darstellt, sollten Sie eine dickere Leiterplatte in Betracht ziehen. Diese ist robuster und langlebiger, aber auch schwerer und platzintensiver.
5. Anzahl der Schichten und Komplexität des Aufbaus
Bei einer mehrschichtigen Leiterplatte nimmt mit zunehmender Anzahl der Schichten auch die Gesamtdicke der Leiterplatte zu. Beispielsweise ist eine einfache doppelseitige Leiterplatte viel dünner als eine komplexe HDI-Leiterplatte mit 12 oder mehr Schichten. Die Stapelanordnung, d. h. die spezifische Anordnung der Kupferschichten, Prepreg-Schichten und Substratschicht, beeinflusst ebenfalls die endgültige Dicke der Leiterplatte. Außerdem ist eine Leiterplatte oft umso dicker, je mehr Kupferschichten sie enthält.
6. Kupferdicke und Strombelastbarkeit
Die Kupferdicke ist ein entscheidender Faktor für die Messung der Strombelastbarkeit und der Wärmeableitungskapazität von Leiterbahnen und wirkt sich auch direkt auf die Leiterplattenstärke aus. Die Standard-Kupferdicke beträgt 1 oz/ft², aber für Hochleistungsanwendungen kann eine größere Kupferdicke erforderlich sein. Schwere Kupfer-Leiterplatten mit einem Kupfergewicht von 2 oder 3 oz können einen höheren Strom ohne Überhitzung führen.
Fertigungsfaktoren
1. Prozessherausforderungen und -beschränkungen
Ätzen: Je dicker die Kupferschicht ist, desto länger dauert das Ätzen und desto stärker muss das Ätzmittel sein, um das überschüssige Kupfer zu entfernen. Eine längere Ätzzeit erhöht jedoch das Risiko von Über- oder Unterätzen, was die Genauigkeit des Schaltungsmusters beeinträchtigen kann.
Bohren: Je dicker die Leiterplatte ist, desto größer ist die Tiefe, die der Bohrer durchdringen muss, um ein Durchgangsloch zu bohren. Gleichzeitig unterliegt der Bohrer einem höheren Schneidwiderstand, was das Risiko eines Bruchs erhöht und möglicherweise die Genauigkeit des Lochs beeinträchtigt. Daher sind oft spezielle Bohrer, optimierte Bohrparameter und noch fortschrittlichere Bohrtechniken erforderlich.
Laminierungsprozess: Bei der Laminierung werden mehrere Schichten Kupferfolie und Isoliermaterial unter hoher Temperatur und hohem Druck miteinander verbunden. Im Vergleich zu Standard-Leiterplatten benötigen dickere Leiterplatten möglicherweise eine längere Laminierungsdauer und einen höheren Druck, um eine feste Verbindung zu erzielen. Dies erhöht auch das Risiko von Defekten wie Delaminierung oder Verformung der Leiterplatte.
2. Materialverfügbarkeit und Lieferzeiten
Bei Standard-Leiterplatten verfügen die meisten Hersteller über einen Materialvorrat, und die Materialversorgung ist ausreichend. Das bedeutet, dass es zu keinen Verzögerungen bei der Materialbeschaffung kommt, was zur Verkürzung des Lieferzyklus beiträgt. Bei nicht standardmäßigen Leiterplattenstärken muss der Hersteller möglicherweise spezielle Kern- und Prepreg-Materialien bestellen.
3. Montage und Löten
Dickere Leiterplatten erfordern höhere Löttemperaturen und längere Aufheizzeiten, um ordnungsgemäße Lötstellen zu gewährleisten. Längere hohe Temperaturen erhöhen das Risiko von thermischen Schäden erheblich, wodurch Präzisionskomponenten beschädigt oder die strukturelle Integrität der Leiterplatte beeinträchtigt werden können.
4. Technik zum Trennen von Leiterplatten
Das Entpanelen ist der Prozess der Trennung einzelner Leiterplatten von einer größeren Leiterplattenplatte. Dickere Leiterplatten erfordern möglicherweise Fräsen oder Tab-Fräsen, während dünnere Leiterplatten durch V-Ritzen, Laserschneiden, Stanzen usw. getrennt werden können. Durch geeignete Entpanelungsmethoden wird die physische Belastung der Leiterplatten minimiert und Beschädigungen während des Entpanelungsprozesses verhindert.
Ist die Standard-Leiterplattenstärke immer die richtige Wahl?
1,57 mm ist die am häufigsten verwendete Leiterplattenstärke und gilt allgemein als Industriestandard. Nachfolgend sind drei Hauptgründe aufgeführt.
- Erreichen Sie ein gutes Gleichgewicht zwischen mechanischer Festigkeit und Gewicht. Die Leiterplatte ist robust genug, um sowohl der Produktion als auch dem Betrieb standzuhalten.
- Kompatibel mit den meisten Durchsteckkomponenten. Bei dickeren Leiterplatten sind die Anschlüsse möglicherweise nicht lang genug.
- Einfach herzustellen. Es ist leicht zu handhaben und nicht leicht zu beschädigen, und die Dicke der Leiterplatte verursacht keine Probleme im Produktionsprozess.
Obwohl 1,57 mm die Standarddicke für Leiterplatten ist und für die meisten Anwendungen geeignet ist, gibt es auch andere Optionen. Hier sind verschiedene Leiterplattendicken mit einzigartigen Eigenschaften aufgeführt, die sie für verschiedene Geräte geeignet machen.
| Aspekt | Ultradünne Leiterplatten | Mittlere Leiterplatten | Dicke Leiterplatten |
| Dickenbereich | Unter 0,6 mm | 0,6 bis 1,6 mm | Über 1,6 mm |
| Eigenschaften | ▪ Extrem dünn
▪ Ausgezeichnete Flexibilität, leicht zu biegen ▪ Geringe mechanische Festigkeit |
▪ Ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und Flexibilität
▪ Herstellbarkeit im Standardverfahren ▪ Ausreichende elektrische Isolierung |
▪ Ausgezeichnete mechanische Festigkeit
▪ Besseres Wärmemanagement ▪ Geringe Flexibilität |
| Häufige Anwendungen | ▪ Tragbare Geräte
▪ Medizinische Implantate ▪ Flexible Displays ▪ Drohnen |
▪ Smartphones
▪ Tablets ▪ Laptops |
▪ Automobilelektronik
▪ Luft- und Raumfahrtelektronik ▪ Industrielle Steuerungs-Leiterplatten |
So bestimmen Sie die richtige Leiterplattenstärke: Ein praktischer 3-Stufen-Ansatz
Schritt 1: Definieren Sie das Geräteszenario
Machen Sie sich gründlich mit der Endanwendungsumgebung Ihrer elektronischen Produkte vertraut. Das Hauptdilemma lautet: ein dünnes und flexibles Design oder ein robustes und langlebiges? Für allgemeine elektronische Geräte kann eine Leiterplattenstärke von 0,6 bis 1,6 mm ausreichend sein. Bei tragbaren Geräten müssen Größe und Gewicht minimiert werden. Industrielle Anwendungen mit Hochleistungskomponenten erfordern hingegen möglicherweise dickere Leiterplatten.
Schritt 2: Analyse der Komponenten- und Leistungsanforderungen
Der nächste Schritt besteht darin, das Gewicht, die Größe und den Stromverbrauch der Komponenten zu bewerten, die später auf der Platine montiert werden sollen. Schwerere oder leistungsstärkere Komponenten erfordern möglicherweise eine dickere Leiterplatte, um mechanische Unterstützung und Wärmeableitung zu gewährleisten. Berücksichtigen Sie außerdem die Leistungsanforderungen der Anwendung, wie z. B. elektrische Leistung, mechanische Leistung, thermische Leistung usw.
Schritt 3: Kosten und Herstellbarkeit bewerten
Bewerten Sie abschließend die Auswirkungen der gewählten Leiterplattenstärke auf Kosten und Herstellbarkeit. Die Standard-Leiterplattenstärke ist zweifellos die wirtschaftlichste Wahl. Die Verwendung dünnerer oder dickerer Leiterplatten führt fast immer zu höheren Materialkosten und möglicherweise längeren Vorlaufzeiten. Überprüfen Sie gleichzeitig die Fertigungskapazitäten des Leiterplattenherstellers, einschließlich Ätzen, Beschichten, Bohren, Fräsen, Laminieren usw.
Fazit: Sind kundenspezifische Leiterplattenstärken verfügbar?
Natürlich! Die meisten Leiterplattenhersteller können kundenspezifische Leiterplattenstärken anbieten. Designer können die Leiterplattenstärke entsprechend den spezifischen Anwendungsanforderungen anpassen, um eine besondere Leistung oder Funktionalität zu erzielen, die mit einer Standard-Leiterplattenstärke nicht erreicht werden kann. Verschiedene Hersteller bieten möglicherweise unterschiedliche Bereiche für kundenspezifische Stärken an.
Je nach Anzahl der Leiterplattenlagen bietet MOKOPCB eine Vielzahl von Optionen für die Leiterplattenstärke an, um unterschiedlichen Designanforderungen gerecht zu werden. Zu den Standardstärken gehören 0,8 mm, 1,0 mm, 1,2 mm, 1,6 mm und 2,0 mm. Nicht standardmäßige Dicken umfassen 0,3 mm, 0,4 mm, 0,6 mm, 2,4 mm, 3,0 mm, 3,2 mm und 5,0 mm. Während die Standarddicke von 1,57 mm für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist, kann in einigen Fällen eine kundenspezifische Dicke die beste Option sein.
