Mit zunehmender Funktionalität und Leistung elektronischer Produkte steigen auch die Anforderungen an Leiterplatten. Immer mehr Geräte erfordern heute hochdichte und kompakte Schaltungsdesigns, was zur Einführung mehrschichtiger Leiterplatten führt.
Mehrschichtige Leiterplatten werden durch das Übereinanderschichten von drei oder mehr leitfähigen Kupferschichten zwischen Schichten aus Isoliermaterial hergestellt. Dies ermöglicht ein komplexeres Routing und gewährleistet eine stabilere Signalübertragung.
Dieser Artikel stellt die grundlegenden Konzepte des Multilayer-PCB-Designs vor, erläutert die gängigen PCB-Schichtstrukturen und beschreibt detailliert den gesamten Herstellungsprozess von Multilayer-PCBs. Ob Sie Hochgeschwindigkeitsserver entwerfen oder ein intelligentes Wearable entwickeln – dieser Leitfaden hilft Ihnen, die wichtigsten Aspekte von Multilayer-Platinen vollständig zu verstehen.
PCB-Schichten verstehen
Das Verständnis des Aufbaus der Leiterplattenschichten ist hilfreich, um die Komplexität und Anwendung der Leiterplatte zu bestimmen. Je nach Anzahl der leitfähigen Schichten werden Leiterplatten in drei Typen eingeteilt: einschichtige, zweischichtige und mehrschichtige Leiterplatten.
Einschichtige Leiterplatten
Eine einlagige Leiterplatte hat nur eine Seite mit einer Kupferschicht und wird auch als einseitige Platine bezeichnet. Ihr Aufbau ist einfach und besteht üblicherweise aus einer Kupferschicht, Isoliermaterialien und Siebdruck. Da nur eine leitfähige Schicht vorhanden ist, ist der Platz für die Verlegung begrenzt und sie ist nicht für komplexe oder Hochgeschwindigkeitsanwendungen geeignet.
Doppellagige Leiterplatten
Eine doppellagige Leiterplatte weist Kupferleiterbahnen auf der Ober- und Unterseite auf, wobei die beiden Leiterplattenlagen durch Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind. Ihre Struktur besteht aus einer Kupferlage, einem Substrat und einer weiteren Kupferlage. Üblicherweise werden durchkontaktierte Löcher verwendet, um die Leitung zwischen Ober- und Unterseite zu gewährleisten. Im Vergleich zu einlagigen Leiterplatten bietet sie flexibleres Routing und eignet sich für Schaltungen mittlerer Komplexität. Allerdings weist sie immer noch Einschränkungen hinsichtlich der Signalintegrität und der Hochfrequenzleistung auf.
Mehrschichtige Leiterplatten
Mehrschichtige Leiterplatten bestehen aus drei oder mehr leitfähigen Kupferschichten. Sie werden abwechselnd mit isolierenden Schichten übereinander gestapelt und durch Laminierungsverfahren zu einer einzigen Struktur laminiert. Mehrschichtige Leiterplatten bieten eine höhere Routing-Dichte und werden häufig in Bereichen mit extrem hohen Leistungsanforderungen eingesetzt, wie z. B. in der Hochgeschwindigkeits-Computertechnik, in medizinischen Geräten, Smartphones und der Luft- und Raumfahrt. Der Herstellungsprozess mehrschichtiger Leiterplatten ist jedoch komplexer, mit höheren Kosten, längeren Verarbeitungszyklen und strengeren Anforderungen an Design und Prüfung verbunden.
Zu den Hauptkomponenten einer mehrschichtigen Leiterplatte gehören:
• Innere Kupferschichten (Signalführung oder Ebenen)
• Prepreg- und Kernschichten (Isolierung und Unterstützung)
• Vias (Durchkontaktierungen, Blind- oder vergrabene Vias) zum Verbinden der PCB-Schichten
• Lötstoppmaske und Siebdruck auf den Außenlagen
Grundlagen des mehrschichtigen PCB-Designs
Um ein stabiles und zuverlässiges Multilayer-PCB-Design zu erreichen, muss ein Gleichgewicht zwischen Leistung, Herstellbarkeit und Kosten gefunden werden. Im Folgenden sind einige wichtige Aspekte aufgeführt:
Signalschichtverwaltung
Beim Entwurf der PCB-Schichtstruktur sollten die Positionen der Signal-, Leistungs- und Masseschicht sinnvoll angeordnet werden. Ein gängiger Ansatz besteht darin, die Signalschicht zwischen die Masseschichten zu legen, um Signalstörungen zu reduzieren und die Signalqualität zu verbessern.
Über Strategie
Bei mehrschichtigen Leiterplatten müssen verschiedene Schichten durch Durchkontaktierungen verbunden werden. Beim Design können je nach Leiterplattenstruktur und Budget Durchgangslöcher, Sacklöcher oder vergrabene Löcher ausgewählt werden. Die Wahl des richtigen Durchgangslochtyps hilft, Platz zu sparen und die Herstellungskosten zu kontrollieren.
Kontrollierte Impedanz
Bei Hochgeschwindigkeitssignalen ist die Impedanzanpassung sehr wichtig. Die Impedanz wird durch Leiterbahnbreite, Lagenabstand und die Dielektrizitätskonstante des Materials beeinflusst. Ein gutes mehrschichtiges Leiterplattendesign erfordert eine präzise Kontrolle dieser Parameter, um eine stabile Signalübertragung zu gewährleisten.
Design für Herstellbarkeit (DFM)
Um die Produktion zu vereinfachen, sollten Prozessbeschränkungen bereits beim Design berücksichtigt werden. Beispielsweise muss sichergestellt werden, dass die Lagen präzise aufeinander ausgerichtet werden können, die Bohrmaße den Anforderungen entsprechen und der Leiterbahnabstand angemessen ist. Die Einhaltung der DFM-Designprinzipien kann das Fehlerrisiko reduzieren und die Produktionseffizienz verbessern.
CAD-Tools
Der Einsatz geeigneter Softwaretools kann die Designeffizienz erheblich steigern. Software wie Altium, KiCad und Cadence unterstützen die Stapelkonfiguration, die Routing-Prüfung und die Validierung elektrischer Regeln und sind zuverlässige Plattformen für die Herstellung und das Design mehrschichtiger Leiterplatten.
Planung des mehrschichtigen PCB-Stackups
Bei mehrschichtigen Leiterplatten bezieht sich der Stapelaufbau auf die Anordnung und Funktionsverteilung der einzelnen Schichten. Eine sinnvolle Der Lagenaufbau beeinflusst nicht nur die Übertragungsqualität von Signalen, sondern auch die mechanische Festigkeit und den Fertigungsaufwand der Leiterplatte. Ein guter Lagenaufbau ist die Grundlage für die Herstellung leistungsstarker und zuverlässiger mehrschichtiger Leiterplatten.
Bei der Planung eines mehrschichtigen PCB-Stackups müssen die folgenden Aspekte besonders beachtet werden:
Symmetrisches Design
Der Aufbau sollte möglichst symmetrisch sein. Beispielsweise sollte die Kupferverteilung auf der oberen und unteren Lage ausgewogen sein. Dies kann ein Verziehen der Platine durch ungleichmäßige Erwärmung während der Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten wirksam verhindern.
Auswahl des Prepreg- und Kernmaterials
Verschiedene Materialien beeinflussen die Dielektrizitätskonstante und die thermische Stabilität der Platine. Die Auswahl geeigneter Prepreg- und Kernmaterialien trägt zur Gewährleistung der Signalgeschwindigkeit und der allgemeinen thermischen Stabilität bei. Dies ist ein unverzichtbarer Bestandteil des mehrschichtigen PCB-Designs.
Layout der Strom- und Masseebene
Bei der Konstruktion sollte die Platzierung der Strom- und Masseschicht sorgfältig geplant werden. Am besten ist es, sie in der Nähe der Signalschichten zu platzieren. Dies kann einen stabilen Rückweg für Signale gewährleisten, Störungen reduzieren und die Signalintegrität verbessern.
Kontrolle des Zwischenschichtabstands
Der Abstand zwischen verschiedenen Schichten wirkt sich direkt auf die Impedanzkontrolle und die elektromagnetische Verträglichkeit aus. Geringere Abstände können die Kopplung verbessern und Übersprechen reduzieren. Gleichzeitig sollte jedoch auch das Gleichgewicht zwischen Fertigungskapazitäten und elektrischer Leistung berücksichtigt werden.
Ein optimierter mehrschichtiger PCB-Aufbau kann die Leistung der Schaltung effektiv steigern. Für jedes elektronische Produkt, das hohe Frequenz, hohe Geschwindigkeit oder hohe Zuverlässigkeit erfordert, ist das Design des Aufbaus ein entscheidender Schritt.
Herstellungsprozess für mehrschichtige Leiterplatten
Der gesamte Herstellungsprozess mehrschichtiger Leiterplatten umfasst mehrere hochpräzise Schritte. Er basiert auf der Herstellung ein- oder zweischichtiger Leiterplatten und umfasst zusätzlich die Vorbereitung der inneren Leiterplattenschichten und die mehrschichtige Laminierung. Im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplatten ist die Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten komplexer und stellt höhere Anforderungen an die Prozesskontrolle. Ein typischer Herstellungsprozess mehrschichtiger Leiterplatten sieht wie folgt aus:
Herstellung und Ätzen von Innenlagenschaltungen
Zunächst wird Kupferfolie auf ein isolierendes Kernmaterial laminiert. Mittels Fotolithografie wird das Schaltungsmuster auf die Kupferfolie übertragen. Anschließend wird durch chemisches Ätzen überschüssiges Kupfer entfernt, sodass nur die erforderlichen Leiterbahnen übrig bleiben. Nach diesem Schritt ist jede Innenschichtschaltung fertig.
Laminierung und Ausrichtung
Alle vorbereiteten Leiterplattenlagen werden entsprechend der entworfenen Stapelstruktur gestapelt. Hohe Temperaturen und hoher Druck werden verwendet, um diese Lagen zu einer einheitlichen Platte zu laminieren. Die präzise Ausrichtung jeder Lage ist entscheidend, um Fehler in späteren Phasen zu vermeiden.
Bohren und Verkupfern
Löcher werden durch die laminierte Platte gebohrt, um elektrische Verbindungen zwischen den verschiedenen PCB-Mehrschichtsystemen herzustellen. Anschließend wird durch chemisches Plattieren eine Kupferschicht auf die Lochwände aufgebracht, wodurch leitfähige Verbindungen zwischen den Schichten entstehen. Dieser Schritt wirkt sich direkt auf die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindungen aus.
Herstellung von Außenschichtschaltungen
Der Prozess für die äußere Schicht ähnelt dem für die inneren Schichten. Mittels Fotolithografie wird das Muster übertragen, anschließend werden die äußeren Schaltkreise geätzt. Nach diesem Schritt ist die Schaltung der Platine nahezu fertig.
Lötstopplack und Siebdruck
Eine Schicht Lötstopplack wird auf die Platinenoberfläche aufgetragen, um die nicht zu lötenden Bereiche vor Verunreinigungen oder Kurzschlüssen zu schützen. Anschließend werden im Siebdruckverfahren Markierungen für die Bauteilplatzierung, Firmenlogos und andere Kennzeichnungen angebracht.
Oberflächenbearbeitung
Abschließend werden die freiliegenden Padbereiche einer Oberflächenveredelung unterzogen. Gängige Verfahren sind ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) und HASL (Hot Air Solder Leveling). Diese Veredelungen verbessern die Lötbarkeit, verhindern Oxidation und erhöhen die Korrosionsbeständigkeit.
Über PCBasic
Zeit ist Geld in Ihren Projekten – und PCBasic versteht es. PCGrundlagen ist eine Unternehmen für Leiterplattenbestückung das jedes Mal schnelle, einwandfreie Ergebnisse liefert. Unsere umfassende PCB-Bestückungsdienstleistungen Wir bieten Ihnen bei jedem Schritt kompetente technische Unterstützung und gewährleisten so höchste Qualität bei jedem Board. Als führender Hersteller von Leiterplattenbestückungen, Wir bieten eine Komplettlösung, die Ihre Lieferkette optimiert. Arbeiten Sie mit unseren fortschrittlichen PCB-Prototypenfabrik für schnelle Bearbeitungszeiten und hervorragende Ergebnisse, auf die Sie sich verlassen können.
Auswahl des richtigen Herstellers für Ihre Multilayer-Leiterplatte
Die Wahl eines erfahrenen Herstellers von Mehrschicht-Leiterplatten ist entscheidend für die Qualität, Lieferzeit und Leistung Ihrer Leiterplatten. Die Fähigkeiten des Herstellers wirken sich direkt auf die Stabilität Ihres Produkts und den Gesamtfortschritt des Projekts aus. Berücksichtigen Sie bei der Partnerauswahl folgende Aspekte:
• Fähigkeiten: Können sie komplexe mehrschichtige Leiterplattendesigns unterstützen, einschließlich HDI und Fine-Pitch?
• Zertifizierungen: ISO 9001, IPC-Standards, RoHS-Konformität
• Ausrüstung: Moderne Einrichtungen für Laserbohren, Röntgenregistrierung und AOI-Inspektion
• Lieferzeit: Schnelle Bearbeitungszeit für Prototyping und Produktion
• Unterstützung: Technisches Feedback und Überprüfung des Designs mehrschichtiger Leiterplatten
Ein zuverlässiger Hersteller kann Ihnen dabei helfen, die Herstellung Ihrer mehrschichtigen Leiterplatten zu optimieren und die Markteinführungszeit zu verkürzen.
Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten bei PCBasic
Bei PCBasic konzentrieren wir uns auf die hochpräzise Fertigung von Mehrschicht-Leiterplatten mit über 10 Jahren Erfahrung in Engineering und Projektmanagement. Dank unserer modernen Ausrüstung und unseres qualifizierten Teams liefern wir zuverlässige Mehrschicht-Leiterplattenlösungen für Branchen wie Medizin, Automobil, Industriesteuerung und Unterhaltungselektronik.
Warum PCBasic für mehrschichtige Leiterplatten wählen?
Starkes technisches Team
Unsere PCB-Design- und Projektteams verfügen jeweils über mehr als 10 Jahre Erfahrung. Wir arbeiten außerdem mit Doktorandenteams führender Universitäten zusammen, um das Design mehrschichtiger PCBs und die Materialleistung zu verbessern.
Flexible Produktionskapazität
• Fabrik in Shenzhen: Ideal für die Prototypenentwicklung mehrschichtiger Leiterplatten mit hoher Mischung und geringem Volumen.
• Huizhou-Fabrik: Entwickelt für die kostengünstige Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten in großen Mengen.
Unterstützung bei der internen Fertigung
Wir verfügen über eigene Produktionslinien für Schablonen und Vorrichtungen, bieten CNC-Präzisionsbearbeitung und liefern Schablonen innerhalb einer Stunde. Dies beschleunigt und unterstützt die Montage komplexer Multilayer-Platinen.
Zuverlässige Komponentenversorgung
Unser intelligentes Zentrallager stellt sicher, dass alle Komponenten original und vorrätig sind. Mit unserem Stücklistenimport per Mausklick und unserem Sofortangebotssystem können Kunden den Herstellungsprozess mehrschichtiger Leiterplatten problemlos verwalten.
Zertifizierte Qualitätssicherung
PCBasic ist ein nationales Hightech-Unternehmen mit Zertifizierungen wie ISO 13485, IATF 16949, ISO 9001, ISO 14001 und UL. Wir sind IPC-Mitglied und besitzen über 20 Patente im Bereich Qualitätsprüfung und Produktionsmanagementsysteme.
Egal, ob Sie einen 4-Lagen-Prototyp oder einen 12-Lagen-Produktionsauftrag benötigen, PCBasic ist Ihr zuverlässiger Partner für die schnelle, zuverlässige und skalierbare Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten.
Fazit
In der heutigen schnelllebigen und hochintegrierten Elektronikindustrie sind mehrschichtige Leiterplatten zu einer Kerntechnologie geworden. Dank ihrer höheren Schichtdichte und besseren elektrischen Leistung werden mehrschichtige Leiterplatten in vielen elektronischen Produkten eingesetzt – von Verbrauchergeräten bis hin zu Industriesystemen.
Um sie erfolgreich einzusetzen, benötigen Sie den richtigen Ansatz. Das bedeutet ein korrektes Multilayer-PCB-Design, einen gut geplanten Aufbau und einen zuverlässigen Multilayer-PCB-Herstellungsprozess.
Unabhängig davon, ob Sie an einer 4-lagigen Leiterplatte für ein tragbares Gerät oder an einem 12-lagigen Server-Motherboard arbeiten, ist die Wahl der richtigen Strategie für mehrlagige Leiterplatten und des richtigen Fertigungspartners der Schlüssel zum Erfolg Ihres Projekts.
