Die Messung der Leiterplattendicke gehört zu den wichtigsten Messungen in der Elektronikfertigung. Sie beeinflusst die Geräteleistung und die Herstellungskosten. Erfahren Sie, was Leiterplattendicke wirklich ist.
Was ist die Standard-Leiterplattendicke?
Eine PCB-Standarddicke: 2-lagiger PCB-Stapel
Obwohl es keinen Industriestandard für die Dicke von Leiterplatten gibt, haben sich bestimmte Dicken durchgesetzt.
Die meisten Leiterplatten sind 1.6 mm dick (0.063 Zoll). Das ist die Standarddicke für alles, von Computer-Motherboards bis hin zu Haushaltsgeräten.
Sie fragen sich sicher, warum 1.6 mm? Diese Dicke bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Flexibilität, ohne zu viel zu kosten. Ingenieure wissen, dass sie ausreichend mechanische Festigkeit bietet, ohne die Dinge zu sperrig zu machen.
Gängige PCB-Dickenoptionen
Am häufigsten wird 1.6 mm Dicke verwendet. Das ist die gängigste Dicke. Leiterplattenhersteller haben aber auch eine Reihe anderer Optionen. Sie bieten diese zusätzlichen Optionen an. So können sie spezifische Designanforderungen erfüllen. Bei superdünnen Bauteilen ist 0.4 mm Dicke üblich. Das eignet sich hervorragend für flexible Elektronik. Es wird auch bei winzigen Geräten wie Smartphones verwendet. Dann gibt es noch 0.8 mm Dicke.
Diesen findet man häufig in kleineren Geräten, zum Beispiel in Smartwatches. Auch einige medizinische Geräte verwenden ihn. Bei Kreditkarten mit Chips wird 1.0 mm verwendet, ebenso bei bestimmten tragbaren elektronischen Geräten. Und viele alltägliche Verbrauchergeräte verwenden 1.2 mm. Dies gilt insbesondere dann, wenn Platzersparnis wichtig ist.
Natürlich ist 1.6 mm immer noch die Standardstärke. Für die meisten Anwendungen wird sie von allen verwendet. Aber was, wenn Sie etwas Robusteres brauchen? Oder vielleicht etwas Steiferes? Hersteller bieten 2.0 mm für etwas mehr Steifigkeit an. Für besonders hohe Beanspruchung sind 2.4 mm die richtige Wahl. Und für wirklich anspruchsvolle Anwendungen sollten Sie dickere Platten verwenden. Wir sprechen hier von 3.2 mm. Diese werden beispielsweise für Netzteile verwendet. Oder für große Industriemaschinen, die einiges aushalten müssen. Sie sehen also, es gibt eine große Auswahl. Es hängt nur davon ab, was Ihr Projekt benötigt!
Zweitens müssen Sie verstehen, wie sich die Dicke auf bestimmte Anwendungen auswirkt, z. B. wie dick Leiterplatten für Autos benötigt werden. Für moderne Telefone hingegen werden dünne Leiterplatten benötigt.
PCB-Schichtaufbau und seine Beziehung zur Dicke
Die Dicke einer Leiterplatte hängt von der Lagenanzahl und dem Stapelaufbau ab. Dies macht sich im Leiterplattendesign bemerkbar.
Einfache 2-Lagen-Leiterplatten haben eine Dicke von 1.0 mm bis 1.6 mm. Der Aufbau ist beeindruckend: Das Kernmaterial besteht aus FR-4, mit zwei miteinander verlöteten Kupferschichten, und der Siebdruck befindet sich außen.
Wir sehen immer noch eine PCB-Dicke von 1.6 mm für einen 4-Lagen-Stapel, aber die innere Struktur wird komplexer. Es gibt mehrere Kernschichten, Prepreg-Schichten und Kupferschichten.
Für manche Anwendungen ist ein 2.0-mm-Schichtaufbau erforderlich. Der sechsschichtige Schichtaufbau ist komplizierter, daher ist die Signalintegrität wichtig.
Der größte Fehler besteht darin, dass Designer die Anzahl der Lagen wählen, ohne zu berücksichtigen, wie sich dies auf die Gesamtdicke auswirkt. Obwohl Lagenanzahl und -dicke miteinander verknüpft sind, ist dies nicht leicht zu erkennen, da Hersteller die Dicke jeder Lage an die Dicke der Platine anpassen können.
Überlegungen zur Dicke bei der Leiterplattenherstellung
Die Herstellung von Leiterplatten unterschiedlicher Dicke ist eine Herausforderung. Bei dünnen Platten (unter 0.8 mm) kann es während der Produktion zu Verformungen kommen. Berücksichtigen Sie die Fertigungsgrenzen bei Ihrem Design.
Die Leiterplattendicke wird auch von der Größe des Panels beeinflusst. Die meisten Hersteller verwenden Standard-Panelgrößen wie 18 x 24 Zoll und 18 x 21 Zoll, daher muss die Dicke konstant bleiben.
Grundsätzlich gilt: Dünnere Platinen kosten mehr in der Herstellung, da sie komplexer sind und häufiger ausfallen. Keine Sorge, die höheren Kosten gleichen sich meist durch die Vorteile der geringeren Größe und des geringeren Gewichts aus.
Anwendungsspezifische Dickenanforderungen
Unterschiedliche Verwendungszwecke stellen unterschiedliche Anforderungen. Überlegen Sie sich also, was Sie verwenden werden, und nicht, wie dick Ihre Leiterplatte sein soll.
Consumer Elektronik
In der Unterhaltungselektronik sind Platinen 1.0 mm bis 1.6 mm dick. Diese Dicken eignen sich gut für Smartphones, Tablets und Home-Entertainment-Systeme. Hersteller können ihre Produkte mit 1.0-mm-Platten schlank und leicht gestalten. Laptops und Spielekonsolen, die mehr Stabilität benötigen, können 1.6-mm-Platten verwenden. Ingenieure wissen auch, dass sich XNUMX mm stark für eine gleichmäßige Wärmeverteilung eignen, sodass kompakte Geräte nicht überhitzen.
Automobilindustrie
Für Automobilanwendungen benötigen Sie 1.6 mm bis 2.4 mm. Autos setzen die Elektronik extremen Bedingungen aus, von Motorvibrationen bis hin zu Temperaturschwankungen. Dickere Platinen halten diesen Belastungen stand, ohne zu reißen. Motorsteuergeräte und Sicherheitssysteme benötigen zusätzlichen Schutz. 2.4-mm-Optionen bieten ihnen zusätzlichen Schutz. Darüber hinaus sorgen dickere Platinen für eine bessere Wärmeableitung unter der Motorhaube. Sie helfen bei der Bewältigung der hohen Ströme, die in Automobilanwendungen häufig benötigt werden.
Luft- und Raumfahrt
In der Luft- und Raumfahrt werden je nach Gewichts- und Zuverlässigkeitsanforderungen möglicherweise spezielle Materialstärken verwendet. Raumfahrzeuge und Flugzeuge erfordern Präzision, aber die Zuverlässigkeit darf nicht beeinträchtigt werden. Überlegen Sie, wie Luft- und Raumfahrtingenieure diese konkurrierenden Anforderungen in Einklang bringen, und Sie erhalten Anregungen, wie Ingenieure dies erreichen.
Die Platinen einiger Satellitenkomponenten könnten dünner sein, um beim Start Kosten zu sparen. Die Platinen flugkritischer Systeme müssen jedoch dicker und zuverlässiger sein. In dieser Branche werden oft kundenspezifische Dicken mit speziellen Materialien benötigt, die Strahlung, Vakuumbedingungen und Temperaturschwankungen standhalten.
Medizintechnik
In medizinischen Geräten benötigen Sie möglicherweise ultradünne Platinen für die Implantattechnik oder Standardplatinen für Überwachungsgeräte. Es empfiehlt sich, dünne Platinen (0.4–0.8 mm) für implantierbare Geräte wie Herzschrittmacher zu entwickeln, um Beschwerden zu reduzieren und die Biokompatibilität zu verbessern. Seien Sie bei der Entwicklung geduldig, da sie hohe Präzision erfordern. Für externe medizinische Monitore in Krankenhäusern wird eine Standardplatine mit 1.6 mm Dicke verwendet. Denn interne Geräte müssen miniaturisiert werden, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen, externe Geräte müssen jedoch mit Reinigungschemikalien und Tropfen umgehen.
Industrielle Ausrüstung
Für Industrieanlagen werden dickere Platten (2.0 mm bis 3.2 mm) benötigt, da Fabrikböden Vibrationen, Staub und Chemikalien ausgesetzt sind. Diese dicken Platten sind widerstandsfähiger gegen mechanische Beschädigungen und bieten Stabilität für schwerere Komponenten wie Leistungstransistoren und große Kondensatoren.
Sie sind außerdem dick genug, um Verformungen bei hohen Temperaturen zu verhindern. Die robusten Designs bedeuten weniger Ausfälle für Leiterplattenhersteller, was für industrielle Anwendungen von Bedeutung ist, bei denen Ausfallzeiten Tausende pro Minute kosten.
Kunden haben oft gute Gründe, auf bestimmten Dickenanforderungen basierend auf ihren Anwendungsfällen zu bestehen. Deshalb ist es wichtig, dass Ihr Gerät wie geplant funktioniert und gleichzeitig die physikalischen Einschränkungen erfüllt.
Thermische Überlegungen und PCB-Dicke
Auch die Dicke von Leiterplatten kann das Wärmemanagement beeinflussen. Dickere Leiterplatten können Wärme manchmal besser ableiten, was für die Leistungselektronik von Vorteil ist. Dünnere dielektrische Schichten eignen sich möglicherweise besser für Hochfrequenzanwendungen.
Moderne Elektronik läuft heiß, und das Wärmemanagement ist wichtig für Leistung und Lebensdauer. PCBA-Unternehmen empfehlen oft bestimmte Plattendicken basierend auf Wärmefaktoren.
Wenn Sie Hochleistungsschaltkreise entwerfen, können Ihnen thermische Tests dabei helfen, die am besten geeignete Platinendicke zu ermitteln.
Mechanische Überlegungen und PCB-Dicke
Die physikalischen Eigenschaften werden direkt von der Plattendicke beeinflusst. Dickere Platten sind steifer und halten Belastungen besser stand, während dünnere Platten flexibler sind, aber leichter brechen können.
Es ist wichtig, das richtige Gleichgewicht zwischen physischen Anforderungen und Platzbeschränkungen zu finden. Wenn Sie versuchen, eine Leiterplatte in ein winziges Gehäuse einzuschieben, müssen Sie sicherstellen, dass sie nicht bricht.
Bei der Entwicklung von starrflexiblen Leiterplatten ist der Dickenunterschied zwischen starren und flexiblen Abschnitten entscheidend. Leiterplattendickentabellen helfen Ingenieuren bei der Umstellung.
Signalintegrität und Impedanzkontrolle im Vergleich zur PCB-Dicke
Probleme mit der Signalintegrität nehmen mit der Dünne der Leiterplatten zu, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsdesigns. Dünnere Leiterplatten führen nicht immer zu einer besseren elektrischen Leistung.
Eine Leiterbahn mit kontrollierter Impedanz benötigt eine exakte dielektrische Dicke zwischen den Kupferschichten. Dies ist wichtig, um die Signalqualität zu erhalten und Übersprechen zu verhindern.
Wählen Sie die Platinendicke basierend auf den elektrischen Leistungsanforderungen und physikalischen Einschränkungen. Manchmal kann eine etwas dickere Platine kontrollierte Impedanzen besser verarbeiten und passt dennoch in die Platinenabmessungen.
Richtlinien zur Auswahl der geeigneten Leiterplattendicke
Beginnen Sie damit, die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung zu prüfen:
● Physische Raumgrenzen
● Erwartete mechanische Belastung
● Wärmebedarf
● Anforderungen an die elektrische Leistung
● Fertigungsvolumen und Budget
In der Technik erfordert das Ausbalancieren dieser Faktoren Erfahrung. Sehen Sie sich an, wie sich die Dicke nicht nur auf die Platine selbst, sondern auch auf die Komponentenmontage, das Gehäusedesign und die Platzierung der Anschlüsse auswirkt.
Es mag so aussehen, als gäbe es endlose Möglichkeiten, aber in Wirklichkeit bietet das Festhalten an Standarddicken (insbesondere 1.6 mm) normalerweise die besten Kosten, die beste Leistung und die beste Herstellungsfreundlichkeit.
Wenn Sie diese Entscheidungen treffen, kopieren Sie nicht einfach die Spezifikationen eines anderen Designs, ohne zu verstehen, warum sie erstellt wurden.
Fazit
1.6 mm ist branchenübergreifend nach wie vor die beliebteste Leiterplattendicke. Das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Dicke, Lagenanzahl und Anwendungsanforderungen ist der Schlüssel zum Erfolg beim Leiterplattendesign.
Die Wahl der richtigen Dicke kann Ihnen schon früh im Designprozess später Geld sparen. Leiterplattenhersteller geben Ihnen hilfreiche Tipps zur Dickenwahl.
