12-lagige Leiterplattenfertigung: Schichtaufbau, Leistungsfähigkeit und Kosten

Highleap Electronics fertigt 12-lagige Leiterplatten von Prototypen bis zur Serienproduktion auf derselben robusten Fertigungslinie, auf der auch Leiterplatten mit bis zu 60 Lagen hergestellt werden. Ingenieure greifen üblicherweise auf 12 Lagen zurück, wenn bei einem 10-lagigen Aufbau der Platz für Leiterbahnen oder Referenzebenen für Hochgeschwindigkeitsbusse, dichte BGA-Bauteile oder separate Stromversorgungsdomänen nicht mehr ausreicht. Zwölf Lagen schaffen diesen Platz und ermöglichen gleichzeitig die Verwendung von Durchsteckmontage, was oft einfacher ist, als dasselbe Design mit gestapelten Mikro-Vias auf weniger Lagen umzusetzen.

Diese Seite beschreibt die von uns am häufigsten verwendeten Lagenaufbauten, unsere Fertigungsmöglichkeiten, die Materialauswahl, die relevanten Steuerungselemente bei dieser Lagenanzahl und die Preisfaktoren. Wenn Sie sich noch nicht sicher sind, ob Ihr Produkt zwölf Lagen benötigt, finden Sie hier Anwendungsbeispiele für 12-Lagen-Leiterplatten . Kurze Antworten auf häufig gestellte Fragen von Käufern finden Sie in den FAQ zu 12-Lagen-Leiterplatten.

12-lagige Leiterplattenaufbauoptionen ab 1.6 mm Dicke

Die meisten 12-lagigen Leiterplatten verwenden eine von zwei Anordnungen: sechs Signalebenen mit sechs Leiterbahnen oder acht Signalebenen mit vier Leiterbahnen. Die Wahl der Anordnung beeinflusst die Signalqualität und den verfügbaren Platz für die Leiterbahnführung. Sie sollte vor Beginn des Layouts festgelegt werden, da sie alle Impedanzberechnungen auf der Leiterplatte bestimmt.

Die Sechs-Ebenen-Variante ordnet jeder Signalebene eine benachbarte Referenzebene zu, was die Impedanzkontrolle vereinfacht und kurze Rückwege ermöglicht. Sie eignet sich für Leiterplatten mit vielen Hochgeschwindigkeitsschnittstellen. Die Vier-Ebenen-Variante fügt zwei Routing-Ebenen hinzu, indem Signalebenen zwischen Ebenen gepaart werden. Orthogonales Routing kann die Kopplung in Hauptrichtung reduzieren, jedoch sind weiterhin ausreichende dielektrische Trennung, Referenzebenen und Kanalsimulationen erforderlich. Die hier dargestellten Ebenen-Funktions-Zuordnungen sind beispielhaft und keine freigegebenen Fertigungs-Stackups. Dielektrische Dicke, Kupfergewicht und Kupferverteilung müssen um die Mittelebene herum ausbalanciert sein; die Beschriftungen allein gewährleisten keine mechanische Symmetrie. Das Acht-Signal-Beispiel umfasst aufeinanderfolgende Signalebenen, die eine sorgfältige Referenzebenenabstände und eine Analyse des Übersprechens erfordern.

Die allgemeinen Regeln für diese Entscheidungen finden Sie in unserem Leitfaden zum Leiterplattenaufbau . Wenn Sie die Anzahl der Lagen vergleichen, zeigen die 10-Lagen-Aufbauanordnungen und unsere Seite zu 16-Lagen-Leiterplatten, welche Änderungen sich bei einer Lagenanzahl nach unten bzw. oben ergeben.

Wie viele Signalebenen hat eine 12-lagige Leiterplatte?

Üblicherweise sechs oder acht. Sechs Signalebenen mit sechs Datenebenen bieten mehr Sicherheit hinsichtlich der Signalintegrität. Acht Signalebenen mit vier Datenebenen ermöglichen zwar eine größere Leiterbahnfläche, platzieren aber zwei Signalebenen zwischen jedem Datenebenenpaar. Ein Design mit zehn Signalebenen und nur zwei Datenebenen ist zwar theoretisch möglich, erfüllt aber selten die Impedanz- oder EMV-Vorgaben und erfordert in der Regel eine höhere Lagenanzahl.

Ist eine 12-lagige Leiterplatte immer 1.6 mm dick?

Die gängigste Enddicke von 1.6 mm ist üblich, da sie mit Standardsteckverbindern und Kartenführungen kompatibel ist. 12-lagige Leiterplatten werden jedoch auch mit 2.0 mm, 2.4 mm oder mehr gefertigt, insbesondere bei Verwendung von dickeren Kupferleitern oder Press-Fit-Steckverbindern. Der Bereich von 0.2 bis 8 mm auf unserer Leistungsseite deckt unser gesamtes Portfolio an starren Leiterplatten ab; er stellt jedoch keine garantierte Dicke für 12-lagige Konstruktionen dar. Eine dickere Leiterplatte erhöht das Seitenverhältnis der kleinsten Durchkontaktierung, daher sollten Bohrungsgröße und Dicke gemeinsam geprüft werden.

Fertigungskapazität für 12-lagige Leiterplatten

Zwölf Lagen liegen innerhalb unserer Fertigungslinie für starre Leiterplatten, die für 60 Lagen ausgelegt ist. Die folgenden Angaben stammen aus unseren veröffentlichten Fertigungskapazitäten für starre Leiterplatten. Es handelt sich um Prozessgrenzen; daher sollte eine Leiterplatte, die mehrere dieser Grenzen kombiniert, vor der Angebotserstellung individuell geprüft werden.

Bei einer 12-lagigen Leiterplatte beeinflussen sich die Toleranzen gegenseitig. Bei Verwendung des Bohrlochdurchmessers ergibt sich ein Verhältnis von 1.6 / 0.15 von etwa 10.7:1, während 3.2 / 0.15 etwa 21.3:1 entspricht und damit den veröffentlichten Grenzwert von 20:1 überschreitet. Weder der minimale Bohrlochdurchmesser noch das maximale Verhältnis sollten ohne Überprüfung der Beschichtung als realisierbar angenommen werden. Feine Leiterbahnen und Abstände lassen sich auf dünnem Kupfer der inneren Lagen leichter realisieren als auf dickem Kupfer. Die vollständige Liste der Toleranzen finden Sie in unserer Tabelle für starre Leiterplatten.

Kann eine 12-lagige Leiterplatte Blind- und vergrabene Durchkontaktierungen verwenden?

Ja. Blind-Vias verbinden eine äußere mit inneren Lagen, Buried-Vias verbinden nur innere Lagen, und Laser-Mikro-Vias erreichen eine Dicke von bis zu 0.075 mm. Die erforderliche Laminierungs- und Bohrsequenz hängt von der Via-Architektur ab; mehrere Bereiche können sich einen Prozessschritt teilen. Sequenzielle Fertigung kann die Kosten und die Lieferzeit erhöhen. Viele 12-Lagen-Designs werden als einfache Durchsteckmontage realisiert. Blind- und Buried-Vias sollten nur dann verwendet werden , wenn BGA-Breakout oder die Leiterplattenfläche dies erfordern.

Materialien für 12-lagige Leiterplatten

Die Materialwahl für eine 12-lagige Leiterplatte hängt von zwei Faktoren ab: der Wärmeentwicklung während der Laminierung und der bleifreien Montage sowie dem Signalverlust, den Ihre schnellsten Schnittstellen tolerieren können. Da das Laminat einen Großteil der Leiterplattenkosten ausmacht, ist es ratsam, das Material anhand dieser beiden Kriterien auszuwählen, anstatt sich für das teuerste zu entscheiden.

• Hohe Tg FR-4 ist der übliche Ausgangspunkt für 12-Lagen-Leiterplatten. Für die Zuverlässigkeit des Reflow-Lötens sollten Sie die Glasübergangstemperatur (Tg) zusammen mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) in Z-Richtung, der Zersetzungstemperatur (Td), der Zeit bis zur Delamination, der Feuchtigkeitsbeständigkeit und dem Montageprofil bewerten; die Tg allein garantiert keine Zuverlässigkeit der durchkontaktierten Löcher. Siehe unsere Hinweise zu Laminate mit hohem Tg.
• Laminate mit geringen und sehr geringen Verlusten werden eingesetzt, wenn bei langen Hochgeschwindigkeitsstrecken auf dem Standard-FR-4-Band zu viel Signal verloren ginge. Optionen und Kompromisse werden in … behandelt. Materialien für Leiterplatten mit hoher Lagenzahl.
• Hybrid-Stackups Wir bringen HF-Laminat auf den benötigten Lagen und FR-4 auf den übrigen Lagen an, was die Kosten bei Mixed-Signal-Leiterplatten niedrig hält. Wir bauen Rogers- und FR-4-Hybrid-Stackups wenn eine Konstruktion dies erfordert.

Welchen Tg-Wert sollte eine 12-lagige Leiterplatte haben?

Ein bleifreikompatibler FR-4-Leiterplattentyp mit hoher Glasübergangstemperatur (Tg) ist ein gängiger Ausgangspunkt. Die Lagenanzahl allein bestimmt jedoch nicht die erforderliche Tg. Prüfen Sie Tg, Td, Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) in Z-Richtung und Delaminierungsverhalten in Abhängigkeit von der Leiterplattendicke, der Geometrie der Durchkontaktierungen, den Reflow-Zyklen und der Betriebstemperatur. Geben Sie bei der Anforderung des Lagenaufbaus das Bestückungs- und Nacharbeitsprofil an.

Wie wir Registrierung, Impedanz und Durchkontaktierungszuverlässigkeit auf 12 Schichten steuern

Die meisten Defekte in 12 Lagen lassen sich auf drei Ursachen zurückführen: falsch ausgerichtete innere Lagen, Impedanzdrift und schwache Durchkontaktierungen. Unsere Prozesskontrollen zielen auf jede dieser Ursachen ab.

Kosten einer 12-lagigen Leiterplatte: Was beeinflusst den Preis?

Der Preis einer 12-lagigen Leiterplatte hängt stärker von ihrer Fertigung als von der Lagenanzahl ab. Zwei gleich große 12-lagige Leiterplatten können sich preislich um ein Vielfaches unterscheiden, je nach den Anforderungen der Zeichnung.

• Laminierzyklen: Bei einer Durchsteckmontage wird die Durchkontaktierung einmalig durchgeführt. Blind- und vergrabene Via-Architekturen können zusätzliche Prozessschritte erfordern; die Anzahl der Zyklen hängt von der gesamten Montagesequenz ab, nicht nur von der Anzahl der Via-Spannen.
• Material: Verlustarme und HF-Laminate sind deutlich teurer als FR-4 mit hoher Glasübergangstemperatur (Tg), und ein hybrider Schichtaufbau begrenzt diese Kosten auf die Schichten, die sie benötigen.
• Bohr- und Via-Funktionen: Kleine Bohrungen, hohe Aspektverhältnisse, Rückbohrungen und gefüllte oder verschlossene Via-in-Pads erfordern jeweils zusätzliche Prozessschritte.
• Impedanz und Messbereich: Viele Impedanzkontrollstrukturen bedeuten mehr Aufwand bei der Couponentwicklung und -messung.
• Ausführung, Plattenverwendung und Menge: ENEPIG und Hartgold sind teurer als ENIG. Der Stückpreis hängt davon ab, wie gut die Kontur das Produktionsfeld ausfüllt und wie hoch die Bestellmenge ist.

Ist eine 12-lagige Leiterplatte wesentlich teurer als eine 10-lagige Leiterplatte?

Bei durchkontaktierten Leiterplatten ist der Unterschied in der Regel gering. Der Wechsel von 10 auf 12 Lagen erfordert zusätzliche Kupfer- und Dielektrikumsverarbeitung; die Kernanordnung, das Bohren und die Laminierungsreihenfolge hängen vom Design ab. Die größten Kostensteigerungen ergeben sich durch die sequentielle Laminierung und Spezialmaterialien. Eine durchkontaktierte 12-Lagen-Leiterplatte kann daher günstiger sein als eine 10-Lagen-Leiterplatte, die Blind-Vias benötigt, um die gleiche Leiterbahnführung zu realisieren.

Was Sie für ein Angebot für eine 12-lagige Leiterplatte angeben müssen

Ein vollständiges Datenpaket ermöglicht eine schnelle Angebotserstellung und reduziert Rückfragen. Highleap wirbt mit einem Angebotsservice innerhalb von zwei Stunden; komplexe Stackups, spezielle Materialien oder unvollständige Daten können eine zusätzliche technische Prüfung erfordern, bevor Preis und Liefertermin bestätigt werden. Fehlende Angaben, meist die Impedanztabelle oder der Stackup, sind in der Regel die Ursache für eine verzögerte Angebotserstellung.

• Fertigungsdaten: Gerber- oder ODB++-Dateien, Bohrdateien mit einer Via-Strukturtabelle und dem Platinenumriss.
• Aufstapeln: Ihre Schichtaufbauzeichnung oder die fertige Dicke und Schichtreihenfolge, damit wir Ihnen einen Vorschlag unterbreiten können.
• Impedanztabelle: Zielwerte, Toleranz, Leiterbahnbreite und Referenzebenen für jede kontrollierte Struktur.
• Material und Verarbeitung: Laminat oder erforderliche Tg- und Verlustklasse, Kupfergewichte und Oberflächenbeschaffenheit.
• Annahme: IPC-Klasse, etwaige Anforderungen an Rückbohrungen oder Via-in-Pads sowie die Mengen und Termine für Prototyp und Produktion.

Falls das Layout noch nicht endgültig festgelegt ist, senden Sie es trotzdem ein. Eine DFM-Prüfung in dieser Phase kann einen unausgewogenen Stapelaufbau oder einen zu engen Ringspalt aufdecken, solange die Korrektur noch kostengünstig ist.

Kann Highleap auch die 12-lagigen Platinen bestücken?

Ja. SMT- und Durchsteckmontage, Bauteilbeschaffung und -prüfung können integriert werden. Gehäuseabstand, Bauteilgröße und AOI/Röntgenprüfung werden anhand der Stückliste und der Montagedaten überprüft. Bei der Komplettmontage übernimmt ein einziger Lieferant die Leiterplatte, die Bauteilbeschaffung und die Montage. So lässt sich ein Ausbeuteproblem direkt auf seine Ursache zurückführen, ohne dass ein Wechsel zwischen verschiedenen Lieferanten erforderlich ist.