Herstellung von 14-lagigen Leiterplatten

Da elektronische Produkte immer mehr Funktionen und höhere Datenraten integrieren, werden die Leiterplattenstrukturen immer komplexer. A 14-lagige Leiterplatte bietet zusätzliche Routing-Ressourcen, eine verbesserte Stromverteilung und eine bessere Signalisolierung als 8-lagig or 12-lagige Leiterplatten.

Diese Platinen sind häufig zu finden in:

• KI-Server
• Hochleistungsrechner
• Telekommunikationsgeräte
• Netzwerk-Switches
• Luft- und Raumfahrtelektronik
• Industrielle Kontrollsysteme
• Medizinische Bildgebungsgeräte

Im Vergleich zu Leiterplatten mit geringerer Lagenanzahl bieten 14-lagige Leiterplatten folgende Vorteile:

• Höhere Routing-Dichte
• Hervorragende Signalintegrität
• Bessere EMI-Unterdrückung
• Verbesserte Stromversorgungsintegrität
• Erhöhte Gestaltungsfreiheit

TOPFAST bietet die Prototypen- und Serienfertigung für komplexe mehrschichtige Leiterplattenprojekte an, einschließlich technischer Unterstützung und DFM-Prüfung.

Warum eine 14-lagige Leiterplatte verwenden?

Unterstützung für Routing mit hoher Dichte

Große BGAs, DDR-Speicherbusse und Hochgeschwindigkeitsschnittstellen erfordern zusätzliche Routing-Kanäle.

Eine 14-lagige Struktur hilft Entwicklern:

• Größe der Leiterplatte reduzieren
• Verbesserung der Flexibilität bei der Bauteilplatzierung
• Unterstützung komplexer Prozessorarchitekturen

Hervorragende Signalintegrität

Mehrere Massebezugsebenen helfen dabei:

• Übersprechen minimieren
• Reflexionen reduzieren
• Rückleitungswege verbessern
• Differentialpaare stabilisieren

Weiterführende Literatur: Leitfaden zum Aufbau von Leiterplatten

Bessere Stromversorgungsintegrität

Zusätzliche Strom- und Masseebenen verbessern:

• Spannungsstabilität
• Rauschunterdrückung
• Schaltleistung

Dies gewinnt zunehmend an Bedeutung für:

• CPUs
• FPGAs
• KI-Beschleuniger

Geringere elektromagnetische Störungen

Spezielle Abschirmschichten tragen dazu bei, Folgendes zu reduzieren:

• EMI-Emissionen
• Strahlungsrauschen
• Signal-Kopplung

Weiterführende Literatur: Erläuterung der Impedanzsteuerung bei Leiterplatten

Typischer 14-lagiger Leiterplattenaufbau

Eine gängige Schichtaufbau-Anordnung ist:

L1   Signal
L2   Erdung
L3   Signal
L4   Erdgeschoss
L5   Signal
L6   Leistung
L7   Erdung
L8   Erdgeschoss
L9   Leistung
L10  Signal
L11  Erdung
L12  Signal
L13  Erdgeschoss
L14  Signal

Vorteile:

• Hervorragende Impedanzsteuerung
• Verbessertes EMV-Verhalten
• Starke Signalisolierung
• Ausgewogene mechanische Konstruktion

Alternative Schichtaufbauten können für folgende Zwecke optimiert werden:

• Digitale Hochgeschwindigkeitssysteme
• HF-Anwendungen
• HDI-Platten
• Hochstrom-Leistungselektronik

Weiterführende Literatur: Materialauswahl für Hochfrequenz-Leiterplatten

Spezifikationen für 14-lagige Standard-Leiterplatten

Parameter	Fähigkeit
Anzahl der Schichten	14 Lagen
Material	FR4, FR4 mit hoher Glasübergangstemperatur, Rogers
Kupfer Gewicht	0.5–4 oz
Dicke der Platte	1.2–4.5 mm
Minimaler Abstand/Raum	3/3 mil
Mindestbohrdurchmesser	0,15 mm
Oberfläche	ENIG, HASL, OSP, Immersionsversilberung
Gesteuerte Impedanz	Unterstützt
IPC-Norm	IPC-Klasse 2 / IPC-Klasse 3

Materialauswahl

Standard FR4

Geeignet für:

• Industrieelektronik
• Eingebettete Systeme
• Netzwerkprodukte

FR4 mit hoher Glasübergangstemperatur

Empfohlen für:

• Kfz-Elektronik
• Bleifreie Montage
• Umgebungen mit hohen Temperaturen

Zu den Vorteilen gehören:

• Verbesserte thermische Stabilität
• Geringeres Risiko der Delaminierung
• Höhere langfristige Zuverlässigkeit

Weiterführende Literatur: Ursachen und Vorbeugung von Delamination bei Leiterplatten

Rogers-Materialien

Häufig verwendet in:

• Funkkommunikation
• Radaranlagen
• Mikrowellenschaltungen

Zu den typischen Materialien gehören:

• RO4350B
• Rohde & Schwarz 4003C
• RO3003

Weiterführende Literatur: Materialauswahl für Hochfrequenz-Leiterplatten

Anwendungsbereiche von 14-lagigen Leiterplatten

KI-Server und Rechenzentren

Moderne KI-Systeme erfordern:

• Hochgeschwindigkeitsverbindungen
• Kompakte BGA-Gehäuse
• Mehrere Stromversorgungsbereiche

14-lagige Leiterplatten bieten ausreichende Routing-Ressourcen und eine hohe elektrische Leistungsfähigkeit.

Telekommunikationsgeräte

Zu den Anwendungsbereichen gehören:

• 5G-Infrastruktur
• Optische Übertragungssysteme
• Kernnetzwerkausrüstung

Diese Systeme erfordern:

• Kontrollierte Impedanz
• Geringe Einfügungsdämpfung
• Hervorragende EMI-Leistung

Luft- und Raumfahrtelektronik

Anforderungen in der Luft- und Raumfahrt:

• Hohe Zuverlässigkeit
• Vibrationsfestigkeit
• Thermische Stabilität

Medizinische Bildgebungssysteme

Für medizinische Geräte gilt:

• Stabile Signalübertragung
• Geräuscharm
• Langfristige Zuverlässigkeit

Industrielle Automatisierung

Industriesteuerungen profitieren von:

• Verbesserte Stromversorgungsintegrität
• Verbesserte EMV-Leistung
• Höhere Zuverlässigkeit

Herausforderungen bei der Herstellung von 14-lagigen Leiterplatten

Im Vergleich zu 8- oder 10-lagigen Leiterplatten sind 14-lagige Strukturen in der Herstellung komplexer.

Genauigkeit der Lagepassung

Die Ausrichtung der inneren Schicht gewinnt zunehmend an Bedeutung.

Eine schlechte Ausrichtung kann folgende Probleme verursachen:

• Fehlfunktionen
• Impedanzschwankungen
• Signalunterbrechungen

Weiterführende Literatur: Fehleranalyse bei Leiterplatten-Durchkontaktierungen

Steuerung des Laminierprozesses

Mehrere Laminierzyklen erfordern eine präzise Steuerung folgender Faktoren:

• Temperatur
• Druck
• Harzfluss

Eine unsachgemäße Steuerung kann zu folgenden Problemen führen:

• Delaminierung
• Innere Hohlräume
• Probleme mit der Zuverlässigkeit

Weiterführende Literatur: Ursachen und Vorbeugung von Delamination bei Leiterplatten

Verformungskontrolle

Dickere Mehrschichtstrukturen sind anfälliger für:

• Verbeugen und drehen
• Thermische Verformung
• Mechanische Beanspruchung

Weiterführende Literatur: PCB-Verformung und Reflow-Verformung

Überlegungen zur Gestaltung

Entwurf des Leiterplattenaufbaus

Die Stapelplanung wirkt sich aus auf:

• Signalintegrität
• Stromintegrität
• Fertigungsfähigkeit

Interner Link: Leitfaden zum Aufbau von Leiterplatten

Gesteuerte Impedanz

Zu den typischen Impedanzwerten gehören:

Schnittstelle	Typische Impedanz
Ethernet	100 Ω Differential
PCIe	85 Ω Differential
USB	90 Ω Differential
DDR	40–60 Ω Single Ended

Weiterführende Literatur: Erläuterung der Impedanzsteuerung bei Leiterplatten

Via Zuverlässigkeit

Leiterplatten mit hoher Schichtenanzahl belasten die plattierten Durchkontaktierungen stärker.

Zu den gestalterischen Aspekten gehören:

• Seitenverhältnis
• Kupferdicke
• Qualität der Lochwand

Weiterführende Literatur: Fehleranalyse bei Leiterplatten-Durchkontaktierungen

Auswahl des Materials

Bei der Materialauswahl sollte Folgendes berücksichtigt werden:

• Anforderungen an die Frequenz
• Wärmeleistung
• Zuverlässigkeitsziele

Weiterführende Literatur: Materialauswahl für Hochfrequenz-Leiterplatten

14-lagige Leiterplatte vs. 12-lagige Leiterplatte

Merkmal	12-lagige Leiterplatte	14-lagige Leiterplatte
Routing-Dichte	Sehr hoch	Höher
Signalintegrität	Ausgezeichnet	Überlegen
Integrität der Stromversorgung	Ausgezeichnet	Besser
EMI-Leistung	Ausgezeichnet	Hervorragend
Komplexität in der Fertigung	Hoch	Höher
Typische Anwendungen	Netzwerke, Telekommunikation	KI-Server, Luft- und Raumfahrt

Weiterführende Literatur: Herstellung von 12-lagigen Leiterplatten

So bestellen Sie eine maßgeschneiderte 14-lagige Leiterplatte

Häufig gestellte Fragen

Schlussfolgerung

Eine 14-lagige Leiterplatte bietet die für moderne elektronische Systeme erforderliche Verdrahtungsdichte, elektrische Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit.

Dank optimiertem Schichtaufbau, kontrollierter Impedanz, richtiger Materialauswahl und robusten Fertigungsprozessen ermöglichen 14-lagige Leiterplatten die Entwicklung von KI-Servern, Telekommunikationsinfrastruktur, Luft- und Raumfahrtsystemen und anderen anspruchsvollen Anwendungen.