Herstellung von 16-lagigen Leiterplatten

Da die Datenraten weiter steigen und elektronische Systeme immer komplexer werden, erfordern Leiterplattenentwürfe zusätzliche Verdrahtungsebenen und eine strengere Kontrolle der Signalintegrität.

A 16-lagige Leiterplatte bietet die für moderne KI-Server, Netzwerkgeräte, Telekommunikationsinfrastruktur, Luft- und Raumfahrtelektronik sowie Hochleistungsrechnersysteme erforderliche Routing-Dichte und elektrische Leistungsfähigkeit.

Im Vergleich zu Leiterplatten mit geringerer Lagenanzahl bieten 16-lagige Leiterplatten folgende Vorteile:

• Extrem hohe Routing-Dichte
• Hervorragende Signalintegrität
• Verbesserte Stromversorgungsintegrität
• Bessere EMI-Unterdrückung
• Größere Gestaltungsfreiheit

TOPFAST unterstützt Prototypen und Serienfertigung durch technische Begutachtung und DFM-Unterstützung bei komplexen mehrschichtigen Leiterplattenprojekten.

Warum sollte man eine 16-lagige Leiterplatte verwenden?

Unterstützung für Bausteine mit hoher Pin-Anzahl

Moderne Prozessoren und FPGAs verfügen oft über Tausende von Pins.

Eine 16-lagige Struktur bietet ausreichende Routing-Ressourcen für:

• Große BGAs
• DDR-Speicherbusse
• PCIe-Schnittstellen
• Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsverbindungen

Hervorragende Signalintegrität

Zusätzliche Bezugsebenen helfen dabei:

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

Diese Eigenschaften sind für digitale Hochgeschwindigkeits-Schaltungen unverzichtbar.

Bessere Stromversorgungsintegrität

Mehrere Stromversorgungs- und Masseebenen bieten:

• Geringere PDN-Impedanz
• Geringeres Schaltgeräusch
• Verbesserte Spannungsstabilität

Dies ist besonders wichtig für:

• CPUs
• GPUs
• KI-Beschleuniger
• FPGAs

Verbessertes EMI-Verhalten

Sechzehnschichtige Strukturen bieten eine hervorragende Abschirmung zwischen den Signalschichten und tragen so dazu bei, Folgendes zu reduzieren:

• Elektromagnetische Strahlung
• Rauschkopplung
• Nebensprechen

Typischer Schichtaufbau einer 16-lagigen Leiterplatte

Eine gängige Schichtungskonfiguration ist:

L1   Signal
L2   Erdung
L3   Signal
L4   Erdgeschoss
L5   Signal
L6   Leistung
L7   Erdung
L8   Signal
L9   Signal
L10  Erdung
L11  Leistung
L12  Signal
L13  Erdgeschoss
L14  Signal
L15  Erdung
L16  Signal

Zu den Vorteilen gehören:

• Stabile Impedanzregelung
• Starke Signalisolierung
• Hervorragende EMI-Unterdrückung
• Ausgewogene mechanische Konstruktion

Alternative Schichtaufbauten können für folgende Zwecke optimiert werden:

• HDI-Designs
• Digitale Hochgeschwindigkeitssysteme
• HF-Anwendungen
• Leistungselektronik

Weiterführende Literatur: Materialauswahl für Hochfrequenz-Leiterplatten

Spezifikationen für standardmäßige 16-lagige Leiterplatten

Parameter	Fähigkeit
Anzahl der Schichten	16 Schichten
Material	FR4, FR4 mit hoher Glasübergangstemperatur, Rogers
Kupfer Gewicht	0.5–6 oz
Dicke der Platte	1.2–5.0 mm
Min. Spurweite/Abstand	3/3 mil
Minimale Bohrgröße	0,15 mm
Oberfläche	ENIG, OSP, HASL, Immersionsversilberung
Gesteuerte Impedanz	Unterstützt
IPC-Norm	IPC-Klasse 2 / IPC-Klasse 3

Materialauswahl

Standard FR4

Geeignet für:

• Industrieelektronik
• Embedded-Computing
• Netzwerkprodukte

FR4 mit hoher Glasübergangstemperatur

Empfohlen für:

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

Zu den Vorteilen gehören:

• Bessere thermische Stabilität
• Verbesserte Zuverlässigkeit
• Geringeres Risiko der Delaminierung

Interner Link: 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

Anwendungsbereiche von 16-lagigen Leiterplatten

KI-Server und Hochleistungsrechner

Moderne KI-Systeme erfordern:

• Umfangreiche Routing-Ressourcen
• Hochgeschwindigkeits-Speicherschnittstellen
• Mehrere Stromversorgungsbereiche

16-lagige Leiterplatten bieten die für diese anspruchsvollen Anwendungen erforderliche elektrische Leistungsfähigkeit.

Telekommunikationsgeräte

Zu den Anwendungsbereichen gehören:

• 5G-Basisstationen
• Optische Kommunikationssysteme
• Core-Netzwerk-Switches

Für diese Produkte gilt Folgendes:

• Kontrollierte Impedanz
• Geringe Einfügungsdämpfung
• Hervorragende Signalintegrität

Luft- und Raumfahrtelektronik

Anforderungen in der Luft- und Raumfahrt:

• Hohe Zuverlässigkeit
• Thermische Stabilität
• Vibrationsfestigkeit

Medizinische Bildgebungssysteme

In der medizinischen Elektronik sind folgende Anforderungen zu beachten:

• Stabile Signalübertragung
• Geringe elektromagnetische Störungen
• Langfristige Zuverlässigkeit

Industrielle Automatisierung

Industriesteuerungen profitieren von:

• Bessere Stromversorgungsintegrität
• Verbessertes EMV-Verhalten
• Höhere Zuverlässigkeit

Herausforderungen bei der Herstellung von 16-lagigen Leiterplatten

Genauigkeit der Lagepassung

Mit steigender Schichtanzahl werden die Passgenauigkeitstoleranzen immer kritischer.

Eine falsche Ausrichtung kann folgende Folgen haben:

• Signalunterbrechungen
• Fehlfunktionen
• Impedanzschwankung

Weiterführende Literatur: Fehleranalyse bei Leiterplatten-Durchkontaktierungen

Mehrere Laminierungszyklen

Leiterplatten mit hoher Lagenanzahl erfordern oft eine sorgfältige Kontrolle folgender Aspekte:

• Druck
• Temperatur
• Harzfluss

Eine unsachgemäße Laminierung kann folgende Folgen haben:

• Delaminierung
• Innere Hohlräume
• Zuverlässigkeitsprobleme

Interner Link: PCB-Herstellungsprozess

Verformungskontrolle

Dickere Mehrschichtstrukturen sind anfällig für:

• Verbeugen und drehen
• Thermische Verformung
• Mechanische Beanspruchung

Bohrungsqualität und Zuverlässigkeit der Beschichtung

Tiefe Durchkontaktierungen erfordern:

• Gleichmäßige Kupferdicke
• Stabile Galvanisierungschemie
• Gute Qualität der Bohrlochwand

Diese Faktoren haben einen starken Einfluss auf die langfristige Zuverlässigkeit.

Wichtige Designüberlegungen

Stapelplanung

Eine optimale Schichtung verbessert:

• Signalintegrität
• Stromintegrität
• EMI-Leistung
• Fertigungsfähigkeit

Interner Link: Leitfaden zum Aufbau von Leiterplatten

Gesteuerte Impedanz

Zu den typischen Impedanzanforderungen gehören:

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

Via Zuverlässigkeit

Zu den gestalterischen Aspekten gehören:

• Seitenverhältnis
• Dicke der Kupferbeschichtung
• Wärmeausdehnung

Auswahl des Materials

Bei der Materialauswahl sollte Folgendes berücksichtigt werden:

• Betriebsfrequenz
• Thermische Anforderungen
• Zuverlässigkeitsziele

16-lagige Leiterplatte im Vergleich zu 14-lagiger Leiterplatte

Merkmal	14-lagige Leiterplatte	16-lagige Leiterplatte
Routing-Dichte	Sehr hoch	Extrem hoch
Signalintegrität	Ausgezeichnet	Überlegen
Integrität der Stromversorgung	Ausgezeichnet	Besser
EMI-Leistung	Hervorragend	Hervorragend
Komplexität in der Fertigung	Hoch	Sehr hoch
Typische Anwendungen	Telekommunikation, KI-Server	HPC, Luft- und Raumfahrt, KI-Plattformen

Weiterführende Literatur: Herstellung von 14-lagigen Leiterplatten

So bestellen Sie eine maßgeschneiderte 16-lagige Leiterplatte

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TOPFAST unterstützt:

✓ High Tg and Rogers materials

✓ Controlled impedance structures

✓ IPC Class 2 and IPC Class 3 production

✓ Prototype and volume manufacturing

✓ Engineering review and DFM support

FAQ

So entscheiden Sie sich zwischen 12-, 14- und 16-lagigen Leiterplatten

Bei der Auswahl einer Mehrschichtstruktur sollten Ingenieure Folgendes berücksichtigen:

Routing-Komplexität

Eine höhere Schichtenanzahl bietet mehr Verdrahtungskanäle für Bauteile mit hoher Pin-Anzahl.

Anforderungen an die Signalintegrität

Anwendungen mit PCIe-, DDR5- und 112G-SerDes-Schnittstellen profitieren häufig von zusätzlichen Referenzebenen.

Integrität der Stromversorgung

Mehr Strom- und Masseebenen verbessern die Leistung des PDN.

Herstellungskosten

Mit steigender Schichtanzahl nehmen auch die Komplexität der Fertigung und die Vorlaufzeit zu.

Schlussfolgerung

Eine 16-lagige Leiterplatte bietet eine außergewöhnliche Verdrahtungsdichte, Signalintegrität und Zuverlässigkeit für moderne elektronische Systeme.

Dank optimierter Schichtanordnung, Materialauswahl, Impedanzsteuerung und robuster Fertigungsprozesse ermöglichen 16-lagige Leiterplatten die Entwicklung von KI-Servern, Telekommunikationsinfrastruktur, Luft- und Raumfahrtsystemen sowie Hochleistungsrechnerplattformen.