Wie viel kostet eine 6-lagige Leiterplatte?

Eine 6-lagige Leiterplatte wird in der Regel dann verwendet, wenn ein 4-lagiges Design nicht mehr genügend Platz für die Leiterbahnführung, die Stromverteilung oder Signalreferenzebenen bietet.

Es kommt häufig vor in:

• Industrielle Steuerungen
• Netzwerkgeräte
• Kfz-Elektronik
• Eingebettete Computersysteme
• Kommunikationsmittel
• Komplexere Unterhaltungselektronik

Das Hinzufügen von zwei Schichten erhöht zwar die Herstellungskosten, doch der Unterschied hängt nicht allein von der Anzahl der Schichten ab.

Eine 6-lagige Leiterplatte aus Standard-FR-4 mit herkömmlichen Durchkontaktierungen und moderaten Designregeln lässt sich relativ unkompliziert herstellen.

Eine Leiterplatte mit denselben Abmessungen kann erheblich teurer werden, wenn sie zudem Material mit hoher Tg, eine hohe Kupferdicke, kontrollierte Impedanz, Blind-Vias oder enge Toleranzen erfordert.

Die relevante Frage lautet daher nicht einfach “How much does a 6 layer PCB cost?”, aber “What does this particular 6 layer construction require?”

Warum macht ein 6-lagige Leiterplatte Kostet das mehr als eine 4-lagige Leiterplatte?

Der offensichtlichste Unterschied sind die zusätzlichen inneren Kupferschichten.

Allerdings steigen die Herstellungskosten, da die gesamte Produktionsstruktur komplexer wird.

Eine 6-lagige Leiterplatte erfordert in der Regel zusätzlich:

• Bildgebung der inneren Schichten
• Prepreg- und Kernmaterialien
• Kaschierung
• Registrierungskontrolle
• Inspektion
• Bohr- und Beschichtungsarbeiten

Die Leiterplatte verbraucht daher mehr Material und erfordert einen höheren Bearbeitungsaufwand als eine herkömmliche 4-lagige Leiterplatte.

Das bedeutet nicht, dass der Preis einfach um 50 % höher ist.

Die Herstellungskosten setzen sich sowohl aus fixen als auch aus variablen Komponenten zusammen, sodass die tatsächliche Differenz stark von der Leiterplattengröße, der Stückzahl, den Materialien und den Fertigungsanforderungen abhängt.

Die Stapelung hat einen erheblichen Einfluss auf die Kosten

Nicht jede 6-lagige Leiterplatte weist denselben Aufbau auf.

Ein typisches Design könnte Folgendes verwenden:

• Schicht 1: Signal
• Ebene 2: Boden
• Schicht 3: Signal
• Schicht 4: Stromversorgung
• Ebene 5: Erdung
• Schicht 6: Signal

Ein anderes Design kann je nach folgenden Faktoren eine andere Anordnung verwenden:

• Hochgeschwindigkeitsschnittstellen
• Stromversorgung
• Impedanz-Zielwerte
• Überlegungen zur elektromagnetischen Störung (EMI)
• Komponentenplatzierung

Der Laminataufbau bestimmt die Art und Dicke der benötigten Kern- und Prepreg-Materialien.

Dies wirkt sich auch auf die Impedanz, die Signalrückwege und die Fertigungstoleranzen aus.

Bei der Bewertung eines Angebots für eine 6-lagige Leiterplatte sollte der Schichtaufbau als Teil der technischen Spezifikation und nicht nur als ein Detail der Beschaffung betrachtet werden. Siehe Entwurf des Leiterplattenaufbaus zu den konstruktiven Überlegungen, die dem mehrschichtigen Aufbau zugrunde liegen.

Die Größe des Boards spielt nach wie vor eine Rolle

Eine größere 6-lagige Leiterplatte verbraucht mehr Laminat und Kupfer.

Die Auslastung der Panels kann diesen Zusammenhang jedoch weniger offensichtlich machen.

Wenn man beispielsweise die Kontur der Leiterplatte um einige Millimeter verändert, passt möglicherweise eine weitere Leiterplatte auf die Fertigungsplatte.

Dadurch lassen sich Materialabfälle reduzieren und die Wirtschaftlichkeit des Auftrags verbessern.

Bei der Fertigungsplanung lohnt es sich daher, die Leiterplattenkontur gemeinsam mit der Fertigungsplatte zu überprüfen, anstatt beide Komponenten getrennt voneinander zu optimieren.

Auswahl des Materials

Standard-FR-4 eignet sich für viele 6-lagige Anwendungen.

Anspruchsvollere Konstruktionen erfordern unter Umständen:

• FR-4 mit hoher Glasübergangstemperatur
• Verlustarme Materialien
• Hochfrequenz-Laminate
• Materialien mit niedrigem CTE

Das Material wirkt sich nicht nur auf das ursprüngliche Angebot aus.

Außerdem wirkt es sich aus auf:

• Thermische Stabilität
• Erweiterung der Z-Achse
• Signalqualität
• Laminierverhalten
• Verlässlichkeit

Für eine herkömmliche industrielle Steuerung kann Standard-FR-4 ausreichend sein.

Bei einer Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsplatine kommt der Materialauswahl eine wesentlich größere Bedeutung zu.

Kupfergewicht und Leistungsanforderungen

Bei vielen 6-lagigen Leiterplatten wird 1 oz Kupfer verwendet, dies hängt jedoch von der jeweiligen Anwendung ab.

Ein höheres Kupfergewicht kann erforderlich sein für:

• Hochstrom-Strompfade
• Stromumwandlung
• Thermisches Management
• Leiter mit geringem Widerstand

Die Auswirkungen auf die Kosten ergeben sich sowohl aus dem Kupferverbrauch als auch aus dem zusätzlichen Aufwands bei der Verarbeitung von schwererem Kupfer.

Ein häufiger Fehler besteht darin, auf jeder Schicht dickes Kupfer vorzusehen, obwohl dies nur für bestimmte Stromversorgungsschichten erforderlich ist.

Bei einer effizienteren Konstruktion können je nach den Möglichkeiten des Fertigungsprozesses unterschiedliche Kupferdicken verwendet werden.

Über „Structure“

Eine herkömmliche 6-lagige Leiterplatte lässt sich oft mit Durchkontaktierungen herstellen.

Dadurch bleibt die Herstellung relativ unkompliziert.

Die Kosten können steigen, wenn die Konstruktion Folgendes erfordert:

• Blinde Durchkontaktierungen
• Vergrabene Durchkontaktierungen
• Mikrobohrungen
• Rückbohren
• Sehr kleine mechanische Bohrungen

So unterscheidet sich beispielsweise eine 6-lagige Leiterplatte mit Standard-Durchkontaktierungen grundlegend von einer 6-lagigen HDI-Konstruktion, auch wenn die Außenabmessungen identisch sind.

Letzteres erfordert zusätzliche Fertigungsschritte und eine strengere Prozesskontrolle.

Deshalb HDI PCB-Herstellung sollte als eigenständige Kostenkategorie betrachtet werden und nicht lediglich als eine weitere Option zur Festlegung der Schichtenanzahl.

Mindestbreite und Mindestabstand der Leiterbahnen

Eine 6-lagige Leiterplatte bietet Entwicklern mehr Platz für die Leiterbahnführung, wodurch manchmal eine konventionellere Leiterbahngeometrie verwendet werden kann.

Das ist ein wichtiger Punkt.

Das Hinzufügen von Ebenen führt nicht in jedem Bereich zwangsläufig zu höheren Kosten.

Ein Design, das von 4 auf 6 Schichten erweitert wird, lässt sich unter Umständen sogar einfacher herstellen, wenn der zusätzliche Platz für die Leiterbahnführung dies zulässt:

• Breitere Spuren
• Größere Abstände
• Weniger Durchkontaktierungen
• Verkehrsärmere Routenführung

Auch wenn die zusätzlichen Schichten zwar zusätzliche Kosten verursachen, können sie doch andere kostspielige Konstruktionsmerkmale überflüssig machen.

Dies ist ein Grund, warum eine Optimierung, die ausschließlich auf die geringste Anzahl von Ebenen abzielt, zu falschen Ergebnissen führen kann.

Gesteuerte Impedanz

Bei 6-lagigen Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten können die Impedanzanforderungen den Schichtaufbau und die Materialauswahl beeinflussen.

Der Hersteller muss möglicherweise Folgendes kontrollieren:

• Dielektrische Dicke
• Leiterbahnbreite
• Kupferdicke
• Position der Bezugsebene
• Material Dk

Strengere Impedanztoleranzen erfordern eine strengere Prozesskontrolle.

Verfügt das Design über Hochgeschwindigkeitsschnittstellen, sollte die Impedanz daher bereits bei der Entwicklung des Laminataufbaus berücksichtigt werden und nicht erst nach dem Layout der Leiterplatte hinzugefügt werden.

Oberfläche

Die Oberflächenbeschaffenheit hat in der Regel einen geringeren Einfluss auf die Gesamtkosten als die Anzahl der Schichten oder das Material, wirkt sich aber dennoch auf das Angebot aus.

Zu den gängigen Optionen gehören:

• HASL
• Bleifreies HASL
• ENIG
• OSP
• Eintauchen Silber

Bei einem herkömmlichen Durchsteck-Design oder einem SMT-Design mit größeren Pads kann HASL ausreichend sein.

Für Bauteile mit engem Rastermaß oder Anwendungen, bei denen eine glattere Oberfläche erforderlich ist, ist ENIG möglicherweise besser geeignet.

Die richtige Wahl hängt von den Montageanforderungen ab.

Die Menge beeinflusst den Stückpreis

Der Stückpreis eines 6-lagigen Prototyps kann sich deutlich von dem eines Serienauftrags unterscheiden.

Bei kleinen Stückzahlen müssen Fixkosten wie beispielsweise folgende aufgefangen werden:

• CAM-Vorbereitung
• Werkzeuge
• Produktionsaufbau
• Materialvorbereitung

Bei größeren Stückzahlen verteilen sich diese Kosten auf mehr Platinen.

Eine größere Menge ist jedoch nicht automatisch besser.

Bei einem neuen Produkt kann sich das Design auch nach folgenden Zeitpunkten noch ändern:

• Funktionsprüfung
• EMV-Prüfung
• Thermische Prüfung
• Mechanische Validierung

Wenn vor Abschluss dieser Phasen große Mengen produziert werden, kann dies zu veralteten Lagerbeständen führen.

Lieferzeit und Eilfertigung

Eine handelsübliche 6-lagige Leiterplatte erfordert einen höheren Bearbeitungsaufwand als eine einfache 2-lagige Leiterplatte.

Wenn ein Projekt eine ungewöhnlich kurze Vorlaufzeit erfordert, kann die Produktionsplanung schwieriger werden.

Bevor Sie sich für eine Express-Option entscheiden, prüfen Sie Folgendes:

• Verfügbarkeit von Materialien
• Erforderlicher Laminierungsplan
• Besondere Prozessanforderungen
• Prüfungsanforderungen

Eine realistische Standard-Lieferzeit ist oft vorzuziehen, anstatt die Produktion einer komplexen Leiterplatte zu überstürzen.

Wann lohnt sich der Wechsel von 4 auf 6 Schichten?

Dies ist eine der wichtigsten technischen Entscheidungen.

Das Hinzufügen von zwei Schichten kann sinnvoll sein, wenn sich ein 4-Schicht-Design nur noch schwer verlegen lässt.

Eine 6-schichtige Struktur kann beispielsweise Folgendes bieten:

• Spezielle Masseflächen
• Bessere Stromverteilung
• Weitere Routing-Kanäle
• Bessere Signalreferenz
• Durch Stau verringert

Außerdem kann dies dazu beitragen, den Bedarf an extrem schmalen Leiterbahnen zu verringern.

In manchen Fällen werden die zusätzlichen Kosten für die Leiterplattenfertigung durch ein einfacheres Layout und weniger Kompromisse beim Design ausgeglichen.

Ein einfaches Beispiel

Stellen Sie sich ein Produkt vor, das ursprünglich als 4-lagige Leiterplatte konzipiert wurde.

Während der Routenplanung stellt das Ingenieurteam Folgendes fest:

• Mehrere Hochgeschwindigkeitsschnittstellen konkurrieren um denselben Routing-Bereich
• Die Erdungsrückleitungen sind unterbrochen
• Die Stromführung beansprucht wertvollen Signalraum
• Es sind zusätzliche Durchkontaktierungen erforderlich

Eine Möglichkeit besteht darin, vier Ebenen beizubehalten und die Verlegung zunehmend komplizierter zu gestalten.

Eine weitere Möglichkeit wäre, auf sechs Schichten umzusteigen.

Die Herstellung der sechsschichtigen Leiterplatte ist zwar teurer, bietet jedoch möglicherweise folgende Vorteile:

• Übersichtlichere Signalführung
• Bessere Bezugsebenen
• Weniger Durchkontaktierungen
• Einfachere EMV-Steuerung
• Bessere langfristige Konstruktionsstabilität

In dieser Situation könnten die zusätzlichen Leiterplattenkosten gerechtfertigt sein.

Anleitung: So senken Sie die Kosten für eine 6-lagige Leiterplatte

Schritt 1: Beginnen Sie mit den elektrischen Anforderungen

Bevor Sie Kosten einsparen, sollten Sie ermitteln, welche Ebenen tatsächlich erforderlich sind für:

• Signalführung
• Leistung
• Boden
• Impedanzkontrolle

Entfernen Sie keine Schicht, die eine wichtige elektrische Funktion erfüllt.

Schritt 2: Verwenden Sie eine praktische Stapelkonstruktion

Vermeiden Sie unnötig ausgefallene Materialkombinationen.

Wenn Standard-FR-4 eine ausreichende Leistung bietet, ist dies möglicherweise die kostengünstigere Option.

Schritt 3: Halten Sie die Durchkontaktierungen einfach

Verwenden Sie, sofern es das Design zulässt, Standard-Durchkontaktierungen.

Führen Sie keine HDI-Strukturen ein, es sei denn, sie lösen ein echtes Problem beim Leiterbahnlayout oder bei der mechanischen Konstruktion.

Schritt 4: Überprüfung des Kupferbedarfs

Verwenden Sie dickeres Kupfer dort, wo es die stromtechnischen oder thermischen Anforderungen rechtfertigen, anstatt überall die gleiche Spezifikation für dickes Kupfer anzuwenden.

Schritt 5: Auslastung der Panels überprüfen

Überprüfen Sie den Leiterplattenumriss vor der Produktion.

Eine kleine mechanische Anpassung könnte die Anzahl der Platten pro Paneel erhöhen.

Schritt 6: Vergleichen Sie die vollständigen Angebote

Vergleiche:

• Material
• Stapelung
• Kupfergewicht
• Oberflächengüte
• Menge
• Prüfung
• Vorlaufzeit

Ein günstigeres Angebot mit anderen Material- oder Prüfannahmen ist auf vergleichbarer Basis nicht unbedingt günstiger.

Kosten für 6-lagige Leiterplatten im Vergleich zu Leiterplatten mit anderer Lagenanzahl

PCB-Typ	Relative Komplexität	Typischer Anwendungsgrund
2-lagig	Low	Einfache Elektronik
4-lagig	Mäßig	Allgemeine Mehrschichtkonstruktionen
6-lagig	Moderate–high	Mehr Routenplanung und besseres Flugzeugmanagement
8-lagig	Hoch	Kompakte/Hochgeschwindigkeits-Konstruktionen
10+ Schichten	Sehr hoch	Komplexe Rechen- und Netzwerksysteme, industrielle Systeme

Es handelt sich hierbei eher um relative Vergleiche als um feste Preismultiplikatoren.

Eine kleine 8-lagige Leiterplatte kann manchmal weniger kosten als eine große oder eine 6-lagige Leiterplatte mit ungewöhnlichen Spezifikationen.

Aus diesem Grund müssen konkrete Angebote auf der vollständigen Planung basieren.

FAQ

Schlussfolgerung

Eine 6-lagige Leiterplatte kostet mehr als eine einfache 4-lagige Leiterplatte, da sie zusätzliche Materialien und Fertigungsschritte erfordert. Die Mehrkosten können sich jedoch lohnen, wenn die zusätzlichen Lagen Probleme bei der Leiterverlegung, der Stromverteilung, der Signalintegrität oder der EMV lösen.

Der beste Weg, die Kosten zu kontrollieren, besteht nicht darin, jedes Design auf möglichst wenige Schichten zu beschränken.

Achten Sie stattdessen auf eine ausgewogene Konstruktion:

angemessene Lagenanzahl + praktischer Lagenaufbau + geeignetes Material + einfache Via-Struktur + effiziente Panelisierung

Bei einem neuen 6-lagigen Design sollte diese Bewertung erfolgen, bevor die Gerber-Dateien freigegeben werden. Eine frühzeitige Überprüfung des Laminataufbaus und der Fertigungsfreundlichkeit (DFM) kann verhindern, dass