Wie viel kostet eine 8-lagige Leiterplatte?

Eine 8-lagige Leiterplatte kommt in der Regel dann in Betracht, wenn ein 4- oder 6-lagiges Design nicht mehr genügend Platz für die Leiterbahnführung oder eine ausreichende elektrische Leistung bietet.

Es wird häufig verwendet in:

• Netzwerkgeräte
• Industrielle Kontrollsysteme
• Embedded-Computing
• Kommunikationsprodukte
• Digitale Hochgeschwindigkeitselektronik
• Kfz-Elektronik
• Komplexe Messtechnik

Der Preis für ein 8-lagige Leiterplatte Das hängt von viel mehr ab als nur von der Anzahl der Schichten.

Zu den wichtigen Variablen gehören:

• Abmessungen der Platte
• Stapelung
• Auswahl des Laminats
• Kupfergewicht
• Mindestleiterbahnbreite und -abstand
• Über die Struktur
• Impedanzanforderungen
• Oberflächengüte
• Menge
• Prüfung
• Produktionsdurchlaufzeit

Eine 8-lagige Leiterplatte aus herkömmlichem FR-4-Material mit Durchkontaktierungen kann ganz andere Herstellungskosten verursachen als eine 8-lagige HDI-Leiterplatte, bei der sequentielle Laminierung und Mikrovias zum Einsatz kommen.

Warum kostet eine 8-lagige Leiterplatte mehr?

Die zusätzlichen Schichten führen sowohl zu einem höheren Materialverbrauch als auch zu einem höheren Fertigungsaufwand.

Im Vergleich zu einer herkömmlichen 4-lagigen Leiterplatte erfordert eine 8-lagige Bauweise in der Regel mehr:

• Kernmaterial
• Prepreg
• Kupferfolie
• Bearbeitung der inneren Schichten
• Kaschierung
• Bohren
• Beschichtung
• Registrierungskontrolle
• Inspektion

Die Kosten steigen jedoch nicht einfach proportional zur Anzahl der Schichten.

Die Produktionsmenge und die Plattenauslastung können den Stückpreis erheblich beeinflussen.

Beispielsweise kann eine kleine Prototypencharge relativ hohe Stückkosten aufweisen, da sich die Entwicklungs- und Rüstkosten auf nur wenige Leiterplatten verteilen.

Bei Serienmengen wirken sich diese Fixkosten auf jede einzelne Leiterplatte deutlich geringer aus.

Die Stapelung ist ein wichtiger Kostenfaktor

Eine 8-lagige Leiterplatte bietet Ingenieuren deutlich mehr Flexibilität bei der Anordnung von Signal-, Stromversorgungs- und Masseebenen.

Eine vereinfachte Darstellung könnte wie folgt aussehen:

L1   Signal L2   Masse L3   Signal L4   Stromversorgung L5   Masse L6   Signal L7   Masse / Stromversorgung L8   Signal

Der tatsächliche Aufbau hängt von der Konstruktion ab.

Bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen muss der Aufbau außerdem Folgendes berücksichtigen:

• Kontrollierte Impedanz
• Signalrückleitungen
• Nebensprechen
• Ebenenkontinuität
• Dielektrische Dicke
• Material Dk

Das bedeutet, dass die kostengünstigste Schichtung nicht immer die geeignetste ist.

Ein schlecht geplanter Schichtaufbau kann zu Problemen mit der Signalintegrität führen, deren Behebung nach der Fertigung mit wesentlich höheren Kosten verbunden ist.

Eine ausführliche Erörterung dieser Zusammenhänge findet sich in Entwurf des Leiterplattenaufbaus.

Die Materialauswahl kann den Preis erheblich beeinflussen

Für viele 8-lagige Leiterplatten reicht Standard-FR-4 aus.

Für manche Anwendungen sind jedoch Laminate mit höherer Leistungsfähigkeit erforderlich.

Beispiele hierfür sind:

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

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

Bei einer Hochgeschwindigkeits-Netzwerkkarte können dielektrische Verluste und die Dk-Stabilität eine wesentlich größere Rolle spielen.

Das Material sollte daher entsprechend den tatsächlichen elektrischen und umgebungsbedingten Anforderungen ausgewählt werden.

Die Verwendung eines teuren Materials ohne technischen Grund verursacht zusätzliche Kosten, ohne dass dadurch das Produkt zwangsläufig verbessert wird.

Plattengröße und Plattenausnutzung

Die Plattenfläche wirkt sich direkt auf den Materialverbrauch aus, doch auch die Plattenausnutzung spielt eine Rolle.

Betrachten wir zwei Konstruktionen mit nahezu identischen Abmessungen.

Wenn bei einem Layout mehr einzelne Leiterplatten platzsparend auf einer Fertigungsplatte untergebracht werden können, sind die Materialkosten pro Leiterplatte möglicherweise geringer.

Dies gilt insbesondere für Produktionsmengen.

Solange die mechanische Konstruktion noch flexibel ist, kann es sich lohnen, Folgendes zu überprüfen:

• Board-Umriss
• Anordnung von Arrays
• Anforderungen an Schienen
• Werkzeugbereiche

bevor die endgültigen Produktionsdaten veröffentlicht werden.

Kupfer Gewicht

Bei vielen 8-lagigen Leiterplatten kommen Standard-Kupferdicken zum Einsatz, doch bei Designs mit hohem Stromverbrauch kann auf bestimmten Lagen eine stärkere Kupferbeschichtung erforderlich sein.

Ein höheres Kupfergewicht führt zu:

• Materialverbrauch
• Anforderungen an die Beschichtung
• Schwierigkeitsgrad der Radierung
• Anforderungen an die Prozesssteuerung

Wenn ein Layout sowohl Hochstrom- als auch Niedrigstromschichten enthält, lohnt es sich möglicherweise zu prüfen, ob alle Schichten tatsächlich die gleiche Kupferdicke benötigen.

Das Ziel besteht nicht darin, den Kupferverbrauch um jeden Preis zu minimieren, sondern zu vermeiden, dass mehr Kupfer vorgesehen wird, als für die elektrische Auslegung erforderlich ist.

Die Art der Struktur hat erhebliche Auswirkungen

Dies ist einer der Bereiche, in denen sich zwei 8-lagige Leiterplatten preislich erheblich unterscheiden können.

Bei einer herkömmlichen Bauweise können Standard-Durchkontaktierungen verwendet werden.

Ein anderes Design könnte Folgendes erfordern:

• Blinde Durchkontaktierungen
• Vergrabene Durchkontaktierungen
• Mikrobohrungen
• Via-in-Pad
• Rückbohren

Jede zusätzliche Struktur bringt neue Anforderungen an die Fertigung mit sich.

Durchkontaktierungen

Das ist in der Regel die einfachste Variante.

Blind- und vergrabene Durchkontaktierungen

Diese können die Flexibilität bei der Verlegung verbessern, erfordern jedoch eine komplexere Herstellung.

Mikrobohrungen

Mikrovias werden üblicherweise mit HDI-Designs und Laserbohrungen in Verbindung gebracht.

Rückbohren

Durch Rückbohren lassen sich ungenutzte Abschnitte von durchkontaktierten Löchern entfernen und die Leistung von Hochgeschwindigkeitssignalen verbessern.

Dadurch kommt ein weiterer Fertigungsschritt hinzu, der daher durch die elektrische Auslegung begründet werden muss.

Für komplexere Strukturen siehe die vorhandene HDI-LEITERPLATTE Inhalt.

Eine kontrollierte Impedanz kann sich auf die Kosten auswirken

Eine 8-lagige Leiterplatte wird häufig für Designs mit mehreren Hochgeschwindigkeitsschnittstellen verwendet.

Beispiele hierfür sind:

• DDR-Speicher
• PCIe
• Ethernet
• USB
• SerDes
• HF-bezogene Schnittstellen

Bei diesen Schaltungen ist möglicherweise eine kontrollierte Impedanz erforderlich.

Die Impedanzanforderung wirkt sich auf die Leiterplattenkonstruktion aus durch:

• Leiterbahnbreite
• Kupferdicke
• Dielektrische Dicke
• Position der Bezugsebene
• Werkstoffeigenschaften

Eine engere Impedanztoleranz kann eine strengere Prozesskontrolle und -überprüfung erfordern.

Daher ist es wichtig, die Impedanzanforderungen festzulegen, bevor der Laminataufbau endgültig festgelegt wird.

Oberfläche

Die Oberflächenbeschaffenheit hat in der Regel einen geringeren Einfluss auf die Gesamtkosten als die Anzahl der Schichten oder spezielle Via-Strukturen, fließt aber dennoch in das Angebot ein.

Zu den typischen Optionen gehören:

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

Die Auswahl sollte auf folgenden Kriterien beruhen:

• Bauteilabstand
• Montageprozess
• Produktumgebung
• Zuverlässigkeitsanforderungen

Beispielsweise kann ein BGA-Design mit engem Raster von einer glatteren Oberflächenbeschaffenheit profitieren.

PCB-Dicke

Eine 8-lagige Leiterplatte erfordert nicht automatisch eine dicke Platte.

Die endgültige Dicke hängt ab von:

• Kernstärke
• Prepreg-Konstruktion
• Kupferdicke
• Mechanische Anforderungen
• Impedanzanforderungen

Sofern die Gehäuseausführung eine Standardkonstruktion zulässt, besteht möglicherweise kein Grund, eine ungewöhnliche Dicke vorzuschreiben.

Bei Hochgeschwindigkeits-Schaltungen ist jedoch manchmal eine bestimmte dielektrische Geometrie erforderlich, um die gewünschte Impedanz zu erreichen.

In solchen Fällen haben die elektrischen Anforderungen Vorrang vor einem geringen Unterschied bei den Materialkosten.

Warum HDI eine 8-lagige Leiterplatte deutlich teurer machen kann

Eine 8-lagige Leiterplatte ist nicht unbedingt eine HDI-Leiterplatte.

Eine herkömmliche 8-lagige Leiterplatte lässt sich oft mit der Durchsteckmontagetechnik herstellen.

HDI erweist sich als nützlich, wenn das Design Probleme wie die folgenden aufweist:

• Sehr dicht bestückte BGA-Gehäuse
• Begrenzte Platzkapazität
• Feinraster-Bauteile
• Eine große Anzahl von Verbindungen
• Schwierige Verlegung in den inneren Schichten

HDI könnte Folgendes einführen:

• Laserbohren
• Füllung von Microvias
• Sequentielles Laminieren
• Zusätzliche Beschichtung
• Strengere Registrierungsvorschriften

Wenn das Design ohne diese Verfahren erfolgreich geroutet werden kann, lassen sich durch den Verzicht auf unnötige HDI-Strukturen Kosten einsparen.

Anleitung: Überprüfung der Kosten für eine 8-lagige Leiterplatte vor der Produktion

Schritt 1: Überprüfen Sie die Ebenenstruktur

Do not simply specify “8 layers.”

Definieren Sie, welche Aufgabe die einzelnen Ebenen erfüllen.

Beispiel:

L1 – SignalL2 – GroundL3 – SignalL4 – PowerL5 – GroundL6 – SignalL7 – Power / GroundL8 – Signal

Der eigentliche Aufbau sollte sich an den elektrischen Anforderungen orientieren.

Schritt 2: Überprüfen Sie das Material

Bestätigen:

• Laminat-Produktfamilie
• Tg
• Dk/Df, sofern zutreffend
• Kern- und Prepreg-Konstruktion

Schritt 3: Überprüfung der Via-Strategie

Fragen Sie sich, ob das Design Folgendes wirklich benötigt:

• Mikrobohrungen
• Blinde Durchkontaktierungen
• Vergrabene Durchkontaktierungen
• Rückbohren

Wenn herkömmliche Durchkontaktierungen funktionieren, können sie die Fertigung vereinfachen.

Schritt 4: Impedanzanforderungen prüfen

Identifizieren:

• Einseitige Impedanz
• Differentialimpedanz
• Erforderliche Toleranz
• Hochgeschwindigkeitsschnittstellen

Diese Anforderungen sollten vor der endgültigen Festlegung des Laminataufbaus berücksichtigt werden.

Schritt 5: Kupfergewicht überprüfen

Ermitteln Sie, welche Schichten tatsächlich nennenswerte Stromstärken führen.

Vermeiden Sie es, automatisch über die gesamte Leiterplatte hinweg dickes Kupfer vorzusehen.

Schritt 6: Vergleichen Sie gleichwertige Angebote

Stellen Sie sicher, dass in verschiedenen Angeboten dieselben Angaben verwendet werden:

• Material
• Stapelung
• Kupfergewicht
• Oberflächengüte
• Menge
• Prüfungsanforderungen
• Vorlaufzeit

Andernfalls ist der Preisvergleich irreführend.

Wann lohnt sich der Aufpreis für eine 8-lagige Leiterplatte?

Der Wechsel von 6 auf 8 Schichten ist sinnvoll, wenn die zusätzliche Verdrahtungskapazität ein echtes Designproblem löst.

Zu den typischen Gründen zählen:

Mehr Hochgeschwindigkeits-Routing

Zusätzliche Schichten bieten mehr Verdrahtungskanäle und Referenzebenen.

Bessere Stromverteilung

Getrennte Strom- und Erdungsstrukturen können die Verteilung vereinfachen.

Reduziertes Übersprechen

Eine bessere Lagenzuordnung und Steuerung der Referenzebene kann die Signalisolierung verbessern.

Weniger Kompromisse beim Routing

Eine höhere Schichtenanzahl kann breitere Leiterbahnen und eine übersichtlichere Verlegung ermöglichen.

Geringere Platinengröße

Durch das Hinzufügen von Schichten lässt sich die Leiterplatte manchmal verkleinern.

Das ist ein wichtiger Kompromiss.

Eine größere 6-lagige Leiterplatte ist für das Endprodukt nicht unbedingt günstiger als eine kleinere 8-lagige Leiterplatte.

Kosten für 8-lagige Leiterplatten im Vergleich zu Kosten für 6-lagige Leiterplatten

Der Unterschied sollte nicht nur so betrachtet werden:

8 Schichten = teurer

Ein aussagekräftigerer Vergleich ist:

Gestaltungsaspekt	6 Schichten	8 Schichten
Routing-Kapazität	Mäßig	Höher
Bezugsebenen	Gut	Flexibler
Hochgeschwindigkeits-Routing	Mäßig	Besser
Materialverbrauch	Unter	Höher
Komplexität der Fertigung	Mäßig	Höher
HDI-Anforderung	Anwendungsabhängig	Anwendungsabhängig
Typische Auslegungsdichte	Mittel	Medium–high

Für einen einfachen Controller sind 8 Ebenen möglicherweise überflüssig.

Bei einem rechen- oder netzwerkintensiven Design können die zusätzlichen Schichten die gesamte Leiterplatte vereinfachen.

So senken Sie die Kosten für 8-lagige Leiterplatten

Der sinnvollste Ansatz besteht darin, unnötige Komplexität in den Prozessen zu reduzieren.

Verwenden Sie nach Möglichkeit eine herkömmliche Bauweise

Wenn Durchkontaktierungen die Anforderungen an die Leiterbahnführung erfüllen können, gibt es möglicherweise keinen Grund, Mikrovias einzusetzen.

Verwenden Sie gegebenenfalls Standardmaterialien

Spezielle verlustarme Materialien sollten für Konstruktionen reserviert werden, bei denen sie tatsächlich benötigt werden.

Vermeiden Sie einen zu hohen Kupfergehalt

Verwenden Sie dickeres Kupfer, wenn die Anforderungen hinsichtlich Stromstärke und Wärmeentwicklung dies rechtfertigen.

Plattenabmessungen optimieren

Eine bessere Kontur kann die Ausnutzung der Platte verbessern.

Impedanzanforderungen frühzeitig prüfen

Späte Änderungen am Aufbau können zu einer Neukonstruktion und zusätzlichem Entwicklungsaufwand führen.

Vermeiden Sie unnötig enge Toleranzen

Eine Konstruktion, die nahe an den Grenzen der Fertigungsmöglichkeiten liegt, kann die Produktion erschweren, ohne einen echten Produktvorteil zu bieten.

FAQ

Schlussfolgerung

Eine 8-lagige Leiterplatte kostet mehr als eine einfachere mehrlagige Leiterplatte, da sie zusätzlichen Materialaufwand und weitere Fertigungsschritte erfordert. Die zusätzlichen Lagen können jedoch erhebliche technische Vorteile bieten.

Die Entscheidung sollte davon abhängen, welche Probleme die zusätzlichen Ebenen lösen.

Sofern sie Folgendes bereitstellen:

• Bessere Signalintegrität
• Mehr Routing-Kapazität
• Eine sauberere Stromverteilung
• Verbesserte Bezugsebenen
• Ein kleineres Brett

Dann könnten die zusätzlichen Herstellungskosten gerechtfertigt sein.

Zur Kostenkontrolle ist es am besten, die Bauausführung so einfach zu halten, wie es die Planung zulässt:

passende Schichtung + geeignetes Material + praktische Via-Struktur + angemessene Toleranzen

Damit haben Ingenieure ein sinnvolleres Ziel vor Augen, als lediglich zu versuchen, das günstigste Angebot für eine Leiterplatte zu erhalten.