Kosten der Leiterplattenstärke: Wie sich die Dicke der Leiterplatte auf den Preis auswirkt

Die Dicke einer Leiterplatte wird oft als reine mechanische Spezifikation betrachtet, kann jedoch einen direkten Einfluss auf die Herstellungskosten haben.

Eine Standard-Leiterplatte hat in der Regel eine gängige Dicke von beispielsweise 1,6 mm, während für andere Anwendungen Dicken von 0,8 mm, 1,0 mm, 1,2 mm, 2,0 mm oder sogar noch dickere Ausführungen erforderlich sein können.

Die Änderung der Dicke bedeutet nicht einfach nur, Material hinzuzufügen oder zu entfernen.

Die Enddicke ergibt sich aus der Kombination folgender Faktoren:

• Kupferschichten
• Kernmaterialien
• Prepreg
• Kupferfolie
• Laminatstruktur
• Oberflächengüte
• Fertigungstoleranzen

Daher kann eine ungewöhnliche Plattendicke Auswirkungen auf die Materialauswahl, den Schichtaufbau, das Bohren, die Laminierung, die Impedanzsteuerung, die mechanische Leistungsfähigkeit und die Produktionsausbeute haben.

Bei der Kostenoptimierung von Leiterplatten geht es nicht darum, ob eine dünnere oder dickere Leiterplatte für sich genommen günstiger ist.

Die praktische Frage lautet, ob die gewählte Dicke für das Produkt erforderlich ist und ob sie effizient hergestellt werden kann.

Was bedeutet die Dicke einer Leiterplatte?

Mit der Leiterplattenstärke ist in der Regel die Endstärke der fertigen Leiterplatte gemeint.

Bei einer mehrschichtigen Leiterplatte ist dies nicht einfach nur die Dicke des kupferkaschierten Laminats.

Die endgültige Struktur kann Folgendes umfassen:

• Äußeres Kupfer
• Kupferkern
• Kern
• Prepreg
• Verbindungsschichten
• Oberflächengüte

Beispielsweise kann eine Mehrschicht-Leiterplatte mit einer Nennstärke von 1,6 mm aus mehreren Kombinationen aus Kernmaterial und Prepregs bestehen und nicht aus einer einzigen 1,6-mm-Platte.

Aus diesem Grund müssen die angegebene Enddicke und die tatsächliche Schichtdicke gemeinsam berücksichtigt werden.

Gängige Optionen für die Leiterplattenstärke

Zu den typischen Spezifikationen für die Leiterplattenstärke gehören:

Enddicke	Häufige Anwendungen
0,4 mm	Kompakte Elektronik, kleine Module
0,6 mm	Dünne Elektronikprodukte
0,8 mm	Kompakte Geräte, leichte Bauweise
1,0 mm	Unterhaltungs- und Industrieelektronik
1,2 mm	Kompakte und universell einsetzbare Platinen
1,6 mm	Gängige Allzweck-Leiterplatte
2,0 mm	Mechanische Festigkeit, industrielle Anwendungen
2,4 mm	Besondere mechanische Anforderungen
3,0 mm+	Komplexe oder spezielle Leiterplattenstrukturen

Dies sind keine strengen Anwendungsregeln.

Die geeignete Dicke hängt von den mechanischen, elektrischen, thermischen und montagebezogenen Anforderungen des Produkts ab.

Warum die Dicke der Leiterplatte die Kosten beeinflusst

Die Dicke der Leiterplatte kann verschiedene Aspekte des Herstellungsprozesses beeinflussen.

Zu den wichtigsten Kostenfaktoren zählen:

• Laminatmaterial
• Kernstärke
• Auswahl der Prepregs
• Kupferstruktur
• Laminierzyklus
• Bohren
• Beschichtung
• Mechanische Bearbeitung
• Impedanzkontrolle
• Verfügbarkeit von Materialien
• Fertigungsausbeute

Eine Standarddicke lässt sich möglicherweise leichter herstellen, da die erforderlichen Materialien und Prozessparameter allgemein verfügbar sind.

Eine ungewöhnliche Dicke kann einen weniger gängigen Laminataufbau oder zusätzlichen Entwicklungsaufwand erfordern.

Daher können zwei Bretter mit genau derselben Länge und Breite unterschiedliche Preise haben, da ihre Enddicken unterschiedlich sind.

Ist eine 1,6-mm-Leiterplatte immer die günstigste?

Nicht unbedingt.

1,6 mm ist weit verbreitet und dient oft als praktischer Standard für viele Leiterplattenanwendungen.

Die kostengünstigste Option hängt jedoch von folgenden Faktoren ab:

• Anzahl der Schichten
• Material
• Kupfergewicht
• Menge
• Brettgröße
• Stapelung
• Oberflächengüte
• Anforderungen an die Bohrarbeiten

Bei einer zweilagigen Leiterplatte sind 1,6 mm möglicherweise eine einfache Bauweise.

Bei einer komplexen mehrschichtigen Leiterplatte kann es erforderlich sein, eine bestimmte Kombination aus Kernen und Prepregs zu verwenden, um genau 1,6 mm zu erreichen.

In manchen Fällen kann die Zulassung einer angemessenen Dickentoleranz dem Hersteller mehr Möglichkeiten bei der Schichtung bieten und möglicherweise die Fertigungseffizienz verbessern.

Wie sich dünne Leiterplatten auf die Herstellungskosten auswirken

Dünne Leiterplatten können den Materialverbrauch senken, aber das bedeutet nicht automatisch, dass sie billiger sind.

Bei sehr dünnen Platten sind zusätzliche Aspekte bei der Herstellung zu berücksichtigen.

Dazu können gehören:

• Schwierigkeitsgrad der Handhabung
• Verzug
• Mechanische Verformung
• Bohrstabilität
• Kontrolle der Laminierung
• Handhabung von Baugruppen
• Steckkraft des Steckverbinders

Eine dünne Leiterplatte erfordert unter Umständen auch spezielle Materialien oder Prozesskontrollen.

Daher sollte die Verringerung der Enddicke von 1,6 mm auf 0,8 mm auf einer tatsächlichen Produktanforderung beruhen.

Wenn das Produkt nicht von der schlankeren Bauweise profitiert, kann die potenzielle Materialeinsparung den zusätzlichen Fertigungsaufwand möglicherweise nicht ausgleichen.

Wann lohnt sich eine dünne Leiterplatte?

Dünne Leiterplatten können nützlich sein, wenn für das Produkt strenge Maßvorgaben gelten.

Typische Beispiele hierfür sind:

• Tragbare Elektronik
• Kompakte Sensoren
• Kleine Verbrauchergeräte
• Flexible mechanische Baugruppen
• Module mit begrenztem Platzangebot
• Leichte Elektronikprodukte

Das Ziel besteht in der Regel nicht lediglich darin, die Kosten für Leiterplatten zu senken.

Stattdessen kann durch eine Verringerung der Dicke das gesamte Produkt zu folgendem werden:

• Kleiner
• Feuerzeug
• Einfacher zu integrieren
• Mechanisch flexibler

In diesen Fällen kann die Leiterplatte einen spezialisierteren Fertigungsprozess rechtfertigen.

Wie sich die Dicke von Leiterplatten auf die Kosten auswirkt

Eine Erhöhung der Leiterplattenstärke kann ebenfalls zu höheren Herstellungskosten führen, auch wenn dieser Zusammenhang nicht linear ist.

Bei einer dickeren Platte kann Folgendes erforderlich sein:

• Zusätzliches dielektrisches Material
• Unterschiedliche Kernauswahl
• Mehr Prepreg
• Besondere Laminierungsbedingungen
• Längere Bohrarbeiten
• Modifizierte mechanische Bearbeitung

Beispielsweise ist eine 2,0-mm-Platine nicht unbedingt 25 % teurer als eine 1,6-mm-Platine.

Der Endpreis hängt von der gesamten Bauausführung ab.

Dies ist ein wichtiger Punkt bei der Bewertung von Angeboten für Leiterplatten.

Kosten für dicke Leiterplatten und Bohrungen

Die Plattendicke kann das Bohren beeinträchtigen, da der Bohrer eine größere Materialschicht durchdringen muss.

Dies gewinnt an Bedeutung, wenn die Platine außerdem Folgendes enthält:

• Kleine Bohrerdurchmesser
• Löcher mit hohem Seitenverhältnis
• Eine große Anzahl von Durchkontaktierungen
• Rückbohrung
• Schweres Kupfer
• Komplexe Mehrschichtstrukturen

Der Zusammenhang zwischen Dicke und Bohrvorgang gewinnt insbesondere bei Leiterplatten mit hoher Schichtenzahl an Bedeutung.

Eine ausführlichere Bewertung der Preisgestaltung für Prototypen finden Sie unter Wie viel kostet die Herstellung eines PCB-Prototyps?.

Das gleiche Prinzip gilt auch für die Fertigung: Die Bohrspezifikation sollte nicht als isolierter Kostenposten betrachtet, sondern im Zusammenhang mit der Plattendicke bewertet werden.

Leiterplattenstärke und Seitenverhältnis

Das Verhältnis zwischen Lochdurchmesser und Plattendicke ist wichtig.

Ein vereinfachtes Konzept des Seitenverhältnisses lautet:

Aspect Ratio = PCB Thickness ÷ Finished Hole Diameter

Beispielsweise weist eine 2,0 mm dicke Leiterplatte mit einer fertigen Bohrung von 0,2 mm ein wesentlich anspruchsvolleres Seitenverhältnis auf als eine 1,0 mm dicke Leiterplatte mit demselben Bohrungsdurchmesser.

Größere Seitenverhältnisse können die Fertigung erschweren.

Wenn bei einem Entwurf eine dicke Leiterplatte verwendet wird, sollte der Entwickler daher die kleinsten Bohrungen überprüfen, bevor er die Dicke endgültig festlegt.

Eine geringfügige Vergrößerung des Lochdurchmessers kann die Fertigung manchmal effektiver vereinfachen als eine Änderung der gesamten Platinenkonstruktion.

Leiterplattenstärke und mehrschichtiger Aufbau

Mit zunehmender Schichtanzahl gewinnt die Dicke zunehmend an Bedeutung.

Eine mehrschichtige Leiterplatte erfordert eine geeignete Kombination aus:

• Kern
• Prepreg
• Kupferfolie
• Schichtabstand

Die Enddicke muss mit den geforderten elektrischen Eigenschaften vereinbar sein.

Beispielsweise können bei einer Hochgeschwindigkeits-Mehrschicht-Leiterplatte bestimmte Dielektrikumsdicken erforderlich sein, um die Zielimpedanz zu erreichen.

In dieser Situation kann es die Konstruktion erschweren, wenn der gesamte Laminatstapel auf eine willkürliche Enddicke gebracht wird.

Der Aufbau sollte stattdessen ausgehend von den elektrischen Anforderungen entwickelt und anschließend anhand der mechanischen Vorgaben überprüft werden.

Leiterplattenstärke und kontrollierte Impedanz

Die Dicke der Leiterplatte kann sich auf die kontrollierte Impedanz auswirken, da die Geometrie des Dielektrikums in die Impedanzberechnung einfließt.

Bei einer Mikrostreifen- oder Streifenleitungsstruktur hängt die Impedanz unter anderem von folgenden Faktoren ab:

• Leiterbahnbreite
• Leitungsdicke
• Dielektrische Dicke
• Dielektrizitätskonstante
• Abstand zur Bezugsebene

Eine Änderung der Plattendicke führt nicht automatisch zu einer Änderung der Impedanz, eine Änderung der internen dielektrischen Struktur hingegen oft schon.

Bei Hochgeschwindigkeits-Schaltungen besteht der richtige Ansatz darin, zunächst die erforderliche Impedanz festzulegen und anschließend den Schichtaufbau entsprechend dieser Anforderung zu entwickeln.

Der Versuch, die Kosten durch willkürliche Änderungen der Leiterplattenstärke zu senken, kann daher zusätzlichen Aufwand beim Impedanzdesign verursachen.

Die Dicke der Leiterplatte und die Kupfermenge wirken zusammen

Die Plattendicke und das Kupfergewicht sollten nicht unabhängig voneinander bewertet werden.

Beispielsweise kann eine Leiterplatte Folgendes verwenden:

• 1,6 mm Enddicke
• 2 oz Kupferaußenschicht
• 1 oz Kupferkern

Ein anderes Design könnte Folgendes verwenden:

• 2,0 mm Enddicke
• Durchgehend 1 oz Kupfer

Obwohl die zweite Platine physisch dicker ist, kostet sie nicht unbedingt mehr.

Die gesamte Material- und Fertigungsstruktur bestimmt den Preis.

Deshalb Wie sich das Kupfergewicht auf die Kosten und die Herstellung von Leiterplatten auswirkt sollten bei der Optimierung der Spezifikationen einer Leiterplatte zusammen mit den Anforderungen an die Plattendicke berücksichtigt werden.

Leiterplattenstärke und Oberflächenbeschaffenheit

Die Oberflächenbeschaffenheit steht im Allgemeinen in einem geringeren direkten Zusammenhang mit der Plattendicke als die Materialauswahl oder das Bohren.

In komplexeren Entwürfen können diese beiden Spezifikationen jedoch gemeinsam vorkommen.

Beispiel:

• 2,0 mm Leiterplatte
• 2 Unzen Kupfer
• ENIG
• SMT mit engem Rastermaß
• angepasste Impedanz

wird in der Regel andere Herstellungskosten haben als:

• 1,6 mm Leiterplatte
• 1 Unze Kupfer
• HASL
• Standard-SMT

Das endgültige Angebot entspricht den vereinbarten Spezifikationen.

Aus diesem Grund kann der Vergleich eines einzelnen Kostenpostens ohne Berücksichtigung der übrigen Komponenten der Leiterplattenkonstruktion zu einer falschen Schlussfolgerung führen.

Hat die Plattendicke Einfluss auf die Panelisierung von Leiterplatten?

Ja, indirekt.

Bei der Panelisierung geht es in erster Linie um die Anordnung der Leiterplatten, die Leiterbahnführung, die Materialausnutzung, die Werkzeugschienen und die Fertigungseffizienz.

Allerdings können dickere oder dünnere Leiterplattenkonstruktionen unterschiedliche Anforderungen an die mechanische Handhabung stellen.

Beispielsweise benötigen sehr dünne Platinen während der Fertigung und Montage möglicherweise zusätzliche Abstützung.

Bei der Bewertung der Plattenauslastung sollten daher neben der Anzahl der Leiterplatten pro Platte auch die mechanischen Eigenschaften der Leiterplatten berücksichtigt werden.

See Wie sich die Panelisierung von Leiterplatten auf die Herstellungskosten auswirkt hinsichtlich des Zusammenhangs zwischen der Leiterplattenauslegung und den Leiterplattenkosten.

Standarddicke vs. individuelle Dicke

Eine der einfachsten Möglichkeiten, die Kosten für Leiterplatten zu kontrollieren, besteht darin, zu prüfen, ob eine kundenspezifische Dicke tatsächlich erforderlich ist.

Eine Standarddicke kann Folgendes bieten:

• Weitere verfügbare Materialien
• Weitere Stapeloptionen
• Bekannte Fertigungsparameter
• Höhere Produktionseffizienz
• Einfacherer Angebotsvergleich

Eine Sonderdicke kann dennoch sinnvoll sein, wenn das Produkt dies erfordert.

Das Problem besteht darin, dass keine benutzerdefinierte Dicke verwendet wird.

Das Problem besteht darin, eine solche Festlegung ohne triftigen technischen Grund vorzunehmen.

So wählen Sie die richtige Leiterplattenstärke aus, ohne die Kosten unnötig zu erhöhen

Schritt 1: Ermittlung der mechanischen Anforderungen

Beginnen Sie mit dem Produktgehäuse und der Installationsmethode.

Bedenken Sie Folgendes:

• Verfügbarer Platz
• Anschlussposition
• Montageverfahren
• Schraubbefestigung
• Plattenlänge
• Mechanische Vibration
• Einsteckkraft

Wenn die Leiterplatte durch ein Gehäuse mechanisch abgestützt wird, muss sie möglicherweise nicht allein aus Gründen der Steifigkeit dicker sein.

Schritt 2: Überprüfen Sie die elektrischen Anforderungen

Bei mehrschichtigen Leiterplatten ist Folgendes zu beachten:

• Impedanz
• Dielektrische Dicke
• Signalintegrität
• Nebensprechen
• Stromverteilung

Bevor diese Anforderungen nicht verstanden sind, sollte keine dünnere oder dickere Platte ausgewählt werden.

Schritt 3: Überprüfung der Anforderungen an Bauteile und Baugruppen

Überlegen Sie, ob die Platte folgenden Belastungen standhalten muss:

• SMT-Reflow
• Wellenlöten
• Durchsteckmontage
• Stecker einstecken
• Mechanische Montage

Bei sehr dünnen Leiterplatten sind bei der Handhabung während der Montage möglicherweise zusätzliche Vorkehrungen zu treffen.

Schritt 4: Überprüfen Sie die Bohrstruktur

Rezension:

• Mindestdurchmesser der fertigen Bohrung
• Durchmesser
• Seitenverhältnis
• Anzahl der Durchstecklöcher
• Mechanische Bohrungen

Eine dicke Platine in Verbindung mit sehr kleinen Löchern kann die Fertigung erschweren.

Schritt 5: Fordern Sie einen serienreifen Laminataufbau an

Anstatt lediglich Folgendes anzugeben:

Fertigdicke: 1,6 mm

Stellen Sie dem Hersteller die vollständigen elektrischen Anforderungen zur Verfügung und lassen Sie das Fertigungsteam die praktische Schichtung überprüfen.

Dies ist besonders nützlich für mehrschichtige und Hochgeschwindigkeits-Designs.

Schritt 6: Vergleichen Sie die vollständigen Angebote

Achten Sie beim Preisvergleich auf Folgendes:

• Fertigdicke
• Dickentoleranz
• Anzahl der Schichten
• Kupfergewicht
• Material
• Oberflächengüte
• Bohrergröße
• Menge
• Prüfung
• Vorlaufzeit

Ein niedrigerer Preis kann einfach auf eine andere Leiterplattenkonstruktion zurückzuführen sein.

So senken Sie die Leiterplattenkosten durch Dickenoptimierung

Verwenden Sie nach Möglichkeit die Standarddicke

Wenn für das Produkt keine bestimmte Dicke erforderlich ist, kann eine handelsübliche Ausführung die Herstellung vereinfachen.

Machen Sie die Leiterplatte nicht ohne triftigen mechanischen Grund dicker.

Eine größere Dicke kann den Material- und Verarbeitungsaufwand erhöhen, ohne dass sich dadurch zwangsläufig die elektrische Leistung verbessert.

Machen Sie die Leiterplatte nicht dünner, nur um Material zu sparen

Sehr dünne Platinen können mechanische und fertigungstechnische Herausforderungen mit sich bringen.

Die richtige Dicke ist diejenige, die alle Produktanforderungen erfüllt.

Eine praktikable Dickentoleranz zulassen

Wenn die mechanische Konstruktion eine Toleranz zulässt, anstatt eine extrem enge Vorgabe für die Enddicke zu erfordern, stehen dem Hersteller möglicherweise mehr Optionen für den Laminataufbau zur Verfügung.

Dies kann insbesondere bei mehrschichtigen Leiterplatten von Nutzen sein.

Überprüfen Sie die Dicke sowie die Bohrvorgaben

Eine dicke Leiterplatte mit sehr kleinen Löchern kann schwieriger herzustellen sein als eine dünnere Leiterplatte mit derselben Lochgröße.

Sofern es die Konstruktion zulässt, kann die Vergrößerung des Mindestlochdurchmessers mitunter eine wirksamere Maßnahme zur Kostenkontrolle sein als eine Änderung der Leiterplattenstärke.

Leiterplattenstärke und Gesamtfertigungskosten

Die Dicke der Leiterplatte sollte als Teil der gesamten Kostenstruktur betrachtet werden:

Material

↓

Anzahl der Schichten

↓

Kupfer Gewicht

↓

Enddicke

↓

Bohren

↓

Kaschierung

↓

Oberfläche

↓

Verkleidung

↓

Prüfung

↓

Produktionsmenge

Diese Faktoren wirken zusammen.

So kann beispielsweise eine Erhöhung der Lagenanzahl die Leiterplattenstärke vergrößern, eine höhere Lagenanzahl ermöglicht jedoch möglicherweise auch eine dichtere Leiterverlegung und eine bessere Signalintegrität.

Ebenso kann eine Verringerung der Dicke zwar Material einsparen, jedoch zu schwierigeren Bohr- oder Handhabungsbedingungen führen.

Daher sollte sich die Kostenoptimierung bei Leiterplatten auf die gesamte Fertigungsstruktur konzentrieren und nicht auf eine einzelne Spezifikation.

So vergleichen Sie Angebote für Leiterplatten mit unterschiedlichen Plattendicken

Wenn zwei Angebote unterschiedliche Preise aufweisen, prüfen Sie zunächst, ob die Enddicke identisch ist.

Beispiel:

Spezifikation	Zitat A	Zitat B
Anzahl der Schichten	4L	4L
Fertigdicke	1,0 mm	1,6 mm
Kupfer	1 Unze	1 Unze
Material	FR-4	FR-4
Oberflächengüte	ENIG	ENIG
Menge	500 Stück	500 Stück
Brettgröße	Das Gleiche	Das Gleiche

Es handelt sich hierbei nicht um identische Leiterplatten-Spezifikationen.

Der Preisunterschied könnte zum Teil auf die unterschiedliche Bauweise der Platine zurückzuführen sein.

Aus diesem Grund sollten bei einem ordnungsgemäßen Angebotsvergleich die technischen Spezifikationen standardisiert werden, bevor die Preisunterschiede bewertet werden.

Für einen umfassenderen Ansatz siehe Warum variieren die Angebote für Leiterplatten so stark?.

Checkliste zu den Kosten für die Leiterplattenstärke

Bevor Sie eine Leiterplatte zur Angebotsanfrage freigeben, überprüfen Sie Folgendes:

• Die Dicke der fertigen Platte ist angegeben
• Die Dickentoleranz ist definiert
• Die mechanischen Anforderungen wurden überprüft
• Die Anforderungen an die Stapelung sind verstanden
• Die Anforderungen an die kontrollierte Impedanz werden berücksichtigt
• Das Kupfergewicht ist angegeben
• Die Mindestbohrungsgröße wird überprüft
• Das Seitenverhältnis der Öffnung ist akzeptabel
• Die Anforderungen an die Handhabung der Baugruppen werden berücksichtigt
• Die Standarddicke wurde berücksichtigt
• Die individuelle Dicke hat einen klaren technischen Grund.
• Alle Angebote basieren auf derselben Dickenangabe

Häufig gestellte Fragen

Schlussfolgerung

Die Dicke einer Leiterplatte ist mehr als nur ein mechanisches Maß. Sie beeinflusst die Materialstruktur, den Schichtaufbau, das Bohren, die Laminierung, die Impedanz, die Handhabung und letztlich auch die Herstellungskosten.

Eine Standarddicke kann die Produktion oft vereinfachen, doch gibt es viele Situationen, in denen eine dünnere oder dickere Platte technisch gerechtfertigt ist.

Die effektivste Kostenstrategie besteht daher nicht darin, die dünnste oder die dickste Leiterplatte auszuwählen. Legen Sie stattdessen zunächst die mechanischen und elektrischen Anforderungen fest und wählen Sie dann eine praktikable Dicke und einen Aufbau, die sich konsistent fertigen lassen.

Bei komplexen mehrschichtigen und Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenprojekten kann TOPFAST vor der Produktion die fertige Dicke zusammen mit dem Schichtaufbau, der Kupferstruktur, den Bohrvorgaben und den Impedanzzielen überprüfen. Dadurch lässt sich vermeiden, dass eine nominelle Dickenvorgabe unnötige Fertigungskosten verursacht.

Eine Kostenprüfung für Leiterplatten anfordern

Geben Sie bei der Anforderung eines Angebots die Enddicke, die Dickentoleranz, die Anzahl der Schichten, das Kupfergewicht, das Material, den Mindestbohrdurchmesser, die Oberflächenbeschaffenheit und die Stückzahl an. Damit erhält der Hersteller ausreichende Informationen, um die tatsächlichen Fertigungskosten zu ermitteln.

Vergleichen Sie die Preise für Leiterplatten mit identischen Spezifikationen

Wenn zwei Angebote für Leiterplatten unterschiedliche Preise aufweisen, sollten Sie vor dem Vergleich der Stückpreise die Plattendicke und den Schichtaufbau überprüfen. Ein Unterschied in der Enddicke kann auf eine unterschiedliche Fertigungsstruktur hindeuten.