Das Ätzen einer dicken Kupferschicht ist nicht dasselbe wie das Ätzen einer 1-Unzen-Schicht, und die Designregeln, die für eine Signalplatine gelten, lassen sich nicht übertragen. Die Unterschiede zeigen sich zunächst in der Leiterbahnbreite und im Leiterabstand, dann in den Abständen zwischen den Leitern, in der Wärmeableitung an jedem Pad und schließlich darin, ob die fertige Platine plan bleibt.
Leiterbahnbreite und Leiterabstand im Verhältnis zum Kupfergewicht
Eine Unze Kupfer entspricht etwa 35 µm. Eine 3-Unzen-Schicht ist daher etwa dreimal so dick wie eine Standardschicht und eine 20-Unzen-Schicht etwa zwanzigmal so dick. Beim Ätzen wird Kupfer sowohl von der Seite jeder Leiterbahn als auch von der Oberfläche abgetragen. Daher verliert eine dicke Schicht mehr an Breite, während sich der Abstand daneben schneller schließt, als es die Leiterplatte vorgibt. Die minimale Leiterbahnbreite und der minimale Leiterabstand werden daher im Verhältnis zum Kupfergewicht angegeben, nicht als einzelner Wert. 0,06 mm sind bei Feinstrukturschichten möglich, während die Grenze einer dicken Schicht durch ihre Dicke bestimmt und im DFM-Review festgelegt wird. Die sichersten Layouts mit dickem Kupfer nutzen das Kupfer, um Strom in breiten Bereichen zu leiten und die feine Geometrie der Lagen beizubehalten, die diesen Strom führen können.
Kriechstrecke und Luftspalt
Ein dicker Leiter erzeugt eine höhere Seitenwand, und die Spannung muss sowohl über diese Seitenwand als auch über den Abstand zwischen zwei Leiterbahnen hinweg aufrechterhalten werden. Kriechstrecke und Luftspalt nehmen mit dem Kupfergewicht zu, und der Lötstopplackdamm zwischen zwei dicken Leiterbahnen muss breit genug sein, um sowohl dem Ätzprozess als auch den späteren Montagetemperaturen standzuhalten. Wenn eine dicke Lage auch eine hohe Spannung führt, wird der Luftspalt durch die Betriebsspannung und nicht durch das Prozessminimum bestimmt – und das ist eine Frage der Konstruktion, nicht des Herstellers.
Wärmeableitung und Montage
Ein dickes Pad speichert Wärme. Die thermischen Entlastungsstege sind so dimensioniert, dass die Lötpads weiterhin die Löttemperatur erreichen, anstatt als Kühlkörper zu wirken. Die Lötstoppmaskenöffnungen werden an die dickere Kupferschicht angepasst, und die Via-Behandlung – Zelten, Verschließen oder Füllen – wird so gewählt, dass eine dicke Lage nach dem Laminieren zuverlässig verarbeitet werden kann. Die Reflow-Profile werden aufgrund der zusätzlichen thermischen Masse verlängert. Dies ist ein Grund dafür, dass Designs mit dickem Kupfer sowohl für die Montage als auch für die Fertigung überprüft werden.
Kupferbalance und -ebenheit
Ein unausgewogener Lagenaufbau wölbt sich während des Laminierens und erneut beim Reflow-Löten. Daher wird das Kupfer über die gesamte Leiterplatte und durch die Dicke des Lagenaufbaus ausgeglichen: Dicke Bereiche werden, wo es das Design zulässt, gespiegelt, und die verbleibende Unausgewogenheit wird im Prozess ausgeglichen, anstatt sie dem Kunden zu überlassen. Wölbung und Verdrehung werden auf maximal 0,7 % begrenzt. Eine Leiterplatte, die eine dicke Leistungsschicht mit einer Signalschicht mit kontrollierter Impedanz kombiniert, behält das Seitenverhältnis von 15:1 und die Impedanztoleranz von ±10 % der Standardlinie bei.
Durchkontaktierungen und Leiterplattengröße
Zwei Dimensionen werden durch den Beschichtungsprozess und nicht durch die Leiterplattenvorlage bestimmt. Bei einer Leiterplatte mit dicker Kupferschicht sollte eine durchkontaktierte Bohrung einen Durchmesser von mindestens 0,3 mm aufweisen, mit einem 0,15 mm breiten Ring. Der gleiche Durchmesser von 0,3 mm gilt auch für die kleinste Durchkontaktierung. Die Kupferwandstärke in diesen Durchkontaktierungen beträgt im Normalfall 20–25 µm und 50–100 µm (2–5 oz), wenn die Durchkontaktierung selbst Strom führen muss. Daher benötigt eine Leiterplatte mit dicker Kupferschicht eine größere Lötpad- und eine breitere Lötstoppmaskenöffnung als eine Signalplatine.
Die Leiterplattengröße ist in erster Linie eine Kostenfrage und in zweiter Linie eine Frage der Leistungsfähigkeit: 550 × 350 mm ist die wirtschaftlichste Leiterplattengröße für dieses Verfahren. 550 × 500 mm sind zwar realisierbar, aber deutlich teurer. Die Leiterplatte selbst kann größer sein – die veröffentlichte Grenze liegt bei 580 × 1900 mm. Daher sollte, sofern die Konstruktion es zulässt, die Panelaufteilung dem wirtschaftlichen und nicht dem maximalen Panel folgen.
Wo die Regeln geprüft werden
Jede Anfrage für dicke Kupferleitungen durchläuft die Phasen DFM, DFA und DFT, bevor das Angebot endgültig festgelegt wird. Leiterbahnbreite, Abstände und Panelaufteilung werden somit festgelegt, während das Layout noch geändert werden kann. Die Leiterplatte selbst wird auf der Seite für schwere Kupfer-Leiterplatten, die Prozessgrenzen dahinter auf der Funktionsseite — einschließlich Stromversorgung, Motorantrieb, Schweiß- und Beschichtungsanlagen die auf der Seite zur industriellen Steuerung Die Montage und Materialbeschaffung für die hier beschriebenen Designs erfolgen im selben Werk. Leiterplattenbestückung in China Auf dieser Seite werden die Prozessschritte aufgelistet, die auf die Fertigung folgen.
