Stefan Keller, einer unserer Experten für den Leiterplatten Basic Design Guide, beantwortet Ihre Fragen aus dem Webinar "Basic Design Guide - Layouten nach den Würth Elektronik Design Parameter und die Leiterplatte passt!".

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Leiterbahnbreite und Leiterabstände auf Außenlagen: Welche minimalen Leiterbahnbreiten und Leiterabstände können in Abhängigkeit der gewählten Kupferendschichtdicke verwendet werden?

Die minimal herstellbaren Leiterbahnbreiten und Leiterabstände sind vor allem abhängig von der Kupferschichtdicke. Auf den Außenlagen setzt sich die Endkupferschichtdicke zusammen aus Basiskupfer (i.d.R. eine Kupferfolie) und dem galvanischen Kupferaufbau.

Für dicke Kupferschichten sind die erforderlichen Leiterabstände größer als die Leiterbahnbreiten.

Dies ist erforderlich um eine ausreichende Ätzkompensation zu ermöglichen, d.h. der Leiterplattenhersteller verbreitert die Leiterbahnen damit nach dem Ätzprozess das Nennmaß aus den Design-Daten wieder erreicht wird.

Die jeweiligen Standardwerte entnehmen Sie bitte der Tabelle aus unserem Basic Design Guide.

Leiterbahnbreite und Leiterabstände auf Außenlagen: Welche maximale Kupferendschichtdicke ist für 75 µm Leiterbahnbreite und / oder 75 µm Leiterabstand möglich?

Ein zuverlässiger Ätzprozess für 75 µm Strukturen ist nur mit einer dünnen Endkupferdicke von maximal 25 – 30 µm möglich.

Für Leiterplatten mit durchgehenden durchkontaktierten Bohrungen ist immer ein Zusatzaufwand erforderlich um einerseits genug Kupfer in den Bohrungen abzuscheiden, und andererseits den Kupferaufbau auf der Oberfläche gegenüber dem Standard zu reduzieren. Aus Kostengründen sollten Feinstleiterstrukturen deutlich unter 100 µm nur dort verwendet werden, wo erforderlich.

Leiterbahnbreite und Leiterabstände auf Innenlagen: Welche minimalen Leiterbahnbreiten und Leiterabstände können in Abhängigkeit der gewählten Kupferendschichtdicke verwendet werden?

Die minimal herstellbaren Leiterbahnbreiten und Leiterabstände sind vor allem abhängig von der Kupferschichtdicke.

Auf den Innenlagen ist das in der Regel nur die Kupferkaschierung der Kerne (Basiskupfer). Nur in Verbindung mit Buried Vias setzt sich die Kupferendschichtdicke zusammen aus Basiskupfer und dem galvanischen Kupferaufbau.

Für dicke Kupferschichten sind die erforderlichen Leiterabstände größer als die Leiterbahnbreiten. Dies ist erforderlich um eine ausreichende Ätzkompensation zu ermöglichen, d.h. der Leiterplattenhersteller verbreitert die Leiterbahnen damit nach dem Ätzprozess das Nennmaß aus den Design-Daten wieder erreicht wird.

Die jeweiligen Standardwerte entnehmen Sie bitte der Tabelle aus unserem Basic Design Guide.

Leiterbahnbreite und Leiterabstände auf Innenlagen: Welche maximale Kupferendschichtdicke ist für 75 µm Leiterbahnbreite und / oder 75 µm Leiterabstand möglich?

Ein zuverlässiger Ätzprozess für 75 µm Strukturen ist nur mit einer dünnen Endkupferdicke von maximal ca. 25 µm möglich. Für Innenlagen bedeutet das in der Regel dass mit 17.5 µm (1/2 oz) Basiskupfer gearbeitet wird.

Kupferendschichtdicke auf Außenlagen: Welche Standard - Kupferendschichtdicken können verwendet werden?

Auf den Außenlagen setzt sich die Endkupferschichtdicke zusammen aus Basiskupfer (i.d.R. eine Kupferfolie) und dem galvanischen Kupferaufbau. Wenn keine besonderen Anforderungen bestehen, wird mit einer 17.5 µm Kupferfolie gearbeitet, inklusive dem galvanischen Kupferaufbau liegt dann die Kupferenddicke bei ca. 50 µm.

Analog erhält man mit 35 µm und mit 70 µm Basiskupfer eine Kupferendschichtdicke von 70 µm bzw. 105 µm, dann jedoch mit angepassten Leiterbildparametern, die in unserem Basic Design Guide zu finden sind.

Für Feinstleiterstrukturen deutlich unter 100 µm muss die Kupferendschichtdicke auf 25 – 30 µm begrenzt werden. Das wird erreicht durch dünnere Kupferfolien und durch Sonderprozesse.

Kupferendschichtdicke auf Innenlagen: Welche Standard - Kupferendschichtdicken können verwendet werden?

Auf den Innenlagen ist die Kupferendschichtdicke i.d.R. mit der Kupferkaschierung der Kerne (Basiskupfer) gleichzusetzen. Nur in Verbindung mit Buried Vias setzt sich die Kupferendschichtdicke zusammen aus Basiskupfer und dem galvanischen Kupferaufbau.

Die üblicherweise verwendeten Kupferkaschierungen sind 17.5 µm und 35 µm.

Für spezielle Anforderungen sind auch 70 µm oder 105 µm möglich, dann jedoch mit angepassten Leiterbildparametern, die in unserem Basic Design Guide zu finden sind.

Durchgehende Vias: Welche minimale Padgröße kann für durchgehende Vias benutzt werden.

Für die üblichen Leiterplattendicken bis zu 2 mm liegt die Standard Via Padgröße bei 0.55 / 0.60 mm.

Aus Kosten- und Zuverlässigkeitsgründen gilt die Empfehlung, je größer desto besser. Bei höherer Packungsdichte ist es oft erforderlich, die Padgrößen, und damit auch die Bohrdurchmesser zu reduzieren.

Zu kleine Bohrdurchmesser können allerdings zu einem Zuverlässigkeitsproblem werden. Deswegen ist es nicht möglich die Viapads beliebig zu verkleinern. 0.50 mm Padgröße ist für die meisten Anwendungen noch möglich, kleinere Padgrößen nur Lagenaufbauten mit geringer Komplexität, d.h. relativ wenige Lagen, LP-Dicke max. 1.60 mm und idealerweise keine ganz dünnen Kerne.

Die jeweiligen Standardwerte entnehmen Sie bitte der Tabelle aus unserem Basic Design Guide.

Durchgehende Vias: Welcher Enddurchmesser passt zu welcher Padgröße?

Üblicherweise ist der anzugebende Enddurchmesser um 0.35 mm kleiner als die Padgröße.

Die Leiterplattenhersteller bohren in der Regel 0.10 mm größer als der angegebene Enddurchmesser und legen einen theoretischen Restring von min. 125 µm, bezogen auf den Werkzeugdurchmesser, zugrunde.

Somit ist für ein 0.55 mm Viapad ein Enddurchmesser von 0.15 mm die passende Größe.

Die jeweiligen Standardwerte entnehmen Sie bitte der Tabelle aus unserem Basic Design Guide.

Durchgehende Vias: Welche Kupferfreistellungen auf Masseinnenlagen sind zu verwenden, in Abhängigkeit von der gewählten Padgröße?

Aufgrund von Fertigungstoleranzen, insbesondere Dimensionsschwankungen dünner Kerne, ist ein ausreichender Isolationsabstand von 225 µm im Design, umlaufend um die Viabohrung, empfohlen.

Damit ist sichergestellt, dass am Endprodukt keine zu kleinen Isolationsabstände auftreten. Ungefähr dieselbe Größe wird empfohlen, wenn auf Signalinnenlagen die nicht angebundenen Pads entfernt werden.

Die jeweiligen Standardwerte entnehmen Sie bitte der Tabelle aus unserem Basic Design Guide.

Durchgehende Vias: Welche Lötstoppmaskenfreistellungen für die Vias sind empfohlen, in Abhängigkeit von der gewählten Padgröße?

Aus Qualitäts- und Zuverlässigkeitsgründen wird empfohlen, die Vias in der Lötstoppmaske größer als den Bohrdurchmesser freizustellen, insbesondere die kleinen Vias.

Dadurch wird weitgehend vermieden dass in teilweise mit Lack verschlossenen Vias Chemierückstände verbleiben, die später auf die Lötoberfläche gelangen und dort für schlechte Lötergebnisse sorgen können.

Die empfohlenen Größen entnehmen Sie bitte der entsprechenden Tabelle aus unserem Basic Design Guide.

Lötstoppmaske: Welche Lötstoppmaskenfreistellungen für Lötpads können verwendet werden?

Da auch für den Lötstoppmaskenprozess Toleranzen für die Passgenauigkeit berücksichtigt werden müssen, sollten die Lötstoppmaskenfreistellungen immer größer als die Lötpads ausgeführt werden. Nur so kann sichergestellt werden, dass das gesamte Pad frei von Lötstopplack bleibt und optimale Lötergebnisse erzielt werden können.

Eine andere wichtige Funktion der Lötstoppmaske ist alle Leiterbahnen abzudecken, d.h. zu isolieren. Deshalb können die Freistellungen bei packungsdichten Designs auch nicht beliebig vergrößert werden.

Die Freistellung sollte üblicherweise umlaufend mit dem halben Leiterabstand ausgeführt werden. Nur bei Feinstleiterstrukturen unter 100 µm sollten die Löt-stopplackfreistellungen auch unter 50 µm verkleinert werden, was den Fertigungsaufwand in diesem Prozess deutlich erhöht. Die kleinstmöglichen Freistellungen liegen bei 35 µm, damit können dann auch 75 µm Leiterabstände gefertigt werden.

Die jeweiligen Standardwerte entnehmen Sie bitte der Tabelle aus unserem Basic Design Guide.

Die Anpassung der Lötstoppmaskenfreistellungen kann auf Wunsch auch durch den Leiterplattenhersteller erfolgen.

Lötstoppmaske: Welche minimale Lötstoppmaskenstegbreite kann gefertigt werden?

Prozess- und Materialbedingt kann prozesssicher mit einer minimalen Lötstoppmaskenstegbreite von 70 µm gefertigt werden. Somit ist es auch möglich für 0.40 mm Pitch QFP Bauteile mit einem Lötstoppmaskensteg zwischen allen Lötpads zu arbeiten.

Sonstige Design Parameter - Leiterbild: Welcher Abstand von der Außenkontur der Leiterplatte sollte für das Leiterbild / Kupfer im Design eingehalten werden?

Der minimale Abstand des Leiterbildes / Kupfers ist von der Konturbearbeitungstechnik abhängig. Grundsätzlich ist ein ausreichender Abstand erforderlich, um auch unter Berücksichtigung aller Toleranzen zu vermeiden, dass Kupfer angefräst wird. Das würde immer zu einer Gratbildung führen, wodurch die Leiterplattenoberfläche in allen Folgeprozessen, wo Leiterplatten aufeinanderliegen, zerkratzt werden könnte.

Wenn die Leiterplatten gefräst werden, kann dies mit einem Leiterbildabstand von mindestens 0.23 mm im Design vermieden werden.

Für die Variante Kerbfräsen / Ritzen hängt der genaue Wert von der Leiterplattendicke ab. Je dicker, desto tiefer muss das 30° Kerbritzwerkzeug eintauchen und schneidet dann auch an der Oberfläche mehr Material in x und y Richtung weg. Als Richtwert kann gelten; für die Standard-LP Dicke von 1.60 mm wird durch einen mindestens 0.45 mm großen Abstand von Kupfer zur Kontur vermieden, das durch ankerben des Leiterbildes ein Grat entsteht.

Zu beachten ist, je nach Toleranzfeld für die LP Kontur wird diese u.U. auch kleiner als das Nennmaß ausgeführt.

Sonstige Design Parameter - Leiterbild: Welcher Abstand des Leiterbildes zu NDK Bohrungen sollte im Design eingehalten werden?

Um ein Anbohren des Leiterbildes, und damit Gratbildung und freiliegendes Kupfer, zu vermeiden, sollte ein minimaler Abstand des Leiterbildes zur Bohrwand von NDK Bohrungen von 0.25 mm eingehalten werden.

Zu beachten ist, je nach Toleranzfeld für den Lochdurchmesser werden die Bohrungen u.U. auch größer als das Nennmaß gebohrt.

Sonstige Design Parameter - Bestückungs- und Servicedruck: Welche minimale Strichstärke und Schrifthöhe sollte im Design verwendet werden?

Um sicherzustellen, dass der Bestückungs- / Servicedruck gut lesbar ist, sollte eine minimale Strichstärke von 100 µm und eine minimale Schrifthöhe von 1.50 mm eingehalten werden.

Je nach Schriftart kann auch eine zu breite Strichstärke zu schlechterer Lesbarkeit führen. Für sehr dicke Kupferschichten auf der Leiterplattenoberfläche, was zu größeren „Unebenheiten“ führt, sollten grobere Strukturen verwendet werden.

Sonstige Design Parameter - Bestückungs- und Servicedruck: Welcher Abstand zu Lötstoppmaskenöffnungen sollte im Design eingehalten werden?

Um zu vermeiden, dass unter Berücksichtigung aller Toleranzen Lötpads teilweise überdruckt werden, sollte ein Abstand der Bestückungs- Servicedruckelemente zu den Lötstoppmaskenöffnungen von mindestens 100 µm eingehalten werden.

Dabei ist zugrunde gelegt, dass die Lötstoppmaske mindestens 50 µm umlaufend größer als die Lötpads freigestellt ist. Das Andrucken von Lötpads könnte negative Auswirkungen auf die Lötqualität haben.