Bei einer Leiterplattenanfrage lautet die hilfreiche Frage nicht einfach: „Ist das 1 oz Kupfer?“ Entscheidend ist, ob sich 1 oz auf die Ausgangsfolie oder den fertigen Leiterzug bezieht und ob das Design außerdem eine messbare Mindestdicke erfordert.
Verwenden Sie das Kupfergewicht als nominalen Richtwert. Wenn ein Leiterzug eine bestimmte Fertigdicke haben muss, nehmen Sie diese Anforderung für die betreffende Lage in die Fertigungszeichnung auf und geben Sie an, wo und wie sie geprüft wird. Kupfer in galvanisierten Bohrungswänden und die Oberflächenbeschichtung sind separat zu behandeln.
Tabelle: Kupfergewicht und Dicke
Das Kupfergewicht einer Leiterplatte wird üblicherweise in Unzen pro Quadratfuß (oz/ft²) angegeben: als Kupfermasse, die über eine Fläche verteilt ist. Es ist nicht die gesamte Kupfermasse der Leiterplatte.
Die folgende Tabelle verwendet bewusst den gerundeten Ansatz von 35 µm je oz/ft². Sie ist ein nominaler Richtwert und weder eine Tabelle für Mindestwerte des Fertigkupfers noch eine Toleranztabelle oder eine Aussage zur Verfügbarkeit bei APTPCB.
| Kupfergewicht, oz/ft² | Richtwert Dicke, µm | Richtwert Dicke, mm | Richtwert Dicke, mil |
|---|---|---|---|
| 0,5 | 17,5 | 0,0175 | 0,69 |
| 1 | 35 | 0,035 | 1,38 |
| 2 | 70 | 0,070 | 2,76 |
| 3 | 105 | 0,105 | 4,13 |
| 4 | 140 | 0,140 | 5,51 |
Für die gesamte Tabelle gilt folgende Rechnung:
- µm ≈ 35 × Kupfergewicht in oz/ft²
- mm = µm ÷ 1.000
- mil = µm ÷ 25.4
Auf dieser Grundlage entsprechen beispielsweise 2 oz/ft² ungefähr 70 µm oder 2,76 mil. Die mil-Werte sind gerundet; ein mil ist ein Tausendstel Zoll.
Der Ansatz von 35 µm ist eine praktische Konvention, keine exakte physikalische Umrechnung. Eine ideale, gleichmäßige Schicht ergibt bei einer Kupferdichte von 8,96 g/cm³ rechnerisch ungefähr 34,1 µm je oz/ft². Andere Dokumente verwenden andere gerundete Richtwerte. Prüfen Sie beim Zahlenvergleich die jeweils angegebene Grundlage, statt die letzte Dezimalstelle als Fertigungsgarantie zu behandeln.
Die Kupferdicke ist außerdem nicht mit der Fertigdicke der gesamten Leiterplatte gleichzusetzen. Für dieses mechanische Maß siehe Standarddicke von Leiterplatten.
Basiskupfer und Fertigkupfer sind unterschiedliche Anforderungen
Basiskupfer ist die Ausgangsfolie einer Lage vor den jeweils relevanten Fertigungsschritten. Ihr nominales Gewicht beschreibt den Aufbau, doch die tatsächliche Dicke der Ausgangsfolie muss nicht an jeder Stelle dem gerundeten Tabellenwert entsprechen.
Fertigkupfer des Leiterzugs ist das Kupfer, das nach den zutreffenden Auftrags- und Abtragsprozessen im Leiterzug verbleibt. Je nach Lage und Aufbau kann die Enddicke von der Ausgangsfolie abweichen.
Ausgangsfolie ist nicht gleich Fertigkupfer. Schematische Darstellung, nicht maßstabsgetreu und ohne gemessene Schichtdicken. Links: Außenleiter mit Basisfolie und aufgebrachtem Kupfer, anschließend bearbeitet; rechts: Innenlagenfolie mit im Prozess abgetragenem Material. Basis- und Zusatzkupfer sind getrennt dargestellt; die metallische Oberflächenbeschichtung ist kein Kupfer, und Lötstopplack ist ebenfalls separat. Für das hypothetische lokale Kupferbudget gilt: 16,8 + 21,6 − 2,4 = 36,0 µm; angenommen sind Basis + Auftrag − Abtrag. Das liegt unter dem ebenfalls angenommenen Mindestwert von 40 µm. Innenliegende galvanisierte Merkmale müssen gesondert im Lagenaufbau geprüft werden.
Bei einem Aufbau mit galvanisierten Bohrungen kann eine Außenlage während der Fertigung zusätzliches Kupfer erhalten. Bei späteren Prozessschritten kann auch Kupfer abgetragen werden. Texas Instruments zeigt in SPMA056 ein konkretes Beispiel für eine vierlagige Leiterplatte: Für die äußeren Signallagen werden nominal eine halbe Unze Basiskupfer und eine halbe Unze galvanisch aufgebrachtes Kupfer als nominal insgesamt eine Unze beschrieben. Das Beispiel verdeutlicht, warum die Bezeichnung „1 oz Außenlage“ nicht zwingend bedeutet, dass die Leiterplatte mit einer Folie von 1 oz begonnen hat. Es handelt sich weder um ein allgemeingültiges Galvanisierrezept noch um einen Mindestwert für Fertigkupfer.
Eine gewöhnliche Innenlage wird häufig aus Folie strukturiert, ohne dieselbe Galvanisierfolge wie eine Außenlage zu durchlaufen. Bei diesem Aufbau sind die Ausgangsfolie und das während der Verarbeitung abgetragene Material für das Ergebnis wichtig. Übertragen Sie diese Beschreibung nicht auf jede Leiterplatte: Bei sequenziellen und anderen komplexen Aufbauten können auch innenliegende Merkmale galvanisiert werden. Solche Merkmale und ihre Anforderungen müssen in der Aufbaudokumentation benannt sein.
Zahlenbeispiel: Nahe am Richtwert bedeutet nicht, dass ein Mindestwert erfüllt ist
Angenommen, ein lokaler Leiterzug auf einer Außenlage weist folgende beispielhafte Istwerte auf:
- Ausgangskupfer: 16,8 µm
- Aufgebrachtes Kupfer: 21,6 µm
- Später abgetragenes Kupfer: 2,4 µm
Das vereinfachte Ergebnis lautet:
16,8 + 21,6 − 2,4 = 36,0 µm Fertigkupfer
Dieses Ergebnis liegt nahe am nominalen Tabellenrichtwert von 35 µm für 1 oz. Verlangt das Projekt jedoch unabhängig davon mindestens 40 µm an der festgelegten Messstelle, unterschreiten 36,0 µm diese numerische Grenze.
Der Grenzwert von 40 µm und alle drei Prozesswerte sind Annahmen für dieses Beispiel – kein Branchenstandard, kein Fertigungsergebnis von APTPCB und keine Vorhersage für einen bestimmten Prozess. Der Punkt ist sowohl vertraglicher als auch rechnerischer Art: Eine nominale Bezeichnung und ein Mindestabnahmewert beantworten unterschiedliche Fragen.
Flächenkupfer, Bohrungswand und Oberflächenbeschichtung getrennt betrachten
Ein Leiterzug auf einer Leiterplattenlage und das auf der Wand einer galvanisierten Bohrung abgeschiedene Kupfer hängen mit dem Aufbau zusammen, sind jedoch keine austauschbaren Maße.
Geben Sie die Dicke des flächigen Leiterkupfers für die betreffende Lage und Stelle an. Falls das Kupfer an der Bohrungswand relevant ist, spezifizieren Sie dessen Anforderung separat für die zutreffenden Bohrungen und nennen Sie die maßgebliche Prüfgrundlage. Gehen Sie nicht davon aus, dass eine Fertigkupferangabe für die Außenlage auch die Bohrungswand beschreibt.
Lötstoppmaske ist ebenfalls kein Kupfer. Eine metallische Oberflächenbeschichtung wie Nickel/Gold oder Zinn ist ein separates Werkstoffsystem; rechnen Sie diese Metalle nicht zur Kupferdicke. Geben Sie die geforderte Beschichtung separat in der Zeichnung an.
Defektmikrografie eines NASA-Prüfcoupons, zugeschrieben Charles E. Powers/NASA GSFC, 2009. Die ursprünglichen Pfeile markieren fehlende innere und äußere Ringanschlüsse. Kein APTPCB-Prüfling; das Bild enthält keinen Maßstab zur Bestimmung der Kupferdicke oder zur Abnahme. Bildnachweis und Quellenangabe.
Ein Mikroschliff kann den Zusammenhang zwischen Leiterkupfer und Bohrungswand zeigen, doch ein Bild allein begründet keine Dickenanforderung. Ein geeigneter Prüfplan benennt das Merkmal, die Präparation und Messmethode, die Stichprobe sowie die Abnahmegrundlage.
Die Tabelle in eine lagenbezogene Angebotsanfrage überführen
Betrachten wir ein angenommenes vierlagiges Projekt. Das Designteam benötigt an festgelegten Stellen auf L1 mindestens 40 µm Fertigkupfer. Für die übrigen Flächenlagen gibt es zusätzlich zu den maßgeblichen Projektanforderungen keinen eigenen numerischen Mindestwert für das Fertigkupfer.
Das Team schlägt für die Angebotsanfrage den folgenden Ausgangsaufbau vor. Die Werte für die Basisfolie sind vorgeschlagene Nominalwerte, keine Messergebnisse und keine festgelegten Prozessanweisungen. Ein Fertiger kann zur Prüfung eine andere Ausgangsfolie vorschlagen, falls diese zur Erfüllung der Fertiganforderung benötigt wird.
| Lage | Vorgeschlagene nominale Basisfolie | Anforderung an flächiges Fertigkupfer | Ort, Methode und Abnahmeprotokoll |
|---|---|---|---|
| L1 — außen | 0,5 oz/ft² | Mindestens 40 µm an den vereinbarten Stellen | Repräsentative Messstellen an L1-Leiterzügen benennen und Messmethode, Stichprobe sowie maßgebliche Anforderung vor Freigabe vereinbaren |
| L2 — innen | 1 oz/ft² | In diesem Beispiel kein zusätzlicher numerischer Mindestwert festgelegt | Maßgebliche Anforderung benennen und Lagenaufbau sowie angebotene Fertigkupfergrundlage bestätigen |
| L3 — innen | 1 oz/ft² | In diesem Beispiel kein zusätzlicher numerischer Mindestwert festgelegt | Maßgebliche Anforderung benennen und Lagenaufbau sowie angebotene Fertigkupfergrundlage bestätigen |
| L4 — außen | 0,5 oz/ft² | In diesem Beispiel kein zusätzlicher numerischer Mindestwert festgelegt | Maßgebliche Anforderung benennen und angebotene Fertigkupfergrundlage bestätigen |
Dies ist ein Beispiel zur Auslegung einer Angebotsanfrage, keine fertige Fertigungszeichnung. Insbesondere bestätigt die Tabelle nicht, dass die vorgeschlagene Basisfolie auf L1 zu 40 µm Fertigkupfer führt. Sie macht den Unterschied sichtbar, damit der Aufbau vor Auftragserteilung geprüft werden kann.
Für jede Lage sollte die Anforderungsdokumentation Folgendes enthalten:
- Lagenkennung, passend zu Lagenaufbau und Artwork.
- Nominale Basisfolie, einschließlich der Angabe, ob sie verbindlich oder ein Aufbauvorschlag ist.
- Mindestwert oder Bereich für Fertigkupfer, sofern das Design einen numerischen Grenzwert benötigt.
- Messstelle, Methode und Stichprobe, wenn die Abnahme von einer Messung abhängt.
- Maßgebliche Anforderung, einschließlich zutreffendem Dokument, Revision, gegebenenfalls Klasse und vereinbarten Ausnahmen.
Wenn für eine Lage kein projektspezifischer numerischer Mindestwert festgelegt ist, bedeutet das nicht, dass es keine Anforderungen gibt. Das Angebot benötigt weiterhin eine definierte Grundlage für das Fertigkupfer sowie die maßgeblichen Fertigungs- und Abnahmeanforderungen.
Beispiel für einen Zeichnungshinweis zu L1
Der folgende Hinweis ist ein Ausgangspunkt für das angenommene Projekt und ersetzt keinen vereinbarten Prüfplan:
L1: Das flächige Fertigkupfer der Leiterzüge muss an den festgelegten Messstellen für L1 mindestens 40 µm betragen. Vorgeschlagene nominale Basisfolie: 0,5 oz/ft²; ein alternativer Aufbau bedarf der Designfreigabe. Messmethode, Verhältnis von Stichprobe oder Coupon zur Leiterplatte, maßgebliche Spezifikation und Revision, zutreffende Klasse sowie Ausnahmen vor Fertigungsfreigabe bestätigen. Kupfer an galvanisierten Bohrungswänden und Oberflächenbeschichtung separat spezifizieren.
Die Zeichnung muss die festgelegten Stellen benennen und die maßgeblichen Referenzen vollständig aufführen. Wird statt der Leiterplatte selbst ein repräsentativer Coupon vorgeschlagen, muss definiert sein, wie dieser Coupon mit der abzunehmenden Anforderung zusammenhängt. Ein Querschliff kann als vorgeschlagene Methode geeignet sein; Merkmal, Präparation, Stichprobenahme und Messkonvention müssen dennoch vereinbart werden.
Schreiben Sie nicht „±35 µm“, wenn Sie „ungefähr 35 µm“ meinen. Ein nominaler Richtwert, eine Toleranz um einen Sollwert und ein Mindestgrenzwert sind drei unterschiedliche Vorgaben. Wenn sowohl eine bestimmte Basisfolie als auch ein Fertigmindestwert tatsächlich verbindlich sind, formulieren Sie beides ausdrücklich und lassen Sie diese Kombination prüfen. Andernfalls lässt eine Definition der Fertiganforderung mit einem geprüften Aufbauvorschlag dem Fertiger Spielraum, ein geeignetes Verfahren vorzuschlagen.
Für die übrigen Fertigungsunterlagen und das Zusammenspiel von Lagenaufbau und Hinweisen siehe Wesentliches zur Fertigungszeichnung und Leiterplatten-Lagenaufbau.
Angebote auf derselben Grundlage vergleichen
Zwei Angebote können beide „1 oz“ nennen und trotzdem unterschiedliche Dinge beschreiben. Vergleichen Sie vor der Auswahl die zurückgesendeten Lagenaufbauten und achten Sie auf folgende Unterschiede:
- Basis oder fertig? Eine Angabe zur Basisfolie ist nicht gleichbedeutend mit einem Mindestwert für das Fertigkupfer des Leiterzugs.
- Welche Lage? Eine galvanisierte Außenlage und eine gewöhnliche Innenlage aus Folie können unterschiedliche Prozessabläufe haben.
- Nominalwert oder Abnahmegrenze? Ein gerundeter Fertigwert bestätigt für sich allein nicht den beispielhaften Mindestwert von 40 µm für L1.
- Wo wird geprüft? Eine Angabe zu Leiterzug, Pad, Coupon oder Bohrungswand braucht die zugehörige Stelle und Messgrundlage.
- Was hat sich sonst geändert? Eine Änderung des vorgeschlagenen Kupferaufbaus sollte vor Freigabe anhand des gesamten Lagenaufbaus und der Designanforderungen geprüft werden.
Für das angenommene Projekt lautet das konkrete Ergebnis: ein Angebot, das die vorgeschlagene Basisfolie je Lage nennt und den Mindestwert von 40 µm für L1 an den vereinbarten Stellen ausdrücklich behandelt. Kann der vorgeschlagene Aufbau diese Anforderung nicht erfüllen, darf eine nominale Angabe von 1 oz nicht einfach als konform umetikettiert werden. Prüfen Sie einen alternativen Aufbau oder ändern Sie die Anforderung über das Designfreigabeverfahren. Bleiben Messgrundlage oder maßgebliches Dokument ungeklärt, halten Sie diesen Punkt offen, statt das Angebot als bestätigte Abnahmezusage zu behandeln.
Die Kupferdicke ist eine Eingangsgröße für die elektrische und thermische Auslegung, doch diese Tabelle bestimmt keine Strombelastbarkeit. Für diese separate Entscheidung siehe den Leitfaden für Leiterplatten mit hoher Kupferauflage.
Anforderung zusammen mit dem Lagenaufbau übermitteln
Senden Sie für eine Anfrage an APTPCB die lagenbezogene Kupferdokumentation zusammen mit Fertigungszeichnung, Lagenaufbau und Designdateien. Kennzeichnen Sie vorgeschlagene Basisfolien, benennen Sie verbindliche Fertiggrenzwerte und bitten Sie darum, dass das Angebot vorgeschlagene Änderungen und offene Prüfparameter ausweist.
Starten Sie eine Angebotsanfrage mit dem Projektpaket oder kontaktieren Sie APTPCB, wenn vor dem Einreichen noch Lagenanforderungen geklärt werden müssen. Ziel ist eine gemeinsame, projektspezifische Definition dessen, was gefertigt wird und wie ein angegebener Grenzwert bewertet wird.
Quellenbasis
- LPKF, TechGuide: In-House PCB Prototyping, „Basic Information on PCBs“.
- Texas Instruments, SPMA056, Abschnitt 3.2.1 und Abbildung 4.
- NIST, Composition of COPPER und Handbook 44, Anhang C.
- NASA/GSFC, Charles E. Powers, 2009, NTRS 20090027819.