Kostentreiber Leiterplattendesign

Im PCB-Design wirkt vieles auf den ersten Blick einfach kalkulierbar: Mehr Lagen bedeuten höhere Kosten, größere Flächen schlagen stärker zu Buche - logisch. Doch in der Praxis zeigt sich schnell, dass nicht allein die Layerzahl und das Format die entscheidenden Kostentreiber sind. Der wesentliche Hebel liegt deutlich früher im Prozess: im Design selbst.

Im folgenden Artikel erklären wir wie die Faktoren Lagenanzahl, Leiterbahnbreiten, Abstände, Bohrdurchmesser oder Sonderformen die Kostenbeim Leiterplatteneinkauf beeinflussen.

Fertigungsgerechtes Design entscheidet über Budget und Qualität

Leiterplatten sind das Herzstück moderner Elektronik - und schon kleine Entscheidungen bei Material und Design können große Auswirkungen auf Kosten und Lieferfähigkeit haben.

Die Kostenrelation unterscheidet sich leider maßiv von Leiterplatten-Hersteller zu Hersteller. Das heißt Sie müssen nicht unbedingt akzeptieren, dass so bald mehr Lagen auftreten, die Leiterplatte masiv teurer wird. Im Schnitt kann man jedoch von einer Preissteigerung zwischen 20 und 40 % rechnen. Beispielsweise bei einem Hersteller der Highend-Leiterplatten herstellt können die Kosten von 8 auf 10 Lagen tatsächlich nur um 20 % steigen. Wenn ein Unternehmen, das low-cost / günstige Leiterplatten herstellt, dann kann die Kostensteigerung jedoch auch beispielsweise 35 % betragen. Wichtig ist, dass der jeweilige Hersteller mit Bedacht ausgewählt wird.

Achtung: Zu beachten ist ebenfalls, dass die Reduzierung der Lagen, nicht automatisch die Kosten verringert. Wenn die Reduzierung der Lagen dazu führt, dass ein komplexes Design entsteht, dann kann das wieder zu hohen Kosten führen.
 

Komplexe Leiterplatten z. B.
HDI-Technologien | High Density Interconnect

Das sind Leiterplatten mit hoher Verdrahtungsdichte, aufgrund ihrer komplexeren Fertigung und speziellen Anforderungen sind sie üblicherweise teurer.Zu den häufigsten kostentreibenden Faktoren zählen:

• Feine Leiterbahngeometrie: Je schmaler Leiterbahnen und Abstände (z.B. 75 µm bei 100 µm Kupfer), desto höher der Fertigungsaufwand und damit die Kosten.
• Kontrollierte Impedanzen benötigen exakte Lagenaufbauten, enge Toleranzen und zusätzliche Tests. Die Kostentreiber sind, die erfordern zusätzliche Produktionsprozesse und Platz für Testcoupons, um die Einhaltung der Impedanz werte nachzuweisen.
• Microvias sind kleinste Löcher, die in Leiterplatten gebohrt werden, um verschiedene Schichten miteinander zu verbinden.Damit einhergehen oftmals feine Strukturen und spezielle Aufbauverfahren. Micro Via Strukturen haben einen großen Einfluss auf die Kosten, da sie die Anzahl der Laminierungsprozesse direkt beeinflussen.Achtung: Micro Vias können die Kosten jedoch auch verringern, weil man dadurch die Anzahl der Lagen und die Gesamtdicke der Leiterplatte reduzieren kann.
• Aspect Ratio bei Vias / Bohrdurchmesser und Anzahl: Ein hohes Verhältnis von Leiterplattendicke zu Bohrdurchmesser erschwert die galvanische Durchkontaktierung. Viele oder sehr kleine Bohrungen steigern die Kosten. Eine hoher Aspect-Ratio (Verhältnis von Bohrtiefe zu Bohrdurchmesser) erschwert die Fertigung zusätzlich. Sehr kleine oder besonders enge Restringe erfordern hohe Präzision beim Bohren und Belichten.
• Plugged Vias (gefüllt & kupfergedeckelt): Spezielle Verfahren zum Füllen und Abdecken kleiner Durchkontaktierungen sind zeit- und kostenintensiv.
• Buried holes = vergrabenen Löcher und die Anzahl der Verpressungsprozesse verteuern die Leiterplatte ebenfalls.
• Mechanische Sondertoleranzen: Abweichungen von Standardtoleranzen (z.B. bei Fräskanten oder Ausfräsungen) erhöhen den Fertigungsaufwand und logischerweise duch die Kosten.
• Kupferdicke bei feinen Strukturen: Dicke Kupferschichten in Kombination mit engen Leiterbahnabständen führen zu erhöhtem Ätzaufwand und höherem Risiko für Fertigungsfehler. Steigende Kupferpreise und höhere Schichtstärken wirken sich direkt auf den Endpreis aus.

• Golddicke: Der Goldanteil ist im Regelfall gering - daher spielt der Goldpreis eine untergeordnete Rolle bei den Gesamtkostenrechnung

EVYTRAs Empfehlung:

Jede technische Abweichung vom Standard erhöht den Fertigungsaufwand. Deshalb lohnt es sich, bereits in der Designphase auf fertigungsgerechte Lösungen zu achten - für stabile Qualität und kontrollierte Kosten. 

Als Richtlinie kann man festhalten, dass die Kosten ziemlich linear mit dem Materialeinsatz und die Anzahl der Lagen steigen und damit die Gesamtkosten bestimmen. Es gilt je komplexer und je höher eine Verdrahtungsdichte ist, desto teurer wird die Leiterplatte. Ideal ist es, sofern möglich, alles zu vermeiden, was vom Standard abweicht. Eine große Hilfestellung geben die IPC Standards (IPC -2220 & IPC 2226).

Bei komplexeren Anforderungen an ein Leiterplattendesign ist darauf zu achten, dass man die Anzahl der Laminatprozesse auf ein Minimum des benötigten reduziert, dazu muss man den Fertigungsprozess allerdings gut kennen. Wir empfehlen deshalb frühzeitig in den Austausch mit dem Hersteller zu gehen.

Außerdem empfehlen wir Entwicklern, sich stetig über neue Technologien beim Leiterplattenlieferanten zu informieren, denn der Herstellungsprozess ist einem stetigen Technologiewandel unterworfen - oder Sie machen es sich einfach und lassen sich von einem Experten begleiten, der Ihnen schon in der Designphase der Leiterplatte zur Seite steht.

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Von Materialauswahl bis Fertigungsstrategie: EVYTRA zeigt Ihnen, wo Effizienzpotenziale liegen. Entdecken Sie weitere Tipps in unseren Blogartikeln – oder sprechen Sie direkt mit uns über Ihre optimale Beschaffungsstrategie.

Quelle: EVYTRA und Wikipedia