Die Toleranz der Kupferdicke

Einleitung

Die Kupferdicke einer Leiterplatte unterliegt unvermeidbaren Toleranzen. Die Gründe dafür sind das Basismaterial und der komplexe Herstellungsprozess in der Leiterplattenfertigung.

Bei der Kupferdicke unterscheidet man zwischen

  • Startkupfer oder Basiskupfer, das ist die Kupferdicke, die der Hersteller des Basismaterials liefert.
  • Endkupfer oder Endkupferdicke, das ist die endgültige Kupferdicke auf der fertig produzierten Leiterplatte.

Die IPC-4562 und die IPC-A-600 definieren sowohl die akzeptable Dicke als auch die Toleranzen für das Basis- und das Endkupfer.

Start- oder Basiskupfer

Ursprünglich wurde die Schichtdicke als Flächengewicht beschrieben: oz/ft² (ft = Fuß und oz = Unze). Heute wird es jedoch häufiger als tatsächliche Dicke definiert, zum Beispiel 35 µm.

Wie wandeln wir oz / ft² in eine tatsächliche Dicke um?

Das geschieht, indem eine Unze Kupfer gleichmäßig über die Fläche von einem Quadratfuß verteilt wird. Nun kann man die Dicke des Kupfers ermitteln.

Beispielsweise hat 1 Unze pro Quadratfuß eine Dicke von 1,37 mil (0,00137 Zoll) oder 34,798 µm (0,034798 mm).
Wie bei allen hergestellten Produkten gibt es eine Fertigungstoleranz, die wir berücksichtigen müssen. Die IPC-4562 erlaubt, dass das Basiskupfer maximal 10% geringer sein darf als angegeben.

Für unser Beispiel 34.798 µm (35 µm)Kupferdicke heißt das: die Kupferschicht darf mindestens 31.31 µm dick sein, um noch innerhalb der Toleranz zu liegen.

Tabelle 1: Basis oder Startkupferdicke

Imperial
Tatsächliche Konvertierung
Branchendefinierte Dicke
3/8 oz 11.599 µm 12 µm
1/2 oz 17.399 µm 18 µm
1 oz 34.798 µm 35 µm
2 oz 69.596 µm 70 µm

Endkupfer oder Endkupferdicke auf einer Leiterplatte

Es gibt zwei Methoden ein Leiterbild herzustellen: Das erste Verfahren ist das Belichten und Ätzen. Das zweite Verfahren ist der galvanische Kupferaufbau.

Belichten und Ätzen (Innenlagen)

Das Ätzen und Belichten wird hauptsächlich für Innenlagen ohne Blind und Buried Vias (Sacklöcher und vergrabene Bohrungen) oder für einseitige Leiterplatten ohne Durchkontaktierungen angewendet.

Dieser Sachverhalt ist relativ einfach, da die endgültige Kupferdicke durch das Basiskupfer definiert wird. Da KEIN Galvanisierungsprozess erforderlich ist, sondern nur einige Reinigungs- und Mikroätzverfahren wird nur wenig Startkupfer abgetragen.

Tabelle 2: Belichten und Ätzen – Start versus Endkupferdicke

Branchendefinierte Kupferdicke
Startkupferdicke
Mindest Endkupferdicke nach der
(IPC-A- 600J-Klasse 2)
12 µm 12 µm 9.3 µm
18 µm 18 µm 11.4 µm
35 µm 35 µm 24.9 µm
70 µm 70 µm 55.7 µm
105 µm 105 µm 86.6 µm

Innenlagen mit 18 µm Startkupfer
Innenlagen mit 18 µm Startkupfer

Galvanisierung / Durchkontaktierung (Außenlage/durchkontaktierte Bohrungen)

Das Galvanisieren wird bei Leiterplatten mit Durchkontaktierungen oder Innenlagen mit Blind und Buried Vias angewendet.

Wenn Durchkontaktierungen vorhanden sind, werden die Lochwandungen mit mindestens 18 µm Kupfer gemäß der Definition in der IPC-A-600J Klasse 2-Norm in einem galvanischen Prozess metallisiert. Gemäß den internen Richtlinien bei Eurocircuits sollten jedoch mindestens 20 µm Kupfer in der Lochwand aufgebracht werden, damit eine höhere Zuverlässigkeit erzielt wird.

Um eine zuverlässige elektrische Verbindung herzustellen, wird eine ähnliche Kupferdicke auch auf das Basiskupfer aufgebracht. Danach wird die Leiterbahn geätzt und an den Stellen an denen sich keine Leiterbahn befindet, die Kupferschicht abgetragen.
Aus diesem Grund muss die „Startkupferdicke“ geringer sein als die erforderliche Endkupferdicke.

Während der verschiedenen Reinigungs- und Mikroätzprozesse wird die Kupferdicke verringert. Beim Galvanisieren baut sich die Kupferschicht auf. Der Galvanisierungsprozess wird durch die Kupferverteilung (Galvanoindex) beeinflusst. Wenn diese nicht einheitlich ist, variiert die Menge der Kupferabscheidung auf der Leiterplatte. Grundsätzlich kann die Kupferabscheidung in bestimmten Bereichen der Leiterplatte dicker oder dünner sein.

Tabelle 3: Galvanisierung – Start- bzw. Endkupferdicke

Branchendefinierte Kupferdicke
Startkupferdicke
Unser angestrebter Kupferaufbau
Unsere nominale Endkupferdicke
Minimale Endkupferdicke nach der Herstellung
(IPC-A- 600J-Klasse 2)
30 µm 12 µm 20 µm +/- 30µm 29.3 µm
35 µm 18 µm 20 µm  +/- 35µm 33.4 µm
70 µm 35 µm 20 µm  +/- 60µm  47.9 µm
105 µm 70 µm 20 µm  +/- 95µm  78.7 µm
140 µm 105 µm 20 µm  +/- 130µm 108.6 µm

Anmerkungen:

  • Wenn Sie beispielsweise mindestens eine Endkupferdicke von 70 µm benötigen, empfehlen wir die Auswahl von 70 µm Startkupferdicke.
Outer Layer with 18 µm Start Copper
Außenlagen mit 18 µm Startkupfer
Outer and Inner Layers with 18 µm Start Copper
Außen- und Innenlagen mit 35 µm Startkupfer

In unserem Kalkulator können Sie die Kupferfolie als Startkupfer auswählen. Daneben wird “Unsere nominale Endkupferdicke” angezeigt. Zum Beispiel hat 18 µm Startkupfer eine Endkupferdicke von +/- 35 µm.

Eine Frage, die aufgeworfen werden könnte, lautet: „Was genau bedeutet +/- 35 µm?“. Wir geben diese Zahlen auch in der obigen Tabelle unter der Spalte “Unsere nominale Endkupferdicke“ an.

Was verbirgt sich dahinter? Nun, es gibt keine eindeutige Antwort darauf. Gemäß der IPC-A-600J Klasse 2 muss eine Leiterplatte mit 18 µm Startkupfer ein Mindestendkupferdicke von 33,4 µm haben. Hier geben wir +/- 35 µm als “Unsere nominale Endkupferdicke” an, wobei “+/-” ungefähr bedeutet und auf unserer Prozesserfahrung basiert. In jedem Fall garantieren wir eine Mindestdicke von 33,4 µm Kupfer.

Wenn wir ein Startkupfer von 70 µm nehmen, muss gemäß den IPC-A-600J Klasse 2-Standards eine Endkupferdicke von mindestens 78,7 µm erreicht sein. Hier geben wir +/- 95 µm aufgrund unserer Prozesserfahrung erneut als “Unsere nominelle Endkupferdicke” an. Das “+/-” bedeutet wieder ungefähr, hat jedoch eine garantierte Mindestdicke von 78,7 µm.

Warum können Leiterplattenhersteller keine Endkupferdicke garantieren?

Weil mehrere Faktoren die Endkupferdicke einer galvanisierten Leiterplatte beeinflussen. Dazu gehören:

  • die Dickentoleranz auf das Basiskupfer von bis zu -10%
  • die Dicke vom gewählten Startkupfer
  • die Anzahl der erforderlichen Reinigungsschritte (jeder entfernt eine kleine Menge Kupfer)
  • die Kupferverteilung auf einer Leiterplatte (siehe Blog Plating Index)
  • Toleranzen im Galvanik Prozess.

Unser Anspruch ist es, Ihre Leiterplatten so nah wie möglich an der erforderlichen Spezifikation und imstets innerhalb der zulässigen Toleranzen gemäß den IPC-Standards zu liefern.

Erfahren Sie mehr darüber, wie wir Schliffbilder erstellen. Schauen Sie sich das kurze Video unten an.