Dokumentation von Multilayersystemen - Anforderungen, Inhalte und Tipps

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Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Eurocircuits GmbH

ISW / Arnold Wiemers

Die Inhalte der Dokumentation

Die Entwicklung einer hochwertigen elektronischen Baugruppe ist teuer, zeitintensiv und riskant. Wenn den Beteiligten in einem frühen Stadium bereits die ausschlaggebenden Informationen transparent vorliegen, dann können Diskussionen ergebnisorientiert geführt und Entscheidungen sicher und rechtzeitig getroffen werden. Das erfordert jedoch eine Erweiterung der klassischen Multilayerdokumentation um weiterführende Inhalte.

Die Angabe des Materials sowohl für die Laminate als auch für die Prepregs muss die Bezeichnung des Basismaterialherstellers enthalten. Neben der Information über die Materialdicke ist bei den Prepregs die Angabe des Glasgewebes und des Harzgehaltes wichtig. Für die Beurteilung der logistischen und technischen Materialqualitäten sind von elementarer Bedeutung : Das Trägermaterial, das Harzsystem, der Härter, der Flammschutzmechanismus, die UL-Zertifizierbarkeit, der frequenzabhängige dielektrische Wert, der Verlustfaktor Tangens Delta, der Tg inklusive der Prüfmethode, die CTE-Werte für die Ausdehnungskoeffizienten, die Durchschlagfestigkeit und die Haftkraft (Bild 3).

Die Problematik bei der Angabe des Basismaterialherstellers ist offensichtlich. Es gibt Tausende von Basismaterialderivaten. Kein Leiterplattenhersteller kann alle Materialien bevorraten. Mit der Angabe des Materialherstellers ist aber eine Referenz vorgegeben. Über die detaillierte Deklaration der technischen Eigenschaften ist es möglich, zutreffende Vergleichsmaterialien auszuwählen.

Die Kontaktierungsstrategie macht deutlich, auf welchen Lagen des Multilayers Signalnetze und Stromversorgungen geführt werden können. Mit dieser Information werden auch Prozessabschnitte während der Leiterplattenfertigung beschrieben und festgelegt.

Die Zuordnung der Funktionsräume innerhalb eines Multilayers ist für die Schaltungssimulation, das CAD-Layout und die Konstruktion von Testcoupons seitens CAM die zentrale Informationsquelle. Ohne die Kenntnis, wie die Signallagen und die Powerlagen im Multilayer verteilt sind, können Signal- und Powerintegrität, Übertragungseigenschaften, Impedanzen, Rückströme, Stromtragfähigkeit, Entwärmung, Wärmeverteilung und Reflowprofile nicht mit der ausreichenden Zuverlässigkeit analysiert, vorausgesagt oder nachgeprüft werden.

Die Filesyntax sichert die Datenintegrität der CAD-Layout-Files zu der mechanischen Geometrie des Multilayeraufbaus. Der Datentransfer innerhalb der CAD- und CAM-Systeme kann als sehr sicher angesehen werden. Die Einbindung der Syntax in die Dokumentation eines Multilayers schließt die organisatorische Lücke zwischen den unterschiedlichen Softwaresystemen.

Die Angabe der elektrophysikalischen Eigenschaften verdeutlicht den direkten Zusammenhang zwischen Geometrie und Funktion. Die Informationen sind wichtig für die Vorabsimulation einer Schaltung. Die Darstellung von Impedanzen und Kapazitäten ermöglicht es, Parameter nachzuprüfen und geeignete Testcoupons und -verfahren zu konstruieren (Bild 4).

Die Eigenschaften der Leiterplatte müssen erkannt werden. Das setzt voraus, dass Basiskupfer und DK-Kupfer unterschieden werden können. Das Pluggen muss erkennbar und eine eventuelle Kantenmetallisierung inklusive der angebundenen Planes ausgewiesen sein.

Für das CAD-Layout liegen mit der Festlegung der Kupferdicke auf den Lagen und mit der Gesamtdicke des Multilayers wichtige Werte für die Berechnung minimaler Routingparameter vor. Bei definiertem Aspect-Ratio (für Bohrungen) können der minimale Enddurchmesser, der minimale Restring sowie die minimalen Leiterbahnbreiten und -abstände verbindlich vorgegeben werden.

Die Bewertung der elektromagnetischen und elektrophysikalischen Eigenschaften eines jeden Lagenaufbaus gestattet eine anwendungs- und einsatzbezogene Klassifizierung von Multilayern. Die Vorauswahl eines Multilayers aus einem umfangreichen Katalog seitens des Anwenders ist damit systematisierbar.

Die Erstellung eines Reflow- und eines Wärmeprofiles ist deutlich präziser möglich, wenn im Vorfeld Parameter wie Kupfervolumina, Gewichte, Hülsenoberflächen, Kupferverteilung, Klebertypen, Folien, Coverlay usw. zur Verfügung stehen. Darauf aufbauend können pro Bautyp typische Referenzwerte berechnet werden. Damit stehen Kenngrößen/Leitwerte zur Verfügung, die für das notwendige Feintuning von Prozessen herangezogen werden können.

Es ist offensichtlich, wie dieser Artikel zeigte, dass die physikalischen Eigenschaften eines Multilayers über die zuverlässige, vorhersehbare und reproduzierbare Funktion der Baugruppe bestimmen. Bestehen Sie immer darauf, einen Lagenaufbau zu bekommen. Layouten, Fertigen und Bestücken Sie niemals eine Leiterplatte ohne eine vorliegende Aufbaudokumentation.

* Arnold Wiemers, Mitinhaber der LA-Leiterplattenakademie GmbH, Berlin

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