Basismaterialien Entscheidungskriterien für Entwickler bei der Substratauswahl

Mit den gestiegenen Anforderungen an die Wärmebeständigkeit und HF-Eigenschaften sind in den vergangenen Jahren neue Basismaterialien auf den Marktgekommen. Entwickler sind gut beraten, ihren Leiterplattenhersteller bereits beim Auwahlprozess eines geeigneten Substrates für die Baugruppe zu Rate zu ziehen. Denn die clevere Auswahl des Basismaterial spart Zeit und Kosten.

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Beta LAYOUT GmbH

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Eurocircuits GmbH

Heger GmbH Leiterplatten-Schnellservice GmbH

„Bevor ein Entwickler mit dem Leiterplattendesign beginnt, sollte er sich unbedingt mit einem Leiterplattenhersteller beraten“, appelliert Katja Ranocha. Die Geschäftsführerin von Heger Leiterplatten-Schnellservice in Norderstadt liefert denn auch gleich den Grund: „Man kann von einem Designer nicht erwarten, dass er sich bei der Vielzahl zur Verfügung stehender Basismaterialien so gut auskennt, dass er auf Anhieb die richtige Wahl für sein Produkt treffen kann.“ Verständlicherweise hätten Ingenieure gar nicht die Zeit, um „ihr Wissen auch auf dem umfangreichen Gebiet der Basismaterialien kontinuierlich zu erweitern“, erklärt die Fachfrau und merkt an: „Schließlich haben sie ihren Fokus auf dem Design und weniger darauf, welche Weiterentwicklungen die Basismaterialienhersteller erzielen.“

Die vielseitigen Anforderungen, die heute an eine elektronische Baugruppe wie etwa für Hochfrequenz-, Medizintechnik- oder Hochtemperaturanwendungen gestellt werden, haben in den letzten Jahren ein weites Angebotsspektrum an Basismaterialien hervorgebracht, dessen Vorzüge nur kompetente Leiterplattenhersteller im vollem Umfang für ihre Kunden und deren Projekte evaluieren können. Hochkomplexe Boards, die höhere Zuverlässigkeit der Platine an sich oder auch das Inkrafttreten der Umweltrichtlinien RoHS und EuP zwingen Leiterplattenhersteller, sich stets mit den Neuerungen auseinander- und diese umzusetzen.

Als Anbieter von Spezialanfertigungen im Schnellservice hält Heger Leiterplatten-Schnellservice eine breite Auswahl an Basismaterialien bereit, um binnen kürzester Zeit einseitige und doppelseitige Leiterplatten, aber auch Multilayer mit gemischten Materialaufbauten sowie flexible und starrflexible Platinen (z.B. aus Polyimid) liefern zu können. Wichtig jedoch ist, die sehr frühe Einbindung in das jeweilige Kundenprojekt, um nicht nur kostenoptimiert fertigen zu können, sondern auch dem eigenen Lieferversprechen gerecht zu werden.

Konkret: Binnen vier Stunden fertigt der Platinenhersteller einseitige und in acht Stunden doppelseitige Leiterplatten; Multilayer sind bereits nach 24 Stunden erhältlich. Daher ist eine „enge Interaktion zwischen Kunde und Platinenhersteller unbedingt erforderlich“ wird Katja Ranocha nicht müde zu erwähnen, die aus Erfahrung weiß, dass „manchmal bis zu fünf Revisionen zu durchlaufen sind, bis das richtige Design mit der korrekten Substratauswahl steht“.

Entscheidungskriterien bei der Materialauswahl

Es sind die Kleinigkeiten, die ein Entwickler beim Leiterplattenlayout übersehen kann. Bei der Auswahl von Basismaterialien für gedruckte Schaltungen kommt es einerseits sehr darauf an, das Anforderungsprofil möglichst genau zu definieren, wie etwa:

• Welchem Klima unterliegt die Baugruppe? Heutige Basismaterialien nehmen beispielsweise viel Feuchtigkeit auf, weshalb nicht nur die Umgebungstemperatur, sondern auch der Feuchtigkeitsgehalt des „heißen“ Einsatzgebietes zu berücksichtigen ist.
• Stichwort Taktfrequenzen: In erster Linie wird man dabei an impedanzkontrollierte Leiterplatten denken, wo Signale mit bestimmten Toleranzen die Platine durchlaufen müssen, um am anderen Ende ihr Ziel möglichst unverzerrt zu erreichen und wofür spezielle Substrate nötig sind. Jedoch ist auch hier das Einsatzgebiet ebenfalls zu berücksichtigen, denn: Kommt die Platine zum Beispiel für ein Display zur Anwendung, sind hochgetaktete Bauelemente nötig, um exakte und scharfe Bilder zu ermöglichen, was wiederum besondere Anforderungen an das Basismaterial stellt.
• Auch ein Bauelemente-Update kann nicht nur eine umfangreichere Platinenentflechtung erforderlich machen: Es könnte ebenso gut sein, dass die bisherigen Substratspezifikationen für das neuartige Bauelement nicht mehr ausreichen, um es bestmöglich zu unterstützen.
• Selbst der bisherige Platinen-Lagenaufbau kann in den Mittelpunkt des Interesses rücken, wenn etwa ein bestehendes Produkt überarbeitet wird: Leiterbahnen für schnelle Signale sollten in das Innere der Platine verlegt werden, damit diese nicht durch das Leiterplattenfinish oder den Bestückprozess in Mitleidenschaft gezogen werden.

Andererseits wird der Fertigungsprozess beim Designen einer Platine meist nicht wahrgenommen: Welche Hürden muss beispielsweise eine elektrische Baugruppe während des Fertigungsprozesses nehmen? Ausschlaggebend ist die Häufigkeit, mit der eine Platine während der Bestückung den Lötprozess durchläuft. Unterliegt die Baugruppe einem dreifachen Lötprozess (z.B. doppelseitige Bestückung, gepaart mit durchzukontaktierenden oder exotischen Bauelementen) dann ist ein einfaches FR-4 meist nicht mehr ausreichend.

Ein anderer zuweilen völlig unberücksichtiger Aspekt ist das Layout-Werkzeug selbst, mit dem ein Entwickler tagtäglich arbeitet: „Es ist schon vorgekommen, dass ein Layout völlig in Ordnung war, jedoch der Entwickler auf uns zukam, weil er den vermeintlichen Fehler nicht aufspüren konnte“, erzählt Katja Ranocha, um mit einem Augenzwinkern fortzufahren: „Am Ende stellte sich heraus, dass sein CAD-System nicht genügend Arbeitsspeicher aufwies.“

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