Dickkupfer-Leiterplatten: Ätzen, Lötstoppmaske und Thermik

Standardkupfer ist 1 oz, etwa 35 µm nach der Galvanik. Dickkupfer beginnt bei 2 oz und kann 10 oz oder mehr erreichen – und verändert fast jeden Prozessschritt: Ätzen, Galvanik, Lötstoppmaske, Laminieren und Thermik.

Die Leiterplatte ist nicht einfach eine dickere Version einer Standardplatine. Ein Design, das bei 1 oz funktioniert, kann bei 4 oz unfertigbar sein, weil minimale Leiterbahn und Abstand wachsen, die Maske die Stufe nicht deckt und die Kupferunsymmetrie den Nutzen verzieht.

Dieser Artikel zeigt, was sich ändert, wo die Grenzen liegen und wie ein Dickkupfer-Schichtaufbau aussieht, den ein Fertiger bauen kann.

Was als Dickkupfer gilt

• 1 oz: 35 µm, Standard.
• 2 oz: 70 µm, Einstieg für Leistungsplatinen.
• 3–4 oz: 105–140 µm, üblich bei Motorsteuerungen und BMS.
• 6–10 oz: 210–350 µm, für Hochstromschienen und Schweißgeräte.

Das Kupfergewicht kann nur außen, innen oder beidseitig liegen. Jede Wahl ändert Prozess und Kosten.

Dickes Kupfer ätzen

Ätzen entfernt Kupfer von der Oberfläche, um Leiterbahnen zu bilden. Bei dickem Kupfer muss das Ätzmittel länger und auch seitlich wirken, was Unterätzung erzeugt. Die Leiterbahn ist oben schmaler als unten, und die Dickentoleranz ist breiter als bei 1 oz.

Praktische Folgen:

• Minimale Leiterbahn und Abstand wachsen mit dem Kupfergewicht.
• Fine-Pitch-Bauteile werden schwierig oder unmöglich.
• Das Bahnprofil ist trapezförmig, nicht rechteckig.
• Die Impedanzkontrolle ist weniger präzise.

Ein typischer Ausgangspunkt ist 0,20 mm Bahn und Abstand bei 4 oz, 0,25 mm bei 6 oz und 0,30 mm bei 10 oz. Die genaue Grenze hängt von Ätzlinie und Mustervolumen ab.

Galvanik und Lötstoppmaske

Dickkupfer außen bedeutet eine große Stufe zwischen Kupfer und Laminat. Die Lötstoppmaske muss diese Stufe decken, ohne an der Kante dünn zu werden oder Lösungsmittel einzuschließen.

Typische Probleme:

• Dünne Maske an der Oberkante einer dicken Bahn.
• Blasen oder Hohlräume, wo die Maske eine Lücke überbrückt.
• Maskenrisse nach Temperaturwechseln.
• Ungleichmäßige Farbe und Dicke über die Leiterplatte.

Der Fertiger braucht eventuell mehrere Maskenaufträge, eine langsamere Härtung oder einen anderen Maskentyp. Das Design sollte Maskendämme breit genug halten und scharfe Kupferkanten meiden.

Thermisches Verhalten

Dickkupfer wird meist aus zwei Gründen gewählt: Stromtragfähigkeit oder Wärmespreizung.

Für Strom werden Bahnbreite und Kupfergewicht aus der zulässigen Temperaturerhöhung gewählt. Für Wärme spreizt das Kupfer die Wärme eines heißen Bauteils auf eine größere Fläche, und thermische Vias leiten sie in eine andere Lage.

Zwei Designpunkte zählen:

1. Kupferbilanz. Dickkupfer auf einer Seite und wenig auf der anderen verzieht die Leiterplatte. Kupfer ausgleichen oder Opferkupfer ergänzen.
2. Thermische Entlastung. Eine dicke Kupferfläche leitet Wärme vom Lötpunkt weg und erschwert Handlöten. Thermal-Relief-Speichen helfen.

Ist der Wärmepfad die Hauptanforderung, ist ein IMS-Metallkern vielleicht besser als Dickkupfer-FR4. Beide lösen unterschiedliche Probleme: IMS spreizt über die Metallbasis, Dickkupfer in der Ebene.

DFM-Regeln für Dickkupfer

• Minimale Bahn und Abstand im qualifizierten Bereich des Fertigers für das Kupfergewicht halten.
• Fine-Pitch-Bauteile auf der Dickkupferlage meiden, außer der Fertiger bestätigt die Ätzfähigkeit.
• Kupfer über die Leiterplatte ausgleichen, sonst Verzug erwarten.
• Maskendämme mindestens so breit wie die Kupferstufe.
• Thermische Entlastung an Durchkontaktierungen zu dicken Ebenen.
• Kupfergewicht pro Lage angeben, nicht nur „Dickkupfer“.
• Eine breitere Kupferdickentoleranz zulassen und in der Zeichnung nennen.

Kostentreiber

Der Index ist relativ und hängt von Mustervolumen und Lagenzahl ab. Treiber sind Ätzzeit, Galvanikzeit, Maskenaufträge und Ausbeute.

FAQ

Kann ich 4 oz Kupfer auf einer 0,1-mm-Bahn nutzen?
Nein. Unterätzung und Dickentoleranz machen das unzuverlässig. Die Mindestbahn wächst mit dem Kupfergewicht.

Ist Dickkupfer dasselbe wie thick copper?
Die Begriffe werden synonym verwendet; beide meinen meist 2 oz oder mehr.

Ersetzt Dickkupfer einen Kühlkörper?
Es spreizt Wärme, führt sie aber nicht von der Leiterplatte ab. Für Hochleistungsbauteile bleibt ein Kühlkörper oder Metallkern nötig.

Lässt sich Dickkupfer mit HDI kombinieren?
Möglich, aber unüblich. Aufbaudielektrikum und Laserbohren sind nicht für dicke Kupferstufen ausgelegt. Den Aufbau vorher mit dem Fertiger prüfen.

Was Sie für eine Dickkupferprüfung senden

• Kupfergewicht pro Lage
• Strom und zulässige Temperaturerhöhung
• Minimale Bahn und Abstand
• Bauteilraster und Thermal-Relief-Anforderungen
• Verzugs- oder Ebenheitsanforderung
• Abnahmeklasse

Schichtaufbau für eine Dickkupferprüfung senden, oder sehen Sie sich unsere Metallkern-Kapazität und Multilayer-Kapazität.

Geprüft vom Prozessteam von Benchuang.