Auf den ersten Blick wirken dicke Leiterplatten wie das Gegenteil von Miniaturisierung. Schließlich sind wir aus der Geschichte der Elektronik gewohnt, dass Leiterplatten über Jahrzehnte hinweg immer dünner, leichter und feiner strukturiert wurden. Von den ersten, handbestückten Platinen, die oft mehrere Millimeter dick waren, über die Standardisierung auf 3,2 mm im Industriebereich bis hin zu extrem dünnen Leiterplatten – der Trend schien klar: immer kompakter, enger, filigraner.
Doch in vielen Anwendungen tragen dicke Leiterplatten entscheidend dazu bei, Systeme kompakter zu gestalten. Der Grund: In einer modernen dicken Multilayer-Platine lassen sich deutlich mehr Funktionen integrieren – statt mehrere einzelne Boards mit Kabeln und Steckverbindern zu verbauen, genügt oft eine einzige, robuste Leiterplatte. Das spart Platz, reduziert Schnittstellen und steigert gleichzeitig die Zuverlässigkeit.
Bei KSG sind Leiterplatten bis zu einer Dicke von 5 mm erhältlich.
Vorteile dicker Leiterplatten
- Hohe Stromtragfähigkeit: Stärkere Kupferschichten ermöglichen die sichere Übertragung großer Ströme und sparen durch bessere Wärmeverteilung oft zusätzliche Kühlkörper.
- Mechanische Stabilität: Dicke Platinen sind robust gegenüber Vibrationen und Belastungen – ideal für anspruchsvolle Umgebungen.
- Funktionale Integration: Leistungsteil, Signalverarbeitung und Steuerung lassen sich auf einer einzigen Platine vereinen, wodurch Kabel und Steckverbinder entfallen.
- Kompaktere Systeme: Durch die Integration mehrerer Funktionen entsteht ein platzsparendes Gesamtdesign, das dennoch hohe Leistung bereitstellt.
- Zuverlässigkeit: Weniger Schnittstellen und die robuste Bauweise führen zu höherer Ausfallsicherheit.
- Effiziente Wärmeableitung: Eine verbesserte Thermik schützt Bauteile und verlängert ihre Lebensdauer.
- Nachhaltigkeit: Die längere Lebensdauer und der geringere Materialverschleiß machen dicke Leiterplatten besonders effizient und ressourcenschonend.
Herausforderungen bei dicken Leiterplatten
- Designeinschränkungen
Sehr kleine Bohrungen oder extrem feine Strukturen sind bei sehr dicken Platinen schwieriger umzusetzen. Das kann Einschränkungen bei Leiterbahnbreiten, Bohrdurchmessern und Lagenanzahl verursachen. - Anpassungen am Layout und Abstimmung mit dem Hersteller sind gegebenenfalls bei der Gestaltung der Leiterplatte zu berücksichtigen.
- Auswirkungen auf Lieferzeit, Verfügbarkeit und Kosten aufgrund der komplexen Prozesse und engen Fertigungstoleranzen (längere Bohrungen und dickere Substrate, Prozessierung in Einfachpaketierung und erhöhter Prüfaufwand zur Vermeidung von Delamination und Rissen)
- Eingeschränkte Lieferantenwahl: Nicht jeder Hersteller kann dicke Leiterplatten fertigen
- Angepasste Montage- und Lötprozesse – dicke Platinen nehmen mehr Wärme auf, was die Reflow- und Wellenlötung beeinflussen kann. Lötprofile müssen angepasst werden, sonst besteht Gefahr „kalter Lötstellen“.
Einsatzgebiete/Anwendungen
Telekommunikation/Rechenzentren
- Backplanes in Switches oder Servern:
Früher waren dafür viele einzelne Boards notwendig, verbunden über Kabel und Steckmodule.
Heute ersetzen dicke Multilayer-Backplanes mit 20+ Lagen diese komplexe Verkabelung.
Das Ergebnis: weniger Platzbedarf im Rack, bessere Signalqualität, weniger Fehlerquellen.
Luft- und Raumfahrt
Systeme in Flugzeugen oder Satelliten müssen vibrationsfest, zuverlässig und platzsparend sein.
Dicke Leiterplatten ersetzen oft Metallträger oder Gehäuseteile, weil sie die notwendige Stabilität schon mitbringen – das reduziert die Gesamtbauhöhe und spart Gewicht – ein kritischer Vorteil im Luft- und Raumfahrtbereich.
Medizintechnik
- Bildgebende Systeme (z. B. CT, MRT) oder Laborgeräte benötigen hohe Zuverlässigkeit bei gleichzeitig kompakter Bauweise.
Dicke Multilayer-Leiterplatten erlauben, Signalverarbeitung, Energieversorgung und Steuerung in einem einzigen Board zu bündeln. Dadurch entfallen Kabelbäume und zusätzliche Platinen, was Platz spart und die Geräte kleiner und leichter macht – wichtig in einem Umfeld, wo Ergonomie und Transportfähigkeit entscheidend sind.
Automobilindustrie - E-Mobilität
- In Leistungselektronik wie On-Board-Chargern oder Wechselrichtern ermöglichen dicke PCBs das Führen hoher Ströme und die gleichzeitige Integration des Wärmemanagement‘s. Ohne dicke Leiterplatten wären zusätzliche Kühlkörper und Träger nötig – das würde mehr Bauraum kosten. So tragen dicke PCBs dazu bei, dass Ladegeräte, Steuergeräte und Sensorikmodule kleiner und leichter in Fahrzeuge integriert werden können.
Nur wer versteht, wie Aufbau, Materialien, Lagenstruktur und Kupferstärken zusammenspielen, kann die Vorteile optimal nutzen und die Herausforderungen richtig einordnen. Im Folgenden werden die zentralen Merkmale dicker Leiterplatten erläutert, die ihre hohe Leistung, Stabilität und Funktionalität ermöglichen.
Technische Details
Materialien
Die Auswahl der Basismaterialien ist entscheidend für die Leistung von Leiterplatten. Wir verwenden auf Kundenwunsch Materialien im Mittel- und Hoch-Tg-Bereich. Bei hohen Kupferdicken auf Innenlagen kommen vorzugsweise Materialien mit einem höheren Harzanteil zum Einsatz. Generell sind alle bei KSG freigegebenen Basismaterialien auch für sehr dicke Platinen einsatzfähig; vom Einsatz ungefüllter Low-Tg-Materialien raten wir jedoch ab.
Lagenanzahl
Die realisierten Schichtaufbauten variieren von 2 bis 20 Lagen. Diese Flexibilität ermöglicht es, hohe Isolationen und Kupferquerschnitte zu realisieren, insbesondere für hochlagige Backplane-Aufbauten.
Kupferstärke
Die Dicke des Kupfers beeinflusst die Stromtragfähigkeit erheblich. Eine hohe Platinendicke ermöglicht die Umsetzung hoher Leiterquerschnitte, wobei die Kupferdicke pro Ebene auf maximal 400 µm begrenzt ist. Für eine Spulenanwendung mit einer Platinendicke von 5 mm lassen sich beispielsweise 20 Lagen mit einer Kupferdicke von 105 µm realisieren.
Höhere Platinendicken erhöhen die Stabilität und Biegesteifigkeit, was besonders beim Lötprozess von Bedeutung ist.
Tipps für Designer
- Die technische Machbarkeit sollte frühzeitig geprüft werden.
- Bohrungen: Halten Sie Bohrungen nur so klein wie notwendig. Ein maximales Aspect Verhältinis von 1:8 erlaubt einen minimalen Bohrdurchmesser von 0,6 mm bei einer Platinendicke von 5 mm.
- Restringbreiten: Sollten großzügig vorgesehen werden. Möglichst größer 150 µm (abhängig von Lagenzahl und Konstruktion)
- Oberflächenveredelung: Chemisch Ni/Au wird empfohlen, um die mechanische Stabilität der Durchkontaktierungen zu erhöhen.
Trends, Innovationen & Zukunftsaussichten
Die Nachfrage nach dicken Leiterplatten wächst, insbesondere in Branchen wie der E-Mobilität und Industrie 4.0. Neue Materialien wie hochtemperaturbeständige Harze und spezielle Kupferlegierungen und neue Verfahren könnten die Herstellung dicker PCBs weiter revolutionieren.
Die Zukunft dicker Leiterplatten liegt in ihrer Fähigkeit, sich an die Anforderungen moderner Elektroniksysteme anzupassen. Durch die Kombination aus Hochstromfähigkeit, fortschrittlichen Materialien, Automatisierung und Nachhaltigkeit werden sie eine Schlüsselrolle in der Entwicklung effizienter und leistungsstarker Elektronikprodukte spielen. Unternehmen, die diese Trends frühzeitig erkennen und umsetzen, werden in der Lage sein, innovative Lösungen für die Herausforderungen der Zukunft zu bieten.
Fazit
Dicke Leiterplatten erscheinen zunächst als „Gegenspieler“ der Miniaturisierung, sind aber in Wahrheit deren Enabler – sie reduzieren Verkabelung, bündeln Funktionen, ersetzen Zusatzkomponenten und steigern die mechanische Stabilität. Damit schaffen sie Raum für kleinere, leichtere und leistungsfähigere Endgeräte in unterschiedlichsten Branchen. KSG ist Ihr zuverlässiger Partner für Leiterplatten mit einer Enddicke bis zu 5 mm.
Fragen?
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Wenden Sie sich gerne an die erfahrenen Experten unseres Technischen Supports.
