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    Einseitiges oder doppelseitiges PCB-Design? Kostenvergleiche schaffen Klarheit.

    Altium Designer
    |  February 9, 2018

    Hunter in a boat beckoning to flying ducks with a call.

    Jeder Entenjäger hat sein bevorzugtes Lockinstrument. Dabei ist die Auswahl einer Ententröte keineswegs trivial, da es Hunderte verschiedener Modelle gibt. Beispielsweise unterscheiden sich Einfachrohrblatt- und Doppelrohrblatt-Ententröten bezüglich ihrer Klangeigenschaften und im Hinblick auf den Preis.

    Vor diese Entscheidung gestellt, könnte man zu dem Schluss kommen, dass „doppelt“ hier „höherwertig“ bedeutet. Doch tatsächlich bevorzugen professionelle und erfahrene Entenjäger im Allgemeinen Tröten mit einfachem Rohrblatt. Tröten mit Doppelrohrblatt sind hingegen oft das Mittel der Wahl für Neulinge, denen die Zeit zum Üben fehlt.

    Ähnlich verwirrend stellt sich die Situation bei der Entscheidung zwischen einseitigen und doppelseitigen PCBs dar. Grundsätzlich sollten Sie sich bei der Wahl eines einseitigen oder doppelseitigen Leiterplattendesigns an den bestehenden Anforderungen orientieren, die sich wiederum aus dem spezifischen Einsatzszenario ergeben. Entscheidend sind außerdem die Fertigungskosten, die von verschiedenen Haupt- und Nebenfaktoren abhängen – von der Board-Größe bis hin zu den Rohmaterialien. Nur durch sorgfältiges Abwägen lässt sich sicherstellen, dass sowohl die erwartete Performance als auch der gewünschte Gewinn erzielt werden.

    Unterschiede zwischen einseitigen und doppelseitigen PCBs

    Einseitige Leiterplatten bestehen üblicherweise aus einem isolierenden Trägermaterial des Klasse FR-4 und einer dünnen Kupferschicht auf der Unter- oder der Bestückungsseite des Trägermaterials – je nachdem, ob es sich um ein Design für Durchsteckkomponenten oder für SMD-Bauteile handelt. Im ersteren Fall werden die Kontaktdrähte der Bauteile durch Löcher im Substrat geführt und dann auf der Unterseite durch Lötaugen mit den vorgesehenen Leiterbahnen verbunden. Im letzteren Fall werden die SMD-Bauteile direkt auf der Bestückungsseite montiert. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Optionen besteht in der Platzierung der Leiterbahnen.

    Doppelseitige Leiterplatten basieren auf demselben Trägermaterial wie einseitige PCBs, weisen jedoch sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite Leiterbahnen auf. Das bedeutet schlicht und ergreifend, dass ein doppelseitiges PCB eine doppelt so große Fläche für Leiterbahnen bietet. Darüber hinaus ermöglicht diese Variante komplexe Layouts – mit Durchsteckkomponenten auf der Oberseite und SMD-Bauteilen auf der Unterseite. Als Verbindungen zwischen den beiden Seiten dienen plattierte Bohrungen, die als „Durchkontaktierungen“ oder „Vias“ bezeichnet werden.

    Two red circuit boards on top of each other.

    Die Wahl des optimalen PCB-Designs erfordert Zeit und Erfahrung – und einen genauen Kostenvergleich

    Welche Faktoren bestimmen die Kosten eines PCBs?

    Unabhängig davon, ob Sie sich für ein einseitiges, doppelseitiges oder mehrschichtiges PCB-Design entscheiden, müssen Sie bei der Kalkulation der Fertigungskosten drei Arten von Faktoren berücksichtigen: primäre, sekundäre und indirekte Kostenfaktoren. Diese können dann wiederum wie folgt aufgeschlüsselt werden:

                

    Primäre Kostenfaktoren

                

                

    Sekundäre Kostenfaktoren

                

                

    Indirekte Kostenfaktoren

                

                

    Leiterplattengröße

                

                

    Genutzte Werkzeuge

                

                

    Fertigungsanlage

                

                

    Produzierte PCBs pro Charge

                

                

    Layout der Leiterbahnen; Größe und Anzahl der Durchkontaktierungen

                

                

    Arbeitskosten – Gehälter und Sozialabgaben

                

                

    Anzahl der Schichten (über doppelseitig hinausgehend)

                

                

    Laminierung

                

                

    Geräte und Maschinen

                

                

    Vorlaufzeit

                

                

    Wechsel vom mechanischen Bohren zum Laserbohren

                

                

    Rohmaterialien

                

                

    Bohrlochgröße und -anzahl

                

                

    Qualitätssicherung

                

                

    Chemische Prozesse

                

                

    Art und Dicke des Materials

                

                

    Füllung von Durchkontaktierungen

                

                

    Abwasseraufbereitung

                

                

    Layout

                

                

    Fertigungsverfahren

                

                

    Genehmigungen

                

                

     

                

                

    Finish

                

                

    Verzögerungen durch Designfehler oder infolge der Umstellung auf alternative Fertigungsverfahren

                

                

     

                

                

     

                

                

    Fertigungsabbruch infolge von Designfehlern oder fehlerhaften Produktionsverfahren

                

     

    Die Produktionskosten für einseitige und doppelseitige PCBs sind relativ ähnlich, wenn Leiterplattengröße, Chargenumfang, Vorlaufzeit sowie Art und Dicke des Materials in die Rechnung einbezogen werden. Auch die indirekten Kosten weichen kaum voneinander ab. Wenn wir einmal das Layout außer Acht lassen, besteht der einzige Unterschied zwischen einseitigen und doppelseitigen PCBs also darin, dass im ersteren Fall nur eine Seite Leiterbahnen aufweist, während im letzteren Fall beide Seiten des Trägermaterials mit Leiterbahnen überzogen sind.

    Wie können sich Ihre Kostenrechnungen während der Produktionsphase ändern?

    Nehmen wir einmal – nur für den Moment – an, dass ein Großunternehmen eine wachsende Nachfrage nach elektronisch verstärkten Ententröten feststellt und dieses Potenzial mit einem eigenen Produkt erschließen möchte. Daraufhin erstellt das Team des Unternehmens ein Produktdesign, das sich im Laufe der Zeit zu einer doppelseitigen Leiterplatte mit einem komplexen Layout entwickelt.

    Wenn diese doppelseitigen PCBs zwei verschiedene Schaltungen auf ein und demselben Substrat vereinen, wird das Layout zum entscheidenden Kostenfaktor. Denn wenn jede Schaltung auf einem eigenen, einseitigen PCB realisiert würde, würde dies einerseits mehr Material, andererseits aber weniger Bohrungen und Durchkontaktierungen erfordern.

    Zusätzlich steigt mit der Komplexität des Layouts der doppelseitigen PCBs auch die Zahl der Leiterbahnen, was wiederum höhere Kosten nach sich zieht. Und wenn kleinere SMD-Bauteile auf der Unterseite montiert werden, fallen die Abstände zwischen den Leiterbahnen geringer aus. Dadurch können die Kosten nochmals um 5 bis 10 Prozent wachsen.

    Darüber hinaus erfordern komplexere Layouts womöglich eine Verringerung der Lochgrößen und damit den Einsatz von Laserbohrern (anstelle mechanischer Bohrer). Kleinere Lochdurchmesser und eine höhere Anzahl von Bohrungen bedeuten also Modifikationen des Produktionsprozesses und damit ebenfalls steigende Kosten. So könnte die Fertigung der komplexen PCBs der elektronischen Ententröte durchaus den Einsatz eines Laserbohrers nötig machen. Wahrscheinlich stehen derartige Überlegungen in den frühen Phasen Ihres Designprozesses nicht im Vordergrund. Doch gewinnen sie beim Übergang zur Produktion enorm an Bedeutung.

    Pile of duck decoys on top of each other.

    Prognosen zur Entwicklung der Fertigungskosten bei steigender Nachfrage helfen Ihnen bei der Ausrichtung Ihres Designs auf künftige Anforderungen.

    Abgesehen davon sind zur Realisierung komplexer Schaltungen eventuell auch andere Werkstoffe und Rohmaterialien erforderlich. Beispielsweise könnten Sie FR-4-Laminate durch dickere Materialien, Polyimid, flexible Materialien, Hybrid-Werkstoffe oder Materialien für dickere Kupferschichten ersetzen. In Kombination mit kleinen Lochdurchmessern und höheren Bohrungsdichten macht der Umstieg auf derartige Materialien Umstellungen des Fertigungsprozesses erforderlich, um bei jedem weiteren Herstellungsschritt Beschädigungen bereits montierter Bauteile zu vermeiden. Unter anderem müssen konturnahe Auflagen durch Fangstifte ersetzt sowie neue Verfahren der Qualitätssicherung und alternative Finishes eingeführt werden.

    Zugleich fallen bei der Fertigung doppelseitiger PCBs höhere indirekte Kosten an, wenn Geräte und Maschinen neu angeschafft oder mit hohem Arbeitsaufwand umprogrammiert werden müssen. Letzteres ist insbesondere dann der Fall, wenn mit der gleichen Anlage zwei verschiedene Designs produziert werden sollen.

    Und schließlich erfordert die Realisierung komplexer Schaltungen auch Anpassungen des Schablonendesigns oder den Einsatz mehrerer Schablonen. Wer hätte gedacht, dass sich all dies hinter der elektronisch verstärkten Ententröte verbirgt? Doch bevor Sie sich mit diesem – und anderen – Projekten zu neuen Höhenflügen aufschwingen, sollten Sie zunächst sicherstellen, dass Sie eine PCB-Designsoftware benutzen, die Ihnen mit den besten Tools den Weg zu künftigen Erfolgen ebnet. Altium erleichtert Ihnen die Umsetzung Ihres Designs – unter anderem mit Funktionen zur einfachen, intelligenten Erstellung und Aktualisierung von Fertigungsdateien und dem Kostenberechnungstool AcitveBOM.

    Wenn Sie mehr über die Kostenunterschiede und -faktoren verschiedener Designs erfahren möchten, sollten Sie noch heute mit einem unserer Experten sprechen.


     

     

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    PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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