Einseitiges oder doppelseitiges PCB-Design? Kostenvergleiche schaffen Klarheit.

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.


 

 

About the Author

Altium Designer

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

Visit Website More Content by Altium Designer
Previous Article
Restringe in mehrschichtigen PCB-Designs: Dimensionierung und Toleranzen
Restringe in mehrschichtigen PCB-Designs: Dimensionierung und Toleranzen

Wenn Sie wissen, wie Sie Restringe richtig dimensionieren, können Sie Fehler in Ihren Designs und Komponent...

Next Article
Tipps für Multilayer-Designs: So gestalten Sie jede Schicht optimal
Tipps für Multilayer-Designs: So gestalten Sie jede Schicht optimal

Bei der Erstellung von Leiterplatten für die verschiedensten Anforderungen sollten Sie genau wissen, wie Si...

×

Tauschen Sie Ihr veraltetes Design Tool ein und sichern Sie sich noch heute 40% Rabatt auf Altium Designer!

Vorname
Nachname
Firmenname
Telefon
Land
Bundesland
Postleitzahl
Hiermit akzeptiere ich die Datenschutzrichtlinien von Altium. Ich stimme zu, dass Altium meine personenbezogenen Daten für Mitteilungen per E-Mail, telefonischen Kontakt und für Marketingzwecke verarbeitet.
!
Error - something went wrong!