Einlagig oder doppelseitig? Diese grundlegende Designentscheidung beeinflusst Kosten, Leistungsfähigkeit und Fertigungsmöglichkeiten Ihrer Leiterplatte. Ein praxisorientierter Vergleich mit konkreten Empfehlungen.
Grundlagen: Was unterscheidet einlagig von doppelseitig?
Einlagige PCB (Single-Layer)
Eine einlagige Leiterplatte besitzt Leiterbahnen nur auf einer Seite des Basismaterials. Bauteile werden typischerweise auf der Kupferseite platziert.
Aufbau einlagig:
- 1 x Kupferschicht (typisch 35µm oder 70µm)
- 1 x FR4-Basismaterial (typisch 1,6mm)
- Lötstopplack optional auf Kupferseite
- Keine Durchkontaktierungen möglich
Doppelseitige PCB (Double-Layer)
Doppelseitige Leiterplatten haben Kupferschichten auf beiden Seiten des Basismaterials. Durchkontaktierungen (Vias) verbinden die beiden Ebenen.
Aufbau doppelseitig:
- 2 x Kupferschicht (typisch je 35µm)
- 1 x FR4-Basismaterial (typisch 1,6mm)
- Durchkontaktierungen (PTH) zwischen beiden Seiten
- Lötstopplack auf beiden Seiten
Kostenvergleich
Der Kostenunterschied ist einer der wichtigsten Faktoren bei der Entscheidung:
| Kostenfaktor | Einlagig | Doppelseitig | Faktor |
|---|---|---|---|
| Basismaterial | 1-seitig kaschiert | 2-seitig kaschiert | +15-20% |
| Ätzen | Nur 1 Seite | 2 Seiten + Registrierung | +30-40% |
| Durchkontaktierung | Keine | PTH-Prozess nötig | +20-30% |
| Lötstopplack | 1 Seite (optional) | 2 Seiten | +10-15% |
| Gesamtkosten (Prototyp) | €50-80 (10 Stk) | €80-120 (10 Stk) | ~1,5x |
| Gesamtkosten (1.000 Stk) | €0,80-1,50/Stk | €1,20-2,50/Stk | ~1,4-1,7x |
“Bei hohen Stückzahlen kann der Kostenunterschied pro Stück klein erscheinen – aber multipliziert mit 100.000 Stück wird aus 30 Cent schnell €30.000. Prüfen Sie genau, ob Sie wirklich zwei Lagen brauchen.”
Hommer Zhao
Technischer Berater, PCB-Leiterplatte
Design-Möglichkeiten
Routing-Kapazität
Die Anzahl der Leiterbahnen, die Sie unterbringen können, unterscheidet sich erheblich:
| Aspekt | Einlagig | Doppelseitig |
|---|---|---|
| Routing-Kanäle | Begrenzt auf eine Ebene | Kreuzungen über Vias möglich |
| Typische Pin-Dichte | Low-density (<100 Pins) | Medium-density (bis 500+ Pins) |
| Brückendrähte (Jumper) | Oft erforderlich | Selten nötig |
| PCB-Fläche benötigt | Größer (für gleiche Funktion) | Kompakter möglich |
Bauteilplatzierung
| Aspekt | Einlagig | Doppelseitig |
|---|---|---|
| SMD-Bauteile | Nur eine Seite sinnvoll | Beide Seiten möglich |
| THT-Bauteile | Gut geeignet | Gut geeignet |
| Mixed Technology | Eingeschränkt | Flexibel kombinierbar |
| Fine-Pitch ICs | Schwierig (kein Fan-out) | Über Vias lösbar |
Elektrische Eigenschaften
Bei der PCB-Fertigung beeinflussen die elektrischen Anforderungen die Lagenwahl:
| Eigenschaft | Einlagig | Doppelseitig |
|---|---|---|
| Masse-Fläche (GND) | Eingeschränkt | Rückseite als GND-Plane |
| EMV-Verhalten | Problematisch | Deutlich besser |
| Stromtragfähigkeit | 70µm Kupfer möglich | Parallele Bahnen möglich |
| HF-Tauglichkeit | Nicht empfohlen | Bis ca. 100 MHz |
| Impedanzkontrolle | Nicht möglich | Begrenzt (Microstrip) |
Fertigungs-Aspekte
Lieferzeiten
| Lieferzeit | Einlagig | Doppelseitig |
|---|---|---|
| Express (China) | 24-48 Stunden | 24-48 Stunden |
| Standard (China) | 5-7 Tage | 5-8 Tage |
| Express (DE) | 24 Stunden | 24-48 Stunden |
Qualitätsunterschiede
Typische Fehlerquellen:
Einlagig:
- • Unterätzung bei feinen Strukturen
- • Abhebende Leiterbahnen
- • Kratzer (nur eine Kupferseite)
Doppelseitig:
- • Registrierfehler (Lagenverzug)
- • Via-Durchkontaktierungsfehler
- • Löcher nicht durchgängig
Typische Anwendungsgebiete
Einlagige PCBs eignen sich für:
- LED-Beleuchtung: Einfache LED-Treiber, LED-Streifen
- Einfache Netzteile: AC/DC-Wandler, Schaltnetzteile
- Consumer Electronics: Fernbedienungen, einfache Spielzeuge
- Sensorik: Einfache Sensoren, Thermostate
- Kostenoptimierte Massenprodukte: Wo jeder Cent zählt
- Automotive (einfache Schaltungen): Relais-Treiber, einfache Anzeigen
Doppelseitige PCBs sind notwendig für:
- Mikrocontroller-Anwendungen: Arduino, ESP32, STM32
- Kommunikationselektronik: USB, UART, SPI, I²C
- Komplexe Sensorik: Multi-Sensor-Boards, IoT-Geräte
- Motor-Controller: H-Brücken, Brushless-Controller
- Audio-Elektronik: Verstärker, Mischpulte
- Mixed-Technology: SMD und THT kombiniert
“90% unserer Prototyp-Anfragen sind doppelseitig. Die zusätzlichen 30-50% Kosten sind es wert – die Design-Freiheit und bessere EMV-Eigenschaften sparen Zeit und Nacharbeit.”
Hommer Zhao
Technischer Berater, PCB-Leiterplatte
Design-Tipps für beide Varianten
Tipps für einlagige PCBs
- Großzügig planen: Mehr Platz = weniger Brückendrähte. Lieber eine größere PCB als Jumper-Chaos.
- Sternförmige Masseführung: Da keine GND-Plane möglich ist, Masse sternförmig von einem Punkt führen.
- Breitere Leiterbahnen: Min. 0,4mm für Signale, min. 1mm für Power. Erhöht Zuverlässigkeit.
- THT-Bauteile bevorzugen: Einfacher zu routen als SMD auf einlagig.
- Kritische Signale zuerst: Routen Sie Power und kritische Signale zuerst, dann den Rest.
Tipps für doppelseitige PCBs
- GND-Plane nutzen: Eine Seite möglichst als durchgehende Massefläche. Signale auf der anderen Seite.
- Via-Platzierung: Vias nahe an Pads platzieren, nicht mitten in Leiterbahnen unterbrechen.
- Thermische Vias: Bei Power-Bauteilen mehrere Vias für Wärmeableitung.
- Routing-Richtung: Top horizontal, Bottom vertikal (oder umgekehrt). Reduziert Kreuzungen.
- Return-Path beachten: Signale brauchen einen Rückweg über GND – keine Schlitze in der GND-Plane.
Entscheidungsbaum: Einlagig oder Doppelseitig?
Beantworten Sie diese Fragen der Reihe nach:
Schritt 1: Komplexität prüfen
Haben Sie mehr als 50-100 Verbindungen (Nets)?
- → Ja: Doppelseitig empfohlen
- → Nein: Weiter zu Schritt 2
Schritt 2: IC-Komplexität
Verwenden Sie ICs mit mehr als 20 Pins oder Fine-Pitch?
- → Ja: Doppelseitig empfohlen
- → Nein: Weiter zu Schritt 3
Schritt 3: EMV-Anforderungen
Müssen Sie EMV-Normen einhalten oder Signale >10MHz verarbeiten?
- → Ja: Doppelseitig (mit GND-Plane)
- → Nein: Weiter zu Schritt 4
Schritt 4: Stückzahl & Kosten
Produzieren Sie >10.000 Stück und ist jeder Cent kritisch?
- → Ja: Einlagig prüfen (wenn technisch möglich)
- → Nein: Doppelseitig – die Mehrkosten lohnen sich
Wann Sie mehr als 2 Lagen brauchen
Manchmal reichen auch zwei Lagen nicht aus. Prüfen Sie HDI-PCBs oder Multilayer, wenn:
- • ICs mit >100 Pins (BGAs, QFPs)
- • Dedizierte Power- und GND-Planes nötig
- • Impedanzkontrollierte Leitungen erforderlich
- • High-Speed-Signale >100MHz
- • Sehr kompakte Designs mit hoher Bauteildichte
Fazit
Zusammenfassung:
- Einlagige PCBs sind ideal für einfache Schaltungen, hohe Stückzahlen und maximale Kostenoptimierung.
- Doppelseitige PCBs bieten mehr Design-Freiheit, bessere EMV-Eigenschaften und sind der Standard für die meisten Elektronikprojekte.
- Die Mehrkosten für doppelseitig (ca. 40-70%) sind in den meisten Fällen gerechtfertigt durch eingesparte Designzeit und bessere Produktqualität.
Unsicher, welche Variante für Ihr Projekt optimal ist? Bei der Prototypenfertigung beraten wir Sie gerne zur optimalen Lagenzahl und helfen bei der Design-Optimierung.
