Wenn Sie eine Leiterplatte (PCB) ansehen, sehen Sie meist eine flache, grüne Platte mit glänzenden Kupferpads und feinen Leiterbahnen. Unter dieser Oberfläche verbirgt sich jedoch ein sorgfältig aufgebautes „Sandwich“ aus Kupfer und Isoliermaterialien – die PCB-Lagen.
Diese Lagen steuern, wie sich Signale bewegen, wie die Energie verteilt wird und wie stabil Ihre Platine im Betrieb bleibt.
Dieser Leitfaden erklärt, was PCB-Lagen sind, wie sie gestapelt werden (Stack-up), wie viele Lagen Sie wirklich brauchen und wie Sie die Lagenzahl einer Platine bestimmen. Außerdem finden Sie Beispiele für häufig verwendete 2-, 4-, 6- und 8-lagige Stack-ups.
Kurzübersicht: Was sind PCB-Lagen und welche Lagenzahlen sind üblich?
Eine PCB-Lage ist eine leitfähige Kupferfolie oder eine unterstützende Schicht innerhalb der Leiterplattenstruktur. Die Lagen werden mit dielektrischen Isoliermaterialien verpresst, sodass eine funktionsfähige Leiterplatte entsteht.
Die meisten Leiterplatten haben eine gerade Lagenzahl – in der Regel 2, 4, 6 oder 8 – um den Stapel symmetrisch und die Fertigung stabil zu halten.
| Lagenzahl | Typische Anwendungen | Vorteile | Kompromisse |
|---|---|---|---|
| 2 Lagen | Einfache Steuerungen, LED-Treiber, Low-Speed-IoT | Geringe Kosten, schnelle Fertigung | Begrenzter Routing-Platz, schwache EMI-Kontrolle |
| 4 Lagen | Unterhaltungselektronik, USB/HDMI | Bessere Signalintegrität, solide Massefläche | Etwas höhere Kosten |
| 6 Lagen | Industrie/Automotive, Datenbusse mittlerer Geschwindigkeit | Gute EMI-Kontrolle, hohe Verdrahtungsdichte | Teurer, schwieriger nachzuarbeiten |
| 8 Lagen | Hochgeschwindigkeits-Rechnerplatinen, Mainboards | Exzellente Impedanzkontrolle und Abschirmung | Hohe Fertigungskosten |
Was bedeuten „Lagen“ in einer Leiterplatte?
Jede PCB besteht aus leitfähigen und nichtleitenden Schichten. Die wichtigsten:
- Signallagen (Signal Layers): Führen Signale zwischen Bauteilen; enthalten Leiterbahnen und Vias (Durchkontaktierungen).
- Masseflächen (GND-Planes): Bieten einen niederimpedanten Rückstrompfad und schirmen gegen elektromagnetische Störungen (EMI) ab.
- Versorgungsflächen (PWR-Planes): Verteilen die Spannung gleichmäßig und reduzieren Spannungsabfälle.
- Kernmaterial (Core) & Prepreg: Glasfaserverstärkte Dielektrika (häufig FR-4), die Kupferlagen trennen und die Gesamtdicke definieren.
- Lötstoppmaske (Solder Mask): Grüne (oder blaue/rote/schwarze) Schutzschicht, die Kupfer isoliert und vor Oxidation sowie Lötbrücken schützt.
- Bestückungsaufdruck (Silkscreen): Weiße Beschriftungen für Referenzkennzeichen, Bauteilumrisse und Logos.
In einem Querschnitt sieht man abwechselnd Kupfer- und Isolierlagen – wie bei einer Schichttorte. Das Kupfer bildet die elektrischen Schaltungen, der Dielektrik sorgt für mechanische Stabilität und Isolation.
Gängige PCB-Stack-ups und wie sie funktionieren
Der Stack-up beschreibt die Reihenfolge und Abstände aller Kupfer- und Isolierlagen. Ein guter Stack-up reduziert Rauschen, verbessert die Impedanzkontrolle und minimiert EMI.
2-lagige PCB
Die einfachste Struktur: Top- und Bottom-Lage.
Bauteile und Leiterbahnen können auf beiden Seiten platziert werden. Breitere Leiterbahnen und großflächige Masseflächen (Copper Pour) verbessern die Rückstrompfade.
Vorteile: Am günstigsten, schnell herstellbar.
Nachteile: Begrenzter Routing-Raum; Impedanz-/EMI-Kontrolle schwierig.
4-lagige PCB
Heute am häufigsten eingesetzt. Typische Anordnung:
- L1: Signal (Top)
- L2: Massefläche (GND)
- L3: Versorgungsfläche (PWR)
- L4: Signal (Bottom)
Feste Referenzebenen zwischen Signallagen verbessern Signalintegrität und EMI-Verhalten – ideal für USB, HDMI und Mikrocontroller-Designs.
6-lagige PCB
Wenn mehr Verdrahtungsdichte oder Isolation benötigt wird:
Signal – GND – Signal – PWR – GND – Signal.
Zwei Masseebenen schirmen ab; innere Signallagen eignen sich für differentielle Paare oder empfindliche Analog-Signale. Häufig in Automotive und Industrie.
8-lagige PCB
In Hochgeschwindigkeits-Rechnern und Mainboards verbreitet:
Signal – GND – Signal – PWR – GND – Signal – GND – Signal.
Mehrere Referenzebenen verringern Übersprechen und stabilisieren die Impedanz – z. B. bei PCIe, DDR oder USB 3.x.
Wie entscheiden Sie die richtige Lagenzahl?
Mehrere Faktoren bestimmen die nötige Lagenzahl. Eine kurze Entscheidungslogik:
- Signalspeed und -art
- < 100 MHz, einfache Analogik/Low-Speed-Logik → 2 Lagen.
- 100 MHz–1 GHz (USB 2.0, Ethernet) → 4 Lagen.
- > 1 GHz, differentielle High-Speed-Paare (USB 3.x, PCIe, HDMI) → 6–8 Lagen.
- Bauteildichte & Platinenabmessungen
Mehr Komponenten auf kleinerer Fläche erfordern zusätzliche Signallagen. - Power-/Masse-Verteilung
Eigene Ebenen senken Rauschen und verbessern die Stabilität. - EMI/EMV-Anforderungen
Enges Koppeln von Signal und Referenzebene (Rückstrompfad) verbessert das EMV-Verhalten. - Budget & Lieferzeit
Weniger Lagen bedeuten in der Regel niedrigere Kosten und schnellere Fertigung.
Praxisleitfaden:
- 2 Lagen für einfache Prototypen und kostensensitive Geräte.
- 4–6 Lagen für die meisten Consumer- und Industrieelektroniken.
- 8+ Lagen für Hochgeschwindigkeit und mehrspurige Interfaces (Server, Computing).
Warum Multilayer-PCBs meist eine gerade Lagenzahl haben
In Fertigungskatalogen sehen Sie fast immer gerade Lagenzahlen – aus guten Gründen:
Fertigungseffizienz
Bei ungeraden Lagen bleibt eine Kupferfolie ohne Gegenstück im Laminat. Das erfordert Zusatzschritte, erzeugt ungleichmäßige mechanische Spannungen und erhöht Kosten sowie Risiko.
Mechanischer Ausgleich
Symmetrische Stack-ups verhindern Verzug/Ver-/Durchbiegen (Warping) bei thermischen Zyklen.
Ist eine Seite kupfer- oder harzreicher, kann sich die Platine nach dem Löten biegen. Gerade Lagen halten beide Seiten im Gleichgewicht.
Elektrische Performance
Paare aus Signal- und Referenzebenen machen die Impedanz vorhersagbarer und halten Rückstrompfade kurz – die Signalqualität steigt.
Darum trifft man 3- oder 5-lagige Platinen in der Serie so gut wie nie – Fertiger empfehlen fast immer den Schritt auf 4 bzw. 6 Lagen.
So ermitteln Sie die Lagenzahl einer PCB
Nützlich für Reparatur, Reverse Engineering oder Dokumentation. Mehrere praktikable Wege:
1) Sichtprüfung (ohne Werkzeug)
- Platinenkante ansehen: Feine „Streifen“ können Kupfer- und Isolierlagen verraten.
- Gegen das Licht halten: 2-lagige Platinen lassen Licht durch Leiterzüge eher durch; Multilayer wirken dunkler/opaker.
- Via-Tiefe prüfen: Blinde/Vergrabene Vias deuten oft auf Innenlagen hin.
2) Mit Designdateien
In Gerber- oder ODB++-Daten existiert für jede Kupferlage eine eigene Datei (z. B. Top.GTL, Inner1.*, Bottom.*). Zählen Sie die Kupferdateien.
3) In CAD-Programmen
In Altium Designer: Design → Layer Stack Manager zeigt definierte Lagen und Dielektrika.
In KiCad: Board Setup → Layers.
In Autodesk Fusion 360: Ebenenansicht im PCB-Arbeitsbereich.
4) Fortgeschrittene/Destruktive Methoden
Für Detailanalysen wird ein Schliffbild erstellt (Querschliff) und unter dem Mikroskop bzw. per CT betrachtet – üblich für Qualitätssicherung oder Fehleranalyse.
Wie viele Lagen haben Mainboards?
PC-Mainboards und Serverplatinen sind komplexe Hochgeschwindigkeitssysteme mit vielen Ebenen für Versorgung, Masse und Signalführung.
- Consumer-Mainboards: typischerweise 6–12 Lagen.
- Workstation/Server: oft 14–16 Lagen oder mehr.
Die zusätzlichen Lagen dienen mehreren Power-Domains (CPU, GPU, RAM), impedanzkontrollierten differentiellen Paaren und Abschirmung sensibler Netze.
Mehr Lagen sind jedoch nicht automatisch besser: Ein sauber entworfener 6-Lagen-Stack kann eine schlecht konzipierte 8-Lagen-Platine übertreffen.
FAQ
1) Wie viele Lagen kann eine PCB haben?
Üblich sind 1–16 Lagen; in Luft-/Raumfahrt oder Telekom können es 30 bis über 100 Lagen sein.
2) Wie sieht ein typischer 4-Lagen-Stack-up aus?
Häufig: Signal – Masse – Versorgung – Signal. Stabile Referenzebenen erleichtern impedanzkontrolliertes Routing.
3) Warum sind Multilayer-PCBs meist gerade-lagig?
Besserer mechanischer Ausgleich, leichtere Fertigung, konsistente elektrische Eigenschaften.
4) Wie erkenne ich die Lagenzahl ohne Designdaten?
Platinenseite/-kante prüfen, Lichttest, oder im Layer Stack Manager von Altium/KiCad nachsehen.
Fazit
PCB-Lagen sind die Basis moderner Elektronik.
Sie bestimmen, wie Signale fließen, wie die Versorgung verteilt wird und wie robust die Platine unter realen Bedingungen arbeitet.
Für die richtige Wahl: Starten Sie bei Signalspeed und Bauteildichte, planen Sie eigene Masse- und Versorgungsebenen, halten Sie den Stack symmetrisch mit gerader Lagenzahl und balancieren Sie Performance gegen Fertigungskosten.
Ein durchdachter Stack-up erleichtert nicht nur die Produktion – er sorgt dafür, dass Ihr Design vom ersten Prototyp bis zur Serie zuverlässig funktioniert.
