Es wird oft als selbstverständlich angesehen, wie komplex der Aufbau von Leiterplatten sein kann. Da wir Leiterplatten für verschiedene Anwendungsbereiche verwenden, erfordert jeder Bereich spezifische Materialien. Laminate sind ein wesentliches Material. Hersteller verwenden sie für die Entwicklung und Herstellung von Leiterplatten. Daher ist es wichtig, die verschiedenen Laminate zu kennen, die Ihnen zur Verfügung stehen. In diesem Leitfaden erfahren Sie alles, was Sie über PCB-Laminate wissen müssen.
Was sind PCB-Laminate?
Ein Robotergerät, das Miniatur-Leiterplatten mit einem Laminat entwickelt
Im Allgemeinen bestehen Leiterplatten aus vier Schichten: Siebdruck, Lötmaske, Kupfer und Substrat (von oben nach unten). Diese Schichten müssen miteinander verbunden werden, um eine funktionelle Struktur für die Leiterplatte zu bilden. Der Zweck des PCB-Laminats besteht also darin, die Leiterplattenschichten miteinander zu verbinden.
Laminate sind oft kupferkaschierte Materialien, die in der Regel aus Harzplatten bestehen. Das Harz, das die Hersteller zur Herstellung von Laminaten verwenden, ist in der Regel auf Epoxidbasis. Es kann aber auch aus anderen Stoffen bestehen. In jedem Fall härtet der Hersteller die Platten zunächst mit duroplastischem Harz aus, um das Laminat herzustellen. Anschließend werden diese Harzplatten zusammengepresst, indem zwei Kupferfolien auf jeder flachen Seite der Kollektion angebracht werden.
Schließlich wendet der Hersteller Wärme und Kraft an, bis sich die Platten miteinander verbinden. Nachdem das Laminat ausgehärtet ist, ähnelt es einem plastik- oder hartglasähnlichen Material.
Was ist der Unterschied zwischen Laminaten und Prepregs?
Kohlenstofffasertechnologie-Anlage zur Herstellung von Prepreg-MaterialSource: Flickr (CC – Generic)
Prepregs sind in der Regel Platten aus verstärktem Glasfasergewebe. Die Hersteller von Prepregs entwickeln sie durch Auftragen oder Vorimprägnieren dieser Glasfaserplatten mit Aushärtungsmitteln wie Epoxidharz. Damit unterscheidet sich dieser Prozess deutlich von der Entwicklung von Laminaten. Laminate bestehen oft aus Prepreg-Platten. Prepregs sind lediglich ausgehärtete und imprägnierte Gewebe. Im Gegensatz dazu sind Laminate unter Druck stehende und erhitzte Materialbahnen.
Arten von PCB-Laminaten
Sammlung von Leiterplatten
Wie bereits erwähnt, verwenden wir verschiedene Leiterplatten für unterschiedliche Anwendungen. Hersteller von Bauelementen können zum Beispiel flexible Leiterplatten in kompakten Geräten verwenden. Die gebräuchlichsten Arten von PCB-Laminaten sind:
FR-4 (FR4)
Kupferkaschierte Fr-4-Leiterplatte
FR-4 bezieht sich auf glasverstärkte Epoxidharz-Laminate. Es handelt sich um ein flammhemmendes Material. Daher auch der Name FR-4 (FR = Flame Retardant). Dennoch ist FR-4 das beliebteste Material für Leiterplattensubstrate. Dies ist auf seine hohe mechanische und elektrische Festigkeit zurückzuführen. Außerdem zeichnet es sich durch eine hohe Wärmeableitung aus, wenn die Hersteller Zusatzstoffe auftragen. Darüber hinaus können diese Zusätze die Stabilität, Zuverlässigkeit und Leistungsspezifikationen des Materials erhöhen.
Dennoch kann FR-4 aufgrund seiner Beständigkeit Schaltungen mit einer hohen Lagenzahl aufnehmen. Daher ist es für die Herstellung von Hochfrequenz-Leiterplatten geeignet.
Polyimid
Flexible Leiterplatte, die Polyimid-Material verwendetQuelle: Wikimedia Commons
Hersteller schätzen Polyimid-Laminate wegen ihrer hohen thermischen Effizienz. Außerdem sind sie in der Regel zuverlässiger als FR-4-Materialien. Dies ist vor allem auf ihre geringe Wärmeausdehnung zurückzuführen. Daher werden sie von Geräteherstellern in elektronischen Geräten eingesetzt, die in rauen Umgebungen verwendet werden. Außerdem eignen sie sich hervorragend für Leiterplattendesigns, die mehrere Schichten erfordern. Die Hersteller verwenden dieses Material jedoch für die Herstellung flexibler Leiterplatten.
Teflon
Hersteller verwenden Teflon-Laminate in der Regel zur Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten. Das liegt übrigens an ihren hervorragenden elektrischen Eigenschaften. Genau wie bei FR-4 können die Hersteller Teflon mit Zusatzstoffen versehen, um die mechanische Belastbarkeit zu erhöhen.
Teflon ist eines der teuersten Laminatmaterialien. Daher ist es eines der am wenigsten verbreiteten Materialien bei der Herstellung von Leiterplatten. Darüber hinaus erfordert die Herstellung von Laminaten auf Teflonbasis Geschick, großes Fachwissen und spezielle Ausrüstung.
Hoch-Tg-Epoxid
Epoxidharz mit hoher Tg ist ein Laminatmaterial mit einer hohen Glasübergangstemperatur (auch Verglasungstemperatur genannt). Aufgrund dieser Eigenschaft weist es eine ausgezeichnete Hitzetoleranz auf. Daher eignet es sich hervorragend für den Einsatz in industriellen Anwendungen und Maschinen. Darüber hinaus verfügt Epoxidharz mit hoher Tg über eine hervorragende Chemikalien- und Feuchtigkeitsbeständigkeit. Hersteller verwenden es in der Regel für die Konstruktion von mehrlagigen Leiterplatten.
BT-Epoxy
BT-Epoxy ist eine Kombination aus Bismaleimidtriazin und Epoxidharz. Die Hersteller schätzen es wegen seiner Fähigkeit, seine Struktur unter extremen Temperaturen zu erhalten. Es hat ausgezeichnete elektrische und mechanische Eigenschaften. Daher eignet es sich hervorragend für militärische und industrielle Anwendungen. Am häufigsten werden jedoch bleifreie und mehrlagige Leiterplatten mit BT-Epoxid-Laminaten verwendet.
Andere Materialien
Glasfaser-Material
Die oben genannten Materialien sind nicht die einzigen, die Hersteller zur Herstellung von Laminaten verwenden. So verwenden wir beispielsweise kupferkaschierte Laminate für Hochfrequenz-Leiterplatten. Außerdem können wir Keramikgewebe, Cyanatester und andere Harz- und Chemikalienkombinationen verwenden.
Diese Materialien sind jedoch möglicherweise nicht erwähnenswert, weil die Hersteller sie nicht so häufig einsetzen wie die anderen Materialien in diesem Leitfaden. Außerdem können sie teurer und schwieriger zu verarbeiten sein.
PCB-Laminate:Eigenschaften von Laminaten
Bei der Auswahl des geeigneten Materials und Laminats für Ihre Leiterplatte sollten Sie einige Eigenschaften berücksichtigen. Diese Eigenschaften können entweder thermisch, mechanisch oder elektrisch sein. In diesem Abschnitt werden diese Eigenschaften untersucht.
Thermische Eigenschaften
Verbrennungen auf der Leiterplatte durch einen Kurzschluss
: Laminate verlieren ihre strukturelle Integrität, wenn sie einen bestimmten Temperaturbereich erreichen. Daher verwenden wir die Glasübergangstemperatur, um zu bestimmen, wann das Laminat weich und hart wird.
Sie beschreibt den Temperaturpunkt, an dem das Laminat anfängt, dauerhafte Schäden zu erleiden (zu schmelzen). Daher ist es wichtig, Leiterplattenlaminate zu verwenden, deren Betriebstemperaturen unter den Zersetzungsbereichen liegen.
Beschreibt die Ausdehnungsrate des Laminats. Wenn wir dem Laminat Wärme zuführen, die über seine CTE-Schwelle hinausgeht, beginnt es sich auszudehnen. Daher ist es wichtig, den Wärmeausdehnungskoeffizienten zu kennen, wenn eine Leiterplatte in ein Gerät integriert wird.
Eine Eigenschaft, die die Fähigkeit eines Laminats beschreibt, Wärme zu übertragen oder zu leiten. Er wird in Kelvins angegeben.
PCB-Laminate:Elektrische Eigenschaften
Makrofoto einer Leiterplatte
: Beschreibt die elektrische und relative Permeabilität des Laminats. Im Wesentlichen kann sie zwischen 3,5 und 5,5 ϵr liegen.
Repräsentiert die quantifizierbare Diffusion von elektrischer Energie im Laminat. In der Regel haben PCB-Laminate einen tan δ zwischen 0,02 und 0,0001.
Repräsentiert die Fähigkeit des Laminats, elektrischem Strom zu widerstehen. Im Allgemeinen haben Laminate einen spezifischen elektrischen Widerstand zwischen 103 und 1010 Ω⋅m (Megaohm).
Bezeichnet den Außenwiderstand des Laminats. Er kann durch Feuchtigkeit und Temperatur beeinflusst werden.
Steht für die Fähigkeit des Laminats, einem elektrischen Durchschlag zu widerstehen. Übrigens wird er auch als Durchschlagfestigkeit bezeichnet. Wir verwenden Volt pro Meter, um ihn darzustellen.
PCB-Laminate:Chemische Eigenschaften
Leiterplatten, die in Wasser und Seife getaucht werden.
Eine Eigenschaft, die die Fähigkeit des Laminats angibt, Flammen zu widerstehen. Die meisten Laminate sind zwar schwer entflammbar, können aber dennoch durch Brände von außen beschädigt werden. Daher gibt diese Eigenschaft an, wie lange ein Laminat brennt, wenn es brennt.
Gibt an, wie viel atmosphärischer Feuchtigkeit ein Laminat widerstehen kann. Vor allem, wenn das Laminat in Wasser getaucht wird. Dennoch beeinflusst dieser Wert die thermischen und dielektrischen Eigenschaften des Laminats.
Bezeichnet die chemische Beständigkeit des Laminats. Speziell gegenüber Dichlormethan (oder Methylenchlorid).
PCB-Laminate:Mechanische Eigenschaften
Automatisierte Produktion eines RAM-Moduls, das eine miniaturisierte Leiterplatte verwendet
Bezieht sich auf die Stärke der Verbindung zwischen den verschiedenen Schichten des Laminats.
Beschreibt die Fähigkeit des Laminats, physikalischen Belastungen zu widerstehen. Im Wesentlichen gibt diese Eigenschaft an, wie stark man Druck ausüben und ein Laminat biegen kann, bevor es schließlich bricht.
Bezieht sich auf die Masse oder Dicke des Laminats.
Gibt an, wie lange ein Laminat Temperaturen über dem Schwellenwert standhalten kann, bevor es sich aufzulösen beginnt.
Wie wählt man PCB-Laminatmaterial aus?
Eine Maschine bohrt Löcher in eine Leiterplatte
Bei der Auswahl des Materials für Ihr Elektro-/PCB-Laminat sind neben den technischen Spezifikationen oder Eigenschaften einige Dinge zu beachten. Andere Aspekte, die Sie in Betracht ziehen müssen, sind
PCB-Laminate:Die Kosten
Bei der Auswahl von Leiterplattenlaminaten sollten immer zuerst die Kosten geprüft werden. Es mag zwar vernünftig erscheinen, die teuersten Materialien zu verwenden, aber für große Produktionen ist dies möglicherweise nicht ideal. Auch hier ist FR-4 das beliebteste PCB-Laminatmaterial. Als solches ist es in der Anschaffung am preiswertesten. Es ist sehr zuverlässig und eignet sich für einlagige und mehrlagige Leiterplatten. Sie können zwar teurere Materialien beschaffen und in Ihre Designs integrieren (z. B. Gold), sollten aber einen pragmatischeren Ansatz wählen. Wir empfehlen, ein Material zu kaufen, das alles erfüllt, was Sie brauchen, und gleichzeitig das meiste Geld spart.
PCB-Laminate:Die Qualität
Sammlung grüner Prototyping-Platten
Die Qualität überschneidet sich leicht mit den Kosten. Hochwertige Materialien sind in der Regel teurer. Sie können jedoch ein Gleichgewicht zwischen diesen beiden Aspekten herstellen. Daher sollten Sie Ihre Materialien von einem Großhändler oder Hersteller beziehen, der dafür bekannt ist, hochwertige Materialien zu einem angemessenen Preis zu verkaufen.
Der Leiterplattenhersteller
Automatischer Lötkolben beim Löten einer Leiterplatte
Bei der Auswahl der Materialien für Ihre Laminate, aus denen schließlich Ihre Leiterplatte entstehen wird, arbeiten Sie am besten mit einem renommierten Leiterplattenhersteller zusammen. Dieser Hersteller sollte viel Erfahrung mit den Materialien haben, die Sie in Ihr Laminat integrieren wollen. Der Hersteller sollte mit einer Vielzahl von Glasfaser- und Gewebestilen vertraut sein.
Außerdem sollte er in der Lage sein, Ihre Leiterplattendesigns und Ihre Materialauswahl zu überprüfen. Mit unseren modern ausgestatteten Fabriken sind wir in der Lage, Ihnen vom Prototyping bis zur Massenproduktion zu helfen. Wenden Sie sich an Wellpcb.com für alle Ihre Bedürfnisse bei der Leiterplattenherstellung.
Zusammenfassung
Leiterplatten mit angrenzendem Abschirmungsmaterial
Vor dem Aufkommen der Leiterplatten waren die Hersteller elektronischer Geräte auf Punkt-zu-Punkt-Konstruktionen und Drahtwickelkonstruktionen angewiesen. Man kann mit Sicherheit sagen, dass moderne Leiterplatten die heutige Elektronik erst möglich machen. Die Effektivität der Leiterplatten hängt in hohem Maße von dem verwendeten Material ab. Wie der obige Leitfaden zeigt, sind deshalb Laminate und Laminatmaterialien so wichtig. Wir hoffen, dass Sie diesen Leitfaden dennoch als hilfreich empfunden haben. Wie immer danken wir Ihnen für die Lektüre.
