Prepreg in der Leiterplattenherstellung

Im Herstellungsprozess einer mehrschichtigen Leiterplatte spielt Prepreg eine Schlüsselrolle bei der Verbindung und Isolierung der Zwischenlagen. In diesem Blogbeitrag erfahren Sie mehr über:

•  Was PCB-Prepreg ist;

•  Die Bedeutung von PCB-Prepreg;

•  Verwendung von PCB-Prepreg, Materialzusammensetzung;

•  PCB-Prepreg vs. Kern.

Was ist PCB-Prepreg?

PCB-Prepreg ist ein wichtiges Material für die Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten. Es sieht aus wie ein Stück Stoff, besteht aber tatsächlich aus Glasfasergewebe, das mit einer Harzschicht, beispielsweise Epoxidharz oder Polyimid, getränkt wurde. Das Harz ist jedoch nicht vollständig ausgehärtet, sondern befindet sich in einem teilweise ausgehärteten Zustand, irgendwo zwischen flüssig und fest.

Vereinfacht ausgedrückt ist Prepreg wie eine Schicht Klebeband, die noch nicht vollständig getrocknet ist, aber bei hohen Temperaturen weich werden, fließen und aushärten kann.

Warum ist Prepreg für mehrschichtige Leiterplatten wichtig?

Im Aufbau einer mehrschichtigen Leiterplatte sind Signal-, Leistungs- und Masselagen üblicherweise auf verschiedenen Ebenen verteilt. Sie müssen fest miteinander verbunden sein, um die elektrische Kontinuität zu gewährleisten und gleichzeitig effektiv isoliert sein, um Signalstörungen oder Kurzschlüsse zu vermeiden. Das wichtigste Material hierfür ist Prepreg.

Im Herstellungsprozess wird PCB-Prepreg zum Füllen und Verbinden der Lücken zwischen Leiterplattenkernen und Kupferfolie oder zur Verbindung mehrerer Leiterplattenkerne verwendet. Es ist mehr als nur ein Klebstoff; es erfüllt mehrere wichtige Funktionen.

• Mechanische Festigkeit:

Nach der Laminierung fixiert das ausgehärtete Prepreg-Material alle Schichten fest, wodurch die gesamte Leiterplattenstruktur stabil und nicht leicht verformbar wird.

• Elektrische Isolierung:

Zwischen den einzelnen Leiterplattenlagen muss eine elektrische Isolierung gewährleistet sein. Prepreg verfügt über eine gute Isolationsleistung, um Signalübersprechen oder Kurzschlüsse zu vermeiden.

• Dimensionsstabilität:

Hochwertiges PCB-Prepreg schrumpft oder dehnt sich in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hohem Druck nicht wesentlich aus, wodurch die Maßgenauigkeit der Platine gewährleistet wird.

• Einheitliche dielektrische Eigenschaften:

Gleichmäßig verteiltes Harz stellt sicher, dass es bei der Signalübertragung zu keinen plötzlichen Änderungen kommt, wodurch die Signalintegrität auf der gesamten Leiterplatte verbessert wird.

Wir können sagen, dass ohne dieses Prepreg-Material die mehrschichtige Leiterplatte nicht effektiv zusammengepresst werden kann und die Verbindung zwischen den Schichten nicht stabil ist. Auch die erforderliche Isolationsfunktion kann nicht erreicht werden, was letztendlich zu einer unzuverlässigen oder nicht funktionsfähigen Leiterplatte führen kann.

Eigenschaften von PCB-Prepreg

Hochwertige Prepreg-Materialien müssen bei der Leiterplattenherstellung nicht nur die Funktion der Verbindung und Isolierung übernehmen, sondern auch eine Vielzahl elektrischer und mechanischer Eigenschaften erfüllen, um die Stabilität und Zuverlässigkeit der Platte zu gewährleisten.

• Dielektrizitätskonstante (Dk):

Dieser Wert gibt an, wie sich Prepreg-Material auf das elektrische Feld auswirkt. Je niedriger der Dk-Wert, desto schneller wird das Signal in der Platine übertragen und desto geringer ist die Signalverzerrung. Für schnelle digitale Signale ist die Einhaltung eines korrekten Dk-Werts entscheidend.

• Verlustfaktor (Df):

Dieser Parameter stellt den Energieverlust des Signals während der Übertragung dar. Je kleiner der Df-Wert, desto geringer ist die Dämpfung des Signals beim Durchgang durch das PCB-Prepreg. Dies eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen Signalintegrität erforderlich ist, wie z. B. bei Hochgeschwindigkeitsdatenkommunikation oder HF-Leitungen.

• Glasübergangstemperatur (Tg):

Tg ist die Temperatur, bei der sich das Material von "hart und spröde" zu "weich und flexibel" ändert. Je höher der Tg-Wert, desto höher ist die Temperaturbeständigkeit des Materials und desto besser eignet es sich für den Einsatz beim Hochtemperaturlöten und bei komplexen Prozessen. weniger anfällig für Verformungen oder Ausfälle.

• Harzgehalt und Fluss:

Die Harzmenge beeinflusst die Bindungsstärke zwischen den Schichten. Ist zu wenig Harz vorhanden, haftet es nicht fest; zu viel Harz kann Blasen oder Löcher bilden. Prepreg-Material mit geeigneter Fließfähigkeit kann beim Laminieren gleichmäßig verteilt werden und bildet eine stabile Struktur.

Dank dieser hervorragenden Eigenschaften eignet sich hochwertiges PCB-Prepreg hervorragend für digitale Hochgeschwindigkeitsschaltungen sowie HF- (Radiofrequenz-) und Mikrowellenkommunikationsanwendungen und gewährleistet eine schnelle, genaue und langfristig zuverlässige Signalübertragung.

Arten von PCB-Prepreg-Materialien

Es gibt viele Arten von gängigem PCB-Prepreg. Verschiedene Materialien haben unterschiedliche Eigenschaften und werden in unterschiedlichen Situationen eingesetzt. Die Wahl des Prepreg-Materials hängt vom Einsatzort Ihrer Leiterplatte, der Temperatur, der Signalgeschwindigkeit und den Umweltanforderungen ab. Hier sind einige gängige PCB-Prepreg-Typen. Werfen wir einen Blick darauf.

• FR4-Prepreg:

Es ist die am häufigsten verwendete Variante und besteht aus Epoxidharz und Glasfaser. Es ist kostengünstig, stabil und für die meisten gängigen Leiterplatten geeignet, beispielsweise für Haushaltsgeräte, Industrieplatinen usw.

• Hoch-Tg-Prepreg:

Dieses Material weist eine höhere Temperaturbeständigkeit auf. Es verformt sich nicht so leicht und versagt nicht durch Hitze. Es eignet sich für den Einsatz in Bereichen mit hohen Temperaturen, wie z. B. in der Automobilelektronik, LED-Beleuchtung usw.

• Prepreg mit niedrigem Dk/niedrigem Df:

Dieses Material wurde speziell für Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzsignale entwickelt. Je niedriger der Dk-Wert, desto schneller ist die Signalübertragung; je niedriger der Df-Wert, desto geringer der Signalverlust. Es wird häufig in 5G-Geräten, HF-Modulen, Hochgeschwindigkeitsdatenkommunikation und anderen Produkten mit hohen Anforderungen an die Signalqualität verwendet.

• Polyimid-Prepreg:

Dieses Material weist eine sehr gute Hitzebeständigkeit auf und kann selbst in Umgebungen mit hohen Temperaturen lange Zeit stabil arbeiten. Es eignet sich für Anwendungen mit hohen Temperaturen und hoher Zuverlässigkeit, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, im Militär und in Motorsteuerungssystemen.

• Halogenfreies Prepreg:

Dieses PCB-Prepreg ist halogenfrei und umweltfreundlicher und eignet sich besonders für Produkte, die RoHS- oder Umweltanforderungen erfüllen müssen. Selbst bei der Verbrennung während der Entsorgung entstehen keine schädlichen Gase.

Einfach ausgedrückt: Verschiedene Prepreg-Materialien eignen sich für unterschiedliche Produkte. Wenn die Betriebstemperatur Ihrer Leiterplatte hoch, die Signalgeschwindigkeit hoch oder das nach Europa zu exportierende Produkt den Umweltstandards entspricht, müssen Sie das entsprechende Material auswählen, um eine gute, langlebige und problemlose Leistung der Leiterplatte zu gewährleisten.

PCB-Kern vs. Prepreg in PCB Fertigung

Der PCB-Kern ist wie eine fertige, zweiseitige Leiterplatte. Er besteht aus Glasfasergewebe und vollständig ausgehärtetem Epoxidharz und ist robust, mit beidseitiger Kupferfolie. Die Kernplatte selbst ist sehr stabil und kann direkt zur Erstellung von Schaltplänen verwendet werden. Bei einer mehrschichtigen Leiterplatte fungiert die Kernplatte als „Skelett“ der gesamten Leiterplatte. Sie spielt eine tragende Rolle und gewährleistet gleichzeitig die Festigkeit und elektrische Leistung der Leiterplatte.

PCB-Kern vs. Prepreg

Im Allgemeinen ist der Leiterplattenkern die harte Kernschicht, die strukturelle Unterstützung und Leiterbahnen bietet, während Prepreg das Hauptmaterial ist, das als Klebe- und Isolierschicht fungiert. In der modernen Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten ist das eine unverzichtbar.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, PCB Prepreg is, seine Bestandteile und gängigen Typen sind grundlegende und wichtige Kenntnisse für alle, die sich mit der Entwicklung oder Herstellung von Leiterplatten beschäftigen. UVerständnis der Rolle von PCB Prepreg hilft Ihnen, fundiertere Designentscheidungen zu treffen und zuverlässigere Platinen zu bauen.