Material, in der Regel Substratmaterial im Hinblick auf Leiterplatten (Printed Circuit Boards, PCB), spielt eine zentrale Rolle in der Leiterplatte, da es deren wesentliche Funktionen und Eigenschaften trägt. Außerdem ermöglicht das Leiterplattenmaterial, dass Leiterplatten bestimmten hohen und speziellen Anforderungen entsprechen, die von den Produkten oder Projekten gestellt werden, für die sie eingesetzt werden. Darüber hinaus trägt die Auswahl eines optimalen Materials dazu bei, die Kosten zu senken und die Zuverlässigkeit der Produkte zu verbessern.
Zu berücksichtigende Elemente bei der Auswahl von Leiterplattenmaterial
• Glasübergangstemperatur (Tg)
Tg bezeichnet die Temperatur, bei der ein Material in den Glaszustand übergeht. Standard-Tg liegt über 130 ℃, während hohes Tg über 170 ℃ und mittleres Tg über 150 ℃ liegt.
Wenn es um Materialien für Leiterplatten geht, sollte ein hohes Tg gewählt werden, das höher sein muss als die Betriebstemperatur, bei der der Strom fließt.
• Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE)
Wenn die Temperatur einer Substanz steigt, wird die Substanz eine Ausdehnung oder Schrumpfung erfahren. Bei der Leiterplattenherstellung neigt die Leiterplatte aufgrund der unterschiedlichen CTE-Werte in X-, Y- und Dickenrichtung zur Verformung. Darüber hinaus können plattierte Durchkontaktierungen brechen oder Bauteile beschädigt werden. Daher sollte der CTE des Substratmaterials ausreichend niedrig sein.
• Hitzebeständigkeit
Von Leiterplatten wird Wärmebeständigkeit verlangt. Allgemein gesprochen sollten Leiterplatten eine Wärmebeständigkeit von 250℃/50 s aufweisen, was auch für das Material gilt.
• Ebenheit
Die Leiterplatte muss eine ausgezeichnete Ebenheit aufweisen. In Bezug auf die SMT-Bestückung wird gefordert, dass die Leiterplatte eine Verwerfung von weniger als 0,0075 mm/mm aufweist.
• Elektrische Leistung
Hochfrequenzschaltungen erfordern Leiterplattenmaterial mit hoher Dielektrizitätskonstante und geringer dielektrischer Verlustleistung. Außerdem sollten Isolationswiderstand, Durchschlagsfestigkeit und Lichtbogenfestigkeit mit den Produktanforderungen kompatibel sein.
Zusammenhang zwischen der Auswahl des Leiterplattenmaterials und Produkt bzw. Branche
LeiterplattenmaterialDie Auswahl spielt eine entscheidende Rolle für die Produktzuverlässigkeit und wird zudem durch branchenspezifische Besonderheiten und Anforderungen bestimmt.
Häufig verwendete elektronische Produkte erfordern ein FR4-Epoxid-Glasfaser-Substrat. Schließlich stellen diese Produkte keine besonderen Anforderungen an Flexibilität, Temperatur und Dichte.
Für elektronische Produkte mit höheren Anforderungen an Umgebungstemperatur oder Flexibilität wird ein Polyimid-Glasfaser-Substrat verwendet. Für hohe Frequenzen sollte ein PTFE-Glasfaser-Substrat eingesetzt werden. Für Leiterplatten mit höheren Anforderungen an die Wärmeableitung sollte ein Metallkern-Substrat verwendet werden.
Klassifizierung von Leiterplatten-Substratmaterial
Kupferkaschiertes Laminat (CCL)wird am häufigsten als Leiterplatten-Substratmaterial verwendet. CCL besteht in der Regel aus Kupferfolie, Harz und Basismaterial und umfasst außerdem mehrere Kategorien.
• Starres CCL
a. Papierbasierte phenolische CCL
Papierbasierte phenolische CCL hat die längste Geschichte und umfasst Klassen wie FR2, FR1, XXXPC, XX, XXP, X, XP, XPC usw. Aufgrund ihrer geringen Kosten wird sie in großem Umfang in Unterhaltungselektronik wie Audio- oder Videogeräten eingesetzt, wobei einseitige Leiterplatten den größten Anteil ausmachen.
b. Papierbasierte Epoxid-CCL
Papierbasiertes Epoxid-CCL wird in großem Umfang in Fernsehern, PCs, Druckern, Taschenrechnern, Telekommunikations- und Leistungs-Substraten eingesetzt. Außerdem wird es auch in durchkontaktieren Leiterplatten verwendet, die für Unterhaltungselektronik bestimmt sind.
c. Papierbasierte Polymer-CCL
Papierbasiertes Polymer-CCL ist CAF-beständig und zeichnet sich durch eine hochwertige Tonqualität aus, weshalb es hauptsächlich in Farbfernsehern oder Stereoanlagen eingesetzt wird. Es wurde in Japan entwickelt, wird jedoch später nicht mehr hergestellt.
d. Glasfaser-Epoxid-CCL
Aufgrund seiner Zuverlässigkeit wird glasfaserverstärktes Epoxid-CCL in großem Umfang in CPUs, OA-Geräten, Telekommunikations- und Medizinprodukten eingesetzt. Darüber hinaus wird glasfaserverstärktes Epoxid-CCL aufgrund seiner elektrischen Isolationsfähigkeit, Hitzebeständigkeit, Maßstabilität, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Chemikalienbeständigkeit weitgehend in doppelseitigen Leiterplatten mit Durchkontaktierungen verwendet. Mit der Tendenz zu hoher Packungsdichte bei Leiterplatten wird glasfaserverstärktes Epoxid-CCL außerdem als Material in mehrlagigen Leiterplatten als Kernmaterial und Prepreg usw. eingesetzt.
e. Zusammengesetzte CCL
Das Harz in Verbund-CCL liegt hauptsächlich in Form von Epoxidharz und Polyesterharz vor. Verbund-CCL wird vor allem bei einseitigen Leiterplatten und Durchsteck-Leiterplatten eingesetzt. CEM-3-Verbund-CCL wird in bestimmten Branchen häufig verwendet, da es zuverlässig ist und über gute Wärmebeständigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Maßstabilität verfügt. Darüber hinaus eignet sich Verbund-CCL besonders gut für SMT-Bestückung auf dünnen Leiterplatten.
Was ist FR4?
FR4 bezeichnet die Einstufung eines feuerbeständigen Materials, das in der Lage ist, sich nach einem Brandereignis selbst zu löschen. Daher ist FR4 nicht der Name eines Materials, sondern gibt eine Materialklasse an.
FR4-Material kann in mehrere Klassen eingeteilt werden.
FR4 A1 dient aufgrund seiner hohen Qualität und Leistungsfähigkeit hauptsächlich elektronischen Produkten in den Bereichen Militärtechnik, Telekommunikation, Digitalschaltungen, Industrieinstrumente und Automobilbau.
FR4 A2 eignet sich für den größten Teil der Branchen, da alle seine Eigenschaften mit den Anforderungen gewöhnlicher Industriezweige kompatibel sind, einschließlich PC, Instrumenten, Haushaltsgeräten und gewöhnlichen Elektronikprodukten. Darüber hinaus führt es zu niedrigen Kosten, was einer seiner Vorteile gegenüber anderen Materialtypen ist.
FR4 A3 ist in der Lage, die Anforderungen und Bedürfnisse gewöhnlicher Elektronik wie Spielzeug, Taschenrechner, Spielkonsolen und anderer gängiger elektronischer Produkte zu erfüllen. In Übereinstimmung mit den Produktfunktionen ermöglicht FR4 A3 einen äußerst niedrigen Preis.
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