Welche gängigen Materialien werden für Leiterplatten (PCB) verwendet?

Eines der gebräuchlichen Materialien in der Herstellung von Leiterplatten (PCB) sind kupferkaschierte Laminate (CCLs), die hergestellt werden, indem Harz mit Verstärkungsmaterialien wie Zellstoffpapier oder Glasfasergewebe getränkt, anschließend Kupferfolie auf eine oder beide Seiten aufgebracht und durch einen Heißpressprozess verpresst wird. Die CCLs erfüllen drei wesentliche Funktionen: Leitfähigkeit, Isolation und strukturelle Unterstützung, wodurch sie zu einer unverzichtbaren Komponente in elektronischen Geräten werden.

Kupferkaschierte Laminate (CCLs) werden nach mechanischen Eigenschaften in starre und flexible Typen sowie nach Verstärkungsmaterialien in varianten mit Glasfasergewebe, Papier und Verbundmaterial unterteilt. Kupferkaschierte Laminate auf Basis von Glasfasergewebe, die mit Glasfasergewirke verstärkt sind, zeichnen sich durch hervorragende mechanische Festigkeit und elektrische Leistung aus und sind daher am weitesten verbreitet. Papierbasierte CCLs nutzen Papier als Verstärkungsmaterial, weisen geringere Kosten auf, jedoch auch relativ schlechtere mechanische und elektrische Eigenschaften und werden typischerweise in einfachen elektronischen Geräten eingesetzt. Verbundbasierte CCLs kombinieren mehrere Verstärkungsmaterialien wie Glasfaser und Papier, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kosten und Leistung zu erreichen.

Mehr als 60 % der kupferkaschierten Laminate verwenden derzeit FR-4-Platten als Verstärkungsmaterial. Typischerweise verwendet die FR-4-Platte glasfaserverstärktes, alkalifreies Gewebe, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen. Das Gewebe ist mit Epoxidharz getränkt und weist eine hervorragende Haftung, elektrische Isolierung sowie chemische Stabilität auf.

Das Harzsystem besteht hauptsächlich aus niedrigbromhaltigem Epoxidharz, hochbromhaltigem Epoxidharz, isocyanatmodifiziertem Epoxidharz und phenolischem Epoxidharz. Durch die Anpassung des Mischungsverhältnisses dieser Harze können unterschiedliche Glasübergangstemperaturen (Tg-Werte) erreicht werden.

Um flammhemmende Eigenschaften zu erzielen, werden bromhaltige Flammhemmsubstanzen wie Tributylbromphenol A (TBBPA) oder halogenfreie Flammhemmsubstanzen wie phosphor- und stickstoffhaltige Verbindungen zugesetzt.

Die verwendete Kupfersorte umfasst elektrolytisches Kupferfolie oder gewalzte Kupferfolie, die als Kernmaterial der leitfähigen Metallschicht auf der Oberfläche der kupferkaschierten Laminate dient.

RDS Composite bietet hochwertige FR4-CCLs in Dicken von 12 μm, 18 μm oder 35 μm mit einer Kernplattendicke von 0,2 mm bis 3,2 mm an.

Welche Eigenschaften hat FR4-CCL?

Mechanische Eigenschaften: Hohe Steifigkeit, hervorragende Biege- und Schlagfestigkeit sowie gute Biege- und Zugfestigkeit, wodurch es den Löt- und Bearbeitungsbelastungen während der Leiterplattenbestückung standhält.

Elektrische Eigenschaften: Die Dielektrizitätskonstante bleibt bei 4,2–4,8 (1 GHz) stabil, weist geringe dielektrische Verluste und hohe Isolationswiderstände auf und reduziert dadurch effektiv Signaldämpfung und Störungen bei Hochfrequenzübertragungen.

Wärmebeständigkeit: Standard-FR-4 weist eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 130–150 °C auf, während Hoch-Tg-FR-4 diese Marke mit über 170 °C überschreitet, wodurch es hohen Löttemperaturen standhält und eine ausgezeichnete Wärmeschockbeständigkeit zeigt.

Flammbremseffekt: Erfüllt den UL94 V-0-Standard, erlischt innerhalb von 10 Sekunden nach Entfernung aus der Brandquelle selbstständig und tropft nicht, wodurch die Sicherheit elektronischer Geräte gewährleistet ist.

Maßhaltigkeit: Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist in X-/Y-Richtung relativ niedrig (ca. 13–18 ppm/℃), jedoch leicht höher in Z-Richtung, wodurch wirksam Rissbildung zwischen Schichten oder Fehlausrichtungen der Leiterbahnen infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnung während der Mehrlagen-PCB-Laminierung verhindert wird.

FR-4 Kupferbeschichteter Verbundwerkstoff, aufgrund seiner Kostenersparnis, stabilen Isolierung, hohen mechanischen Festigkeit und hervorragenden Flammwidrigkeit, ist heute der am weitesten verbreitete starre PCB-Trägerwerkstoff. Er findet Anwendung in Kernbereichen wie Unterhaltungselektronik, Automobil-Elektronik, industrieller Steuerungstechnik und Kommunikationsausrüstung.