Verschiedenste Anforderungen an die Leiterplatten machen die Verwendung von unterschiedlichen Leiterplattensubstraten notwendig.
Dabei werden speziell an die Zuverlässigkeit von Leiterplatten zunehmend höhere Ansprüche gestellt.
Während für viele Standardanwendungen das klassische FR4-Material, ggf. mit verbesserten thermo-mechanischen Eigenschaften durch modifizierte Harzsysteme ausreichend sind. So sind beispielsweise im Hochfrequenzbereich zwingend andere Materialvarianten erforderlich.
Die vorliegende Technologie-Info soll Ihnen eine prinzipielle Übersicht über alle marktgängigen Materialtypen und deren grundsätzlichen Eigenschaften geben und Ihnen so die Auswahl gemäß dem geforderten Anwendungsgebiet erleichtern.
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Alle benannten und bei CONTAG eingesetzten Basismaterialien entsprechen den aktuellen Versionen folgender internationalen Normen:
Basismaterial für starre Leiterplatten, 1- und 2-seitig, Multilayer
Norm: IPC-4101
Basismaterial für HF-Anwendungen
Norm: IPC-4103
Kupferkaschierte Folien für flexible Leiterplatten
Norm: IPC-4204
Flexible kleberbeschichtete Folien für flexible Leiterplatten
Norm: IPC-4203
Grundsätzlich lassen sich die Eigenschaften von Basismaterialien in mechanische, elektrische und thermische Eigenschaften unterteilen.
Neben z. T. für spezielle Anwendungen erforderliche elektrische Eigenschaften, die z.B. im HF-Bereich unabdingbar sind, bestimmen hauptsächlich die thermischen Eigenschaften die Einsetzbarkeit und Zuverlässigkeit des Materials.
Entscheidende Einflussgrößen sind dabei weniger die Glasübergangstemperatur Tg, sondern vielmehr die Delaminationszeit bei 260°C und 288°C, das Ausdehnungsverhalten CTE (in x, y und z) und die Beständigkeit bei thermischen Zyklentests. Die erhöhten Löttemperaturen mit bleifreien Loten bedeuten eine verstärkte thermische Belastung der Leiterplatte, welche die Gefahr von Hülsenrissen, Cornercracks, Kupferablösung und Delamination erhöht.
Speziell die Zuverlässigkeit von Leiterplatten in Kfz-Anwendungen wird zunehmend über Temperaturwechseltests geprüft, typische Bedingungen sind hierbei –40°C bis +125°C/>500 Zyklen oder –40°C bis +140°C/1000Zyklen. Diese Beständigkeit erfüllen nur Materialien mit geringer Ausdehnung in z-Richtung, also einem kleinen CTE (z).
Während der Tg lediglich als Richtwert für eine dauerhafte thermische Belastung der Leiterplatte dienen kann (ca. 20°C-25°C unter dem Tg), sind die anderen benannten Eigenschaften, speziell der CTE (z) die relevanten Werte, wenn es um die Zuverlässigkeit der Leiterplatte geht. „Moderne“ FR4-Substrate mit FR4-Harzsystemen verfügen über diese Eigenschaften, weisen aber einen Tg von lediglich 140°C-150°C aus.
Alle marktüblichen Materialien genügen bereits ohne Einschränkungen der RoHS/WEEE-Vorgabe. Darüber hinaus gibt es außerdem wirklich „grüne Substrate“, die komplett auf Halogene als Flammhemmer verzichten.
Diese verfügen zusätzlich über eine sehr gute thermische Beständigkeit, haben sich aber aufgrund deutlich höherer Kosten und stärkerer Werkzeugabnutzung beim Bohren und Fräsen noch nicht als Standardmaterial durchsetzen können.
*) Standardmaterial bei CONTAG
**) Verschiedene Stärken vorrätig
***) Die Faktoren beziehen sich immer auf die Kosten in einer Serienfertigung. Bei CONTAG kann es durch Materialbestellungen in kleinen Stückzahlen und kurzen Lieferzeiten zu Verschiebungen kommen.
Für weitergehende technologische Fragen rund um das Thema Leiterplatten wenden Sie sich bitte an unser CONTAG-Team
Das universelle Basismaterial für die Leiterplatte gibt es nicht. Ob Standard-, HF-, Hochtemperatur oder eine andere Anwendung: Es steht eine Vielzahl von Substrattypen zur Verfügung.
