Kernschicht und deren Materialien
Kernschichten in Leiterplatten
Die Kernschichten verleihen der Leiterplatte mechanische Stabilität und dienen als Substrat, auf das die leitfähigen Kupferbahnen aufgebracht werden. Aufgrund der Isolierungsfunktion der Kernschichten werden sie auch als Dielektrika bezeichnet. Die Kernschicht unterscheidet sich jedoch von anderen Leiterplattendielektrika wie Prepreg (vorimprägnierte Faserlage). Prepreg wird abwechselnd zwischen zwei Kernschichten als Klebstoff verwendet, der während des Laminierungsprozesses schmilzt.
Dicke der Kernschicht
Die Dicke einer Kernschicht einer Leiterplatte wird erheblich durch die spezifischen Designanforderungen des elektronischen Projekts beeinflusst. Weitere Faktoren wie Strombelastung, Wärmeabfuhr und mechanische Robustheit des Endprodukts spielen ebenfalls eine entscheidende Rolle. Herstellungsprozesse und Kostenüberlegungen können ebenfalls die Wahl der Kernschichtdicke beeinflussen.
Materialien der Kernschicht
Die Auswahl des Dielektrikums hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich Anforderungen an Signalqualität, Signalfrequenz, Schaltungsgeschwindigkeit und thermische Bedingungen. Einige gängige Dielektrikmaterialien sind wie folgt:
FR4
FR4 ist ein weit verbreitetes Kernmaterial für Leiterplatten, das hauptsächlich aus gewobenem Glasfasermaterial und Epoxidharz besteht. Es bietet eine ausgewogene Kombination aus Kosten, Verfügbarkeit und Leistung. Besonders hervorzuheben sind seine hohe mechanische Festigkeit und die Fähigkeit zur elektrischen Isolierung.
Vorteile/Nachteile
Gute mechanische Eigenschaften und Festigkeit. (+)
Relativ kostengünstig. (+)
Weit verbreitet und leicht verfügbar. (+)
Nicht ideal für sehr hohe Frequenzen. (-)
Kann Feuchtigkeit absorbieren. (-)
Nicht so thermisch stabil wie einige andere Materialien. (-)
Polyimid
Polyimid ist ein Hochtemperaturpolymer, das häufig in flexiblen Leiterplatten verwendet wird. Es zeichnet sich durch hervorragende thermische Stabilität aus und kann bei extremen Temperaturen eingesetzt werden. Darüber hinaus ist das Material resistent gegen viele Chemikalien.
Vorteile/Nachteile
Hohe thermische Stabilität. (+)
Chemikalienbeständig. (+)
Flexibilität für verschiedene Anwendungen. (+)
Relativ teuer. (-)
Schwieriger in der Verarbeitung. (-)
Mechanisch weniger robust als einige Alternativen. (-)
Polyolefin
Polyolefine, wie Polyethylen und Polypropylen, sind Polymere, die weniger häufig in Leiterplatten verwendet werden. Sie können jedoch in bestimmten Anwendungen Vorteile bieten. Im Allgemeinen sind sie kostengünstig und chemikalienbeständig.
Vorteile/Nachteile
(+) [Kosteneffektiv.]
(+) [Chemikalienbeständigkeit.]
(+) [Leicht.]
(-) [Geringere thermische Stabilität.]
(-) [Nicht ideal für Hochfrequenzanwendungen.]
(-) [Die Verarbeitung kann herausfordernder sein.]
Aluminium
Aluminium-Leiterplatten verwenden eine Metallbasis, um die Wärmeabfuhr zu verbessern. Sie sind besonders nützlich für LED-Anwendungen oder hochleistungsfähige Elektronik. Das Aluminium dient als Wärmesenke und unterstützt die Wärmeabfuhr.
Vorteile/Nachteile
Exzellente Wärmeabfuhr. (+)
Erhöhte mechanische Stärke. (+)
Haltbarkeit. (+)
Höhere Kosten im Vergleich zu konventionellen Leiterplatten. (-)
Weniger flexibel in der Designanpassung. (-)
Schwieriger zu löten als traditionelle Leiterplatten. (-)
PTFE (Polytetrafluorethylen)
PTFE ist ein fluorierter Polymer, der häufig in Hochfrequenz-Leiterplatten verwendet wird. Es hat eine sehr niedrige dielektrische Konstante, was es ideal für RF-Anwendungen macht. Außerdem bietet es hohe chemische und Wärmebeständigkeit.
Vorteile/Nachteile
Ideal für Hochfrequenz-Anwendungen. (+)
Hohe Chemikalienbeständigkeit. (+)
Thermisch stabil. (+)
Teurer als viele andere Materialien. (-)
Kann schwer zu verarbeiten sein. (-)
Mechanisch weniger robust im Vergleich zu anderen Materialien. (-)
Teflon
Teflon ist ein Markenname für PTFE, daher sind seine Eigenschaften und Anwendungen im Wesentlichen die gleichen wie die von PTFE. Es wird häufig in der Elektronik wegen seiner dielektrischen Eigenschaften und beim Kochgeschirr wegen seiner Antihaft-Eigenschaften verwendet.
Vorteile/Nachteile
Hervorragende dielektrische Eigenschaften. (+)
Hohe Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit. (+)
Nicht klebend und reaktionsarm. (+)
Teurer im Vergleich zu anderen Materialien. (-)
Kann schwierig in der Verarbeitung sein. (-)
Nicht so mechanisch stark wie einige Alternativen. (-)
Keramik
Keramik-Leiterplatten sind für ihre außergewöhnliche thermische Leitfähigkeit und elektrische Isolierung bekannt. Sie werden häufig in Hochtemperatur-Anwendungen eingesetzt oder dort, wo eine minimale thermische Ausdehnung erforderlich ist. Das Material kann die Leistung und Haltbarkeit von Komponenten verbessern.