Kernschicht und deren Materialien

Die Kernschichten geben dem PCB die mechanische Stabilität und auf ihnen werden die leitenden Kupferbahnen aufgebracht. Wegen der isolierenden Funktion der Kernschichten spricht man bei einer Kernschicht auch von einem Dielektrikum. Die Kernschicht unterscheidet sich aber insofern von anderen PCB-Dielektrika wie dem Prepreg (vorimprägnierte Faserschichten), dass Prepreg abwechselnd zwischen zwei Kernschichten als Klebstoff verwendet wird, welcher beim Laminierungsprozess schmilzt.

Dicke der Kernschicht

Die Dicke einer PCB-Kernschicht wird maßgeblich durch die spezifischen Designanforderungen des elektronischen Projekts beeinflusst. Zusätzliche Faktoren wie die Strombelastung, Wärmeabführung und die 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, darunter die Anforderungen an die Signalintegrität, die Frequenz des Signals, die Geschwindigkeit der Schaltkreise und die thermischen Bedingungen. Einige gängige Dielektrikum-Materialien sind folgende:

FR4

FR4 ist ein weit verbreitetes Kernmaterial für Leiterplatten, das hauptsächlich aus gewebtem Glasfasermaterial und Epoxidharz besteht. Es bietet eine ausgeglichene Kombination aus Kosten, Verfügbarkeit und Leistung. Besonders hervorzuheben ist seine hohe mechanische Festigkeit und elektrische Isolationsfähigkeit.

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 manch andere Materialien.

Polyimid

Polyimid ist ein Hochtemperatur-Polymer, welches häufig in flexiblen Leiterplatten zum Einsatz kommt. Es zeichnet sich durch eine hervorragende thermische Stabilität aus und kann in extremen Temperaturen verwendet werden. Außerdem ist das Material gegenüber vielen Chemikalien resistent.

Vorteile/Nachteile

Hohe thermische Stabilität.

Chemikalienbeständig.

Flexibilität für diverse Anwendungen.

Relativ teuer.

Schwieriger in der Verarbeitung.

Mechanisch weniger robust als einige Alternativen.

Polyolefin

Polyolefine, wie Polyethylen und Polypropylen, sind Polymere, die seltener in Leiterplatten Verwendung finden. In bestimmten Anwendungen können sie jedoch Vorteile bieten. Generell sind sie kostengünstig und chemisch beständig.

Vorteile/Nachteile

Kostengünstig.

Chemikalienbeständigkeit.

Leichtgewichtig.

Geringere thermische Stabilität.

Nicht ideal für Hochfrequenzanwendungen.

Kann in der Verarbeitung schwieriger sein.

Aluminium

Aluminium-Leiterplatten nutzen eine Metallbasis, um eine verbesserte Wärmeableitung zu ermöglichen. Sie sind besonders nützlich für LED-Anwendungen oder Hochleistungselektronik. Das Aluminium dient als Kühlkörper und unterstützt die Wärmeableitung.

Vorteile/Nachteile

Hervorragende Wärmeableitung.

Erhöhte mechanische Festigkeit.

Langlebigkeit.

Höhere Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplatten.

Weniger flexibel in der Designanpassung.

Schwieriger zu löten als traditionelle PCBs.

PTFE (Polytetrafluorethylen)

PTFE ist ein fluorhaltiges Polymer, das oft in Hochfrequenz-Leiterplatten eingesetzt wird. Es hat eine sehr niedrige Dielektrizitätskonstante, was es ideal für HF-Anwendungen macht. Außerdem bietet es eine hohe Chemikalien- und Hitzebeständigkeit.

Vorteile/Nachteile

Ideal für Hochfrequenzanwendungen.

Hohe chemische Beständigkeit.

Thermisch stabil.

Teurer als viele andere Materialien.

Kann schwierig zu verarbeiten sein.

Mechanisch weniger robust im Vergleich zu anderen Materialien.

Teflon

Teflon ist eine Handelsmarke für PTFE, daher sind ihre Eigenschaften und Anwendungen im Wesentlichen dieselben wie die von PTFE. Es wird oft in der Elektronik wegen seiner dielektrischen Eigenschaften und in der Kochware wegen seiner Antihaft-Eigenschaften verwendet.

Vorteile/Nachteile

Exzellente 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 fest wie manche Alternativen.

Keramik

Keramische Leiterplatten sind für ihre herausragende thermische Leitfähigkeit und elektrische Isolation bekannt. Sie werden oft in Hochtemperaturanwendungen oder dort eingesetzt, wo minimale Wärmeausdehnung erforderlich ist. Das Material kann die Leistung und Langlebigkeit von Bauteilen verbessern.

Vorteile/Nachteile

Außerordentliche thermische Leitfähigkeit.

Exzellente elektrische Isolation.

Hohe Temperaturbeständigkeit.

Teurer als andere Leiterplattenmaterialien.

Kann zerbrechlich sein und erfordert sorgfältige Handhabung.

Schwieriger zu produzieren und zu bearbeiten im Vergleich zu anderen Materialien.