30 Mai 2024

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Was ist ein Basismaterial? Wie wählt man das richtige Basismaterial für die Leiterplatte aus?

Zu den wichtigsten Bestandteilen von Leiterplatten gehört das Basismaterial. Sein Zweck ist es, eine dauerhafte, an die jeweiligen Bedingungen angepasste Oberfläche für Leiterbahnen, Lötstellen und Masken zu schaffen. Welche Arten von Basismaterialien gibt es? Was sind ihre Merkmale? Wir erklären es Ihnen. 

Was ist ein Laminat?

Das Basismaterial ist nichts anderes als das Trägermaterial einer Leiterplatte. Es kann aus verschiedenen Materialien bestehen und ist ein- oder beidseitig mit Kupferfolie beschichtet. Das Basismaterial macht es möglich, eine bereits entworfene gedruckte Schaltung herzustellen. Die gebräuchlichsten Basismaterialien haben eine Dicke von 0,2 bis 3,2 mm, die Standarddicke liegt allerdings zwischen 1,00-1,55 mm. Die Dicke der Kupferfolie kann ebenfalls variieren und bis zu 200 Mikrometer betragen – am häufigsten wird jedoch eine Folie von 18 µm verwendet.

Welche Arten von Basismaterialien gibt es?

Für die Herstellung von Leiterplatten verwendet man meistens Basismaterialien aus: 

  • Glas-Epoxid (FR4), 
  • Aluminium (MCPCB),
  • Teflon,
  • Keramik.

Jedes Material hat unterschiedliche technische Parameter, so dass die Auswahl von den Eigenschaften des Geräts abhängt, in das die Platine eingebaut werden soll. 

Schlüsselparameter der einzelnen Basismaterialien

Die Parameter der Trägermaterialien werden in Basis-, Temperatur-, Feuchtigkeitsaufnahme- und elektrische Parameter unterteilt. Als Basisparameter gelten die Dicke des Dielektrikums und der Kupferfolien, die sich auf die mechanische Festigkeit, die Anpassung an das Gehäuse und die Strombelastbarkeit auswirken. Darüber hinaus wird auch der CTI-Wert angegeben. Er gibt an, wie widerstandsfähig ein bestimmtes Basismaterial gegen Durchschläge zwischen den Bahnen in einer feuchten Umgebung ist. Ein weiterer Basisparameter ist die UL- oder Nichtbrennbarkeitsklasse, die die Entflammbarkeit des jeweiligen Materials angibt.

Die Temperaturparameter von Basismaterialien beziehen sich auf Erscheinungen wie die Streckgrenze, die Zeit bis zur Delamination, die chemische Zersetzung des Basismaterials sowie die sichere Dauerbetriebstemperatur und die Wärmeausdehnung des Basismaterials. Basismaterialien haben auch Parameter, die mit der Feuchtigkeitsaufnahme zusammenhängen, d. h. sie bestimmen den maximalen Feuchtigkeitsgehalt und die Widerstandsfähigkeit gegen das CAF-Phänomen (Leitungsfaserbildung im Dielektrikum des Basismaterials). Im Zusammenhang mit den elektrischen Parametern werden die Dielektrizitätskonstante, der Verlust und der Durchschlagswiderstand des Dielektrikums angegeben.

Wie wählt man das richtige Basismaterial aus?

Das Basismaterial FR4 ist für die Bestückung von Leiterplatten mit Frequenzen bis zu 0,5 GHz ausgelegt und damit ein sehr vielseitiges Material für verschiedene elektronische oder mechanische Anwendungen. Es ist auch das am häufigsten verwendete Basismaterial. 

Der Nachteil von FR4 ist jedoch seine geringere Leistung bei Mikrowellenfrequenzen, eine bessere Lösung ist deshalb das Basismaterial der Firma Rogers, das sich u. a. durch minimale Verluste elektrischer Signale, einen großen Bereich von Dielektrizitätskonstantenwerten oder die Möglichkeit einer geringen Ausgasung auszeichnet. Es wird deshalb in Hochfrequenzsystemen, wie z. B. Antennen, eingesetzt. Basismaterialien von Rogers werden aus verschiedenen Materialien hergestellt, z. B. aus Teflon mit Keramik und Glasfasern, Keramik mit Teflon oder aus glasfaserverstärkter Kohlenwasserstoffe mit Keramik. 

MCPCB-Schaltungen werden am häufigsten in Hochleistungsgeräten wie Schaltnetzteilen (Konvertern) und Beleuchtungslampen verwendet, bei denen die Lichtquellen Hochleistungs-LED-Arrays in SMD-Gehäusen sind. LEDs dieser Art werden meistens in der Beleuchtung, in der Automobilindustrie als Außenbeleuchtung von Fahrzeugen und in der Straßenbeleuchtung eingesetzt. Basismaterialien für diese Anwendungen werden in der Regel mit einer weißen Lötstoppmaske beschichtet, um die Lichtreflexion zu erhöhen. Basismaterialien aus Aluminium sind bei Techno-Service erhältlich, wo Leiterplatten nach dem Entwurf des Kunden hergestellt werden.