Begriffserklärung: Basismaterial

Wie der Name schon verrät, dient das Basismaterial als grundlegendes Material für die Herstellung einer Leiterplatte. Dieses Material dient augenscheinlich als Träger für alle verwendeten Bauelemente und doch müssen dieser Plattform weitaus mehr Aufgaben zugeschrieben werden. Auch wenn es flexible Ausführungen gibt, muss eine Leiterplatte mechanisch beanspruchbar sein, da während der Bestückung / Montage verschiedene Kräfte auf sie einwirken. Auch thermischem Stress sollte das Material während der Herstellung und auch während der Betriebsphase gewachsen sein.

Neben den Bauteilen, muss eine Leiterplatte auch die elektrischen Lagen „aufnehmen“ können, welche durch Adhäsion am Trägermaterial sicher halten müssen. Auch hier wirken bei der Herstellung oder dem normalen Gebrauch chemische Prozesse, thermische und mechanische Beanspruchungen auf das Basismaterial ein. Innerhalb der Lebenszeit muss das Material möglichst konstante elektrische Werte aufweisen können wie beispielsweise isolierende Eigenschaften, Feuchtegrade oder dielektrische Spezifikationen.

Bei einigen der soeben benannten physikalischen Eigenschaften, setzt auch die Einteilung / Klassifizierung der Basismaterialien an. Der Leiterplattendesigner muss während der Designphase ein Basismaterial auswählen, welches dem angestrebten Endprodukt und dessen technischen Spezifikationen gerecht wird. Folglich existieren elektrische, thermische, mechanische und chemische Parameter.

Drei wichtige Parameter lauten:

• Glasübergangstemperatur [Glass Transition Temperature] T_g
• Dielektrische Kennzahl ε_r
• Zersetzungstemperatur [decompostion temperature] T_d

Betrachtet man das Basismaterial etwas eingehender – beispielsweise mit Hilfe eines Mikroskopes – erkennt man sehr schnell die innere Struktur des Glasfasergewebes. Es erinnert an das Gewebte eines Teppichs. Umso weniger verwundert es, dass man auch hier von Kette und Schussfäden spricht, welche in ihrem speziellen, einander kreuzenden Rhythmus (sich wiederholendes Muster) ein äußerst stabiles und mechanisch beanspruchbares Gewebe bilden. Das so aufgebaute Gewebe, wird in einem weiteren Prozess mit einem Epoxydharz getränkt. Man unterscheidet hier speziell zwischen ausgehärtetem und nicht ausgehärtetem Laminat – den sogenannten PrePregs. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass sie noch eine gewisse Klebkraft besitzen. Es ermöglicht die Gestaltung von Multilayeraufbauten, denn ausgehärtete Laminate und Kupferfolien werden gemeinsam mit klebefähigen PrePregs unter hohem Druck auf ihre Enddicke verpresst. Klebkraft, Druck, UV-Licht und Temperatur führen anschließend zur ausgehärteten Leiterplatte. Allerdings wird im Basismaterial eine Rückfeuchte verbleiben, welche sich durch falsche Lagerung oder Umwelteinflüsse während der Lebenszeit verändern kann. Offene Schnittkanten (Besonders durch oberflächenvergrößerndes Ritzen) beeinflussen die Feuchtigkeitsaufnahme zusätzlich meist nachteilig! Die Feuchtigkeitsaufnahme kann bis zum Aufquellen des Gewebes und somit der Zerstörung der Leiterplatte führen.

Herstellerabhängig (natürlich innerhalb der erforderlichen technischen Produktanforderung) kann sich der Designer einer umfangreichen Auswahl an Laminaten bedienen. Die Materialstärke kann also optimal an die Produktspezifikationen ausgewählt werden. Ist gilt jedoch, sich vorab gut beim Hersteller seiner Wahl zu informieren, welche Materialien als Standard vorrätig sind – davon abweichende Dicken oder Materialien sind zumeist mit Mehrkosten verbunden. Zum Aufbau eines Multilayers, stellt man die notwendigen Laminate aus Prepregs oder auch aus Basismaterial (ein –und doppelseitiger Platinen) zusammen. Das Basismaterial kann allerdings nur als Kern dienen – abhängig von der Anzahl der Gesamtlagen, können auch mehrere Basismaterialkerne mittels Prepregs miteinander verpresst werden.

Aus der letzten Aussage indirekt ableitbar ist, dass lediglich Kerne bereits eine Kupferbeschichtung tragen. Folglich wählt man bei der Zusammenstellung der Prepregs auch die eventuell zusätzlichen Kupferfolien aus. Auch hier kann man aus einem meist ausreichend breitem Sortiment die entsprechende Standardkupferdicke auswählen. Eine stille Vereinbarung erzwingt mehr oder weniger, dem Leiterplattenhersteller über den Lagenaufbau ausreichend zu informieren. Ein Lagenaufbauplan mit Angabe der einzelnen Schichtdicken und dem zu verwendenden Material gilt als unabkömmliches Muss, um alle Missverständnisse bereits im Vorfeld auszuräumen! Auch hier hilft oftmals der persönliche Kontakt zum Hersteller am besten. Übrigens ermöglichen bessere EDA-Programme die Zusammenstellung der Lagen designabhängig. Zumeist veranschaulicht eine grafische Darstellung sehr gut den Aufbau und stellt alle wichtigen Daten für den Fertiger zusammen. Ein Export dieses Lagenaufbaus ist zudem meist möglich und vereinfacht vieles. Ist die Skizze Teil des Datenpaketes an den Fertiger, gilt dies sogar als juristisch abgesicherter Vertragsbestandteil!

Werden Leiterplatten im professionellen Stil hergestellt, ist es eine gute Vorgehensweise, diese in einem standardisierten Maß anzulegen. Auf diese Weise wird die Anzahl von Testadaptern minimiert, bzw. klein gehalten. Auch nachfolgende Prozesse, wie beispielsweise die Bestückung oder Einlagerung, werden dadurch unterstützt. Die Erstellung eines (Mehrfach-) Nutzens (Standardgröße 460x610mm) ist eine gängige Methodik um Prozessschritte zu vereinfachen und Kosten zu sparen. Aber dies gehört bereits zu einem anderem Kapitel…

Die folgenden Tabellen werden zukünftig ständig erweitert und mit Werten ergänzt, welche man bei der täglichen Arbeit schnell zur Verfügung haben möchte. Es wird sich um allgemeingültige Angaben handeln. Genaue stoffspezifische Werte sind dem Datenblatt des Anbieters / Leiterplattenlieferanten zu entnehmen. Die hier gemachten Angaben können auch auf Wunsch eines jeden Lesers ergänzt werden (Eine kurze Email mittels des Kontaktformulares genügt - nach Prüfung wird dies dann eingearbeitet.). So findet jeder die Daten die er gerade benötigt.

Gegenüberstellung einiger wichtiger Basismaterialien

Technisch relevante Eigenschaften FR4 (Standard)

Eigenschaft	Wert
Bezeichnung	FR4 (Standard)
Verstärkendes Material	Glasfasergewebe
Harz	Epoxid
Glasübergangstemperatur Tg	135°C...170°C
Max. Betriebstemperatur	115°C...140°C
Dielektrizitätszahl	3,8...4,7
Isolationswiderstand	gut, ~50 GOhm
Kriechstromverhalten	gut, CTI~200
Isolierstoffgruppe	IIIa
Durchschlagsfestigkeit	ca. 30 kV/mm
Brennbarkeit (Kategorie)	FV0
Cu Haftfestigkeit (35µ)	1,9 kN/m
Thermische Leitfähigkeit	0,38 W/mk

Die Bearbeitung der Seite ist noch nicht abgeschlossen!!!!!!