Prepreg, Kurzform für vorimprägnierte Verbundfasern, ist ein wesentliches Material bei der Herstellung von mehrschichtige Leiterplattes. jedoch, es wird oft übersehen im Vergleich zu sichtbareren PCB-Komponenten wie Kupferspuren und Lötstopplack. Dieser Artikel wird den Schleier über diesen wichtigen Teil der mehrschichtigen Plattenkonstruktion lüften. Wir werden untersuchen, was Prepreg ist, wie es gemacht wird, wesentliche Materialeigenschaften, gängige Typen, Überlegungen zur Dicke, und mehr. Lesen Sie weiter, um mehr über PCB-Prepreg zu erfahren!
Prepreg besteht aus dünnem Glasfasergewebe, das mit einem speziell formulierten Epoxidharzsystem vorimprägniert wurde. Das Harz ist teilweise ausgehärtet und bildet eine klebrige Substanz, festes Plattenmaterial, sogenanntes B-Stage-Prepreg. Dadurch kann das Harz beim Laminieren fließen und sich verbinden, ohne vollständig ausgehärtet und fest zu sein. Prepreg-Blätter werden abwechselnd mit Kupferfolienschichten gestapelt. Der mehrschichtige Aufbau wird unter Hitze und Druck laminiert, Dadurch fließt das Prepreg-Harz und verbindet die Schichten zu einer festen, laminierten Platte. Das Prepreg bietet hervorragende dielektrische Eigenschaften und Haftung zwischen den Schaltkreisschichten. Und weil Prepreg eine präzise Dicke hat, Es ermöglicht Leiterplatten mit streng kontrollierten dielektrischen Schichtabständen.
Prepreg-Materialien haben mehrere Eigenschaften, die ihre Leistung und Anwendbarkeit bestimmen:
Resin System – The epoxy formulation controls key characteristics like resin Tg, Dielektrizitätskonstante/Verlust, thermische Stabilität, Feuchtigkeitsaufnahme, und Z-Achse CTE. Zu den beliebten Systemen gehört FR-4, hoher Tg, und halogenfrei.
Fiberglass Weave – Standard 106 und 7628 Glasstile bieten die beste Ausgewogenheit der Eigenschaften. Engere Gewebe verbessern die Stanzleistung, verringern jedoch die Harzbelastung.
Resin Content – Typically in the 45-55% Reichweite. Ein höherer Harzgehalt führt zu einer besseren Füllung, erhöht jedoch die Dielektrizitätskonstante. Ein geringerer Harzgehalt erleichtert das Stanzen.
Filler particle size and loading – Fillers like silica reduce the CTE but increase dielectric constant and loss. Größere Partikel verbessern den Laminierfluss, während kleinere Partikel den Füllstoffabfall reduzieren.
Drape and Tack – Controllable properties that determine prepreg handling and layer-to-layer registration.
Flow/Fill – The melt viscosity during lamination impacts filling performance, vor allem in feinen Features.
FR-4 ist der Standard, Allzweck-Prepreg-Material, das für den Großteil der Leiterplattenherstellung verwendet wird. Es verwendet ein bromiertes Epoxidharz, das mit Glasfasergewebe verstärkt ist und eine ausgewogene Verarbeitungsfreundlichkeit bietet, Dimensionsstabilität, thermische Leistung, dielektrische Eigenschaften, und Kosten. FR-4-Prepreg hat eine typische Glasübergangstemperatur im Bereich von 130–140 °C.
High-Tg-Prepreg verwendet spezielle Epoxidharzsysteme, um Glasübergangstemperaturen von 170 °C oder mehr zu erreichen, Erfüllung der Anforderungen an hochzuverlässige Leiterplatten für die Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, und andere extreme Umgebungen. Die hochtemperaturbeständigen Harze halten dem Löten stand, Glühen, und andere Prozesse bis 230-290°C. Prepregs mit hoher Tg bieten eine verbesserte thermische und mechanische Leistung, sind jedoch teurer als Standard-FR-4.
Halogenfreie Prepregs verwenden Harzsysteme, die kein Brom oder andere Halogene enthalten, die beim Verbrennen gefährliche Nebenprodukte erzeugen können. Zu den beliebten halogenfreien Harzsystemen gehört Bismaleimidtriazin (BT) Epoxid, Cyanatester, und modifiziertes Epoxidharz. Halogenfreie Prepregs bieten Vorteile für die Umwelt, sind aber im Vergleich zu Standard-FR-4 auch teurer und komplexer in der Verarbeitung.
Hochgeschwindigkeits-Prepreg nutzt technische Harzsysteme, um stabile dielektrische Eigenschaften und einen geringen dielektrischen Verlust für eine zuverlässige Hochfrequenzleistung zu erreichen. Zu den gängigen Harzsystemen gehört Polyphenylenether (PSA) Mischungen und Fluorpolymere, die Dielektrizitätskonstanten unter erreichen 3.5. Hochgeschwindigkeits-Prepreg ermöglicht PCB-Designs für HF, Mikrowelle, hohe Datenrate, und andere anspruchsvolle Anwendungen.
Bei so vielen Prepreg-Optionen, Es ist wichtig, die Materialeigenschaften an die Anwendungsanforderungen anzupassen:
Signal Integrity – Low Dk and Df prepregs will enable higher speed signals with reduced loss and dispersion. Stellen Sie sicher, dass die Impedanztoleranz innerhalb der Spezifikationen liegt.
Thermal Management – If high thermal stability is needed, Wählen Sie ein Prepreg mit einem Harzsystem mit hoher Tg. Dies ermöglicht eine bleifreie Montage und Zuverlässigkeit bei Temperaturwechseln.
Environment – Halogen-free prepregs prevent emissions of dangerous substances like dioxins when burned but cost more than standard FR-4.
Stackup – Thinner prepreg allows tighter vertical traces and vias. Standard 106 Glas funktioniert gut, wenn es fester ist 7628 Gewebe können bei sehr feinen Geometrien hilfreich sein.
CTE – Adding more layers stresses plated through holes, Daher trägt das Prepreg mit einem niedrigeren WAK dazu bei, Risse im Lauf zu verhindern. Dem steht eine erhöhte Dielektrizitätskonstante gegenüber.
Cost – While other prepregs provide the ultimate in performance, Standard-FR-4 ist für viele Anwendungen bei geringeren Kosten völlig ausreichend.
Die Prepreg-Dicken reichen typischerweise von 0.002 Zoll (2 mils) bis zu 0.025 Zoll (25 mils). Der Trend geht zu dünneren Materialien, um feinere Linien und Räume zu ermöglichen, kleinere Durchkontaktierungen, und strengere Impedanzkontrolle. Einige wichtige Auswirkungen der Prepreg-Dicke:
Dünnere Dielektrika ermöglichen engere Routing-Geometrien. 0.002”Prepreg ermöglicht 2/2 Linie/Leerzeichen versus 4/4 mit 0,004 Zoll Material.
Dünnere Dielektrika reduzieren den Signalverlust, Die Zuverlässigkeit der Mikrovia kann jedoch unter 0,003 Zoll problematisch werden..
Standard 0,014 Zoll-0.020„Prepregs eignen sich gut für eine breite Impedanzkontrolle und Hochspannungsisolierung.
Dickere Prepregs über 0,020 Zoll sorgen durch größere Lücken für eine höhere Durchbruchspannung. Ermöglicht den sparsamen Einsatz teurerer Zwischenlagen.
Zusammenfassend, Die Dicke des Prepregs führt zu Kompromissen zwischen den Kosten, Designgeometrien, und elektrische Leistung. Wie immer, Wählen Sie die Prepreg-Dicke, die für jede spezifische Anwendung geeignet ist, und nicht willkürlich.
Prepreg-Materialien sind ein komplexer, aber kritischer Teil der PCB-Design und Herstellungsprozess. Wie wir es erkundet haben, Faktoren wie Harztyp, Fiberglas-Stil, Flammschutzmittel, und mehr tragen alle zur elektrischen Leistung von Prepregs bei, mechanisch, und thermischen Eigenschaften. Obwohl es wie ein undurchsichtiges schwarzes Material erscheinen mag, Die intelligente Prepreg-Auswahl ermöglicht es Ingenieuren, Leiterplattenstapel für optimale Leistung auszuwählen.
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