PCB-Isoliermaterialien verstehen: Typen, Funktionen und Anwendungen

Eine Leiterplatte besteht aus einem isolierten Substrat (der Platine selbst) und aufgedruckten Leitern oder Kupferbahnen, die das Medium für den Stromfluss durch die Schaltungen bilden. Die Substratmaterialien dienen auch als PCB-Isoliermaterialien, die elektrische Isolation zwischen den leitenden Teilen bieten. Multilayer-Boards haben mehr als ein Substrat, das die verschiedenen Lagen trennt. Woraus bestehen typische PCB-Substrate?

PCB-Substratmaterialien

PCB-Substratmaterialien müssen aus Substanzen bestehen, die keine elektrischen Ströme leiten – andernfalls würde der Strompfad durch die aufgedruckten Leiter gestört. Tatsächlich fungieren die Substratmaterialien als PCB-Isolierung, die als laminierter elektrischer Isolator für die Board-Schaltung dient. Jede Schaltungsebene verbindet sich durch durchkontaktierte Bohrungen, wenn Leiter auf gegenüberliegenden Lagen verbunden werden.

Als wirksame Substrate eignen sich Glasfaser, Teflon, Keramik und bestimmte Polymere. Der heute beliebteste Substrat ist wahrscheinlich FR-4. FR-4 ist ein Glasfaser-Epoxid-Laminat, das kostengünstig, ein guter elektrischer Isolator und flammbeständiger als reine Glasfaser-Boards ist.

PCB-Substrattypen

Es gibt fünf Haupt-PCB-Substrattypen, die Sie in Ihren Leiterplatten finden. Welche Sie für Ihre spezifischen PCBs verwenden, hängt von Ihrem PCB-Hersteller und der Art Ihrer Anwendung ab. Die Typen sind:

• FR-2: Wahrscheinlich der niedrigste Substratgrad, obwohl flammbeständig (FR-Kennzeichnung). Es besteht aus Phenolharz – einer Art imprägniertem Papier über Glasfaser. Günstige Unterhaltungselektronik nutzt oft PCBs mit FR-2-Substraten.
• FR-4: Eines der häufigsten PCB-Substrate – ein gewebtes Glasfasersubstrat mit flammbeständigem Material. Stärker als FR-2, weniger bruch- oder rissanfällig, daher in höherwertigen Produkten eingesetzt. Zum Bohren/Bearbeiten von Glasfaser nutzen PCB-Hersteller Hartmetallwerkzeuge (Wolframcarbid) aufgrund der Materialhärte.
• RF: Radiofrequenz-Substrate für PCBs, die in Anwendungen mit hochleistungsfähigen Radiofrequenzen eingesetzt werden. Das Substratmaterial besteht aus Low-Dielectric-Kunststoffen. Sehr starke elektronische Leistungseigenschaften, aber schwache mechanische Eigenschaften – RF-Boards müssen daher auf den richtigen Anwendungstyp abgestimmt sein.
• FLEX: Während FR-Boards und andere Substrattypen sehr starr sind, erfordern manche Anwendungen flexible Leiterplatten. Diese Flex-Schaltungen nutzen dünne, flexible Kunststoffe oder Folien als Substrate. Die Fertigung ist komplexer, aber diese Boards bieten besondere Vorteile: Sie können ein Flex-Board biegen, um es in Räume zu passen, in die ein normales Board nicht passt.
• METALL: Wenn Ihre Anwendung Leistungselektronik umfasst, ist gute thermische Leitfähigkeit erforderlich. Das bedeutet ein Substrat mit niedrigem thermischem Widerstand wie Keramik oder ein Metall, das die hohen Ströme von Leistungselektronik-PCBs bewältigen kann.

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