Kupferkaschierte PCBs (CCL): Rolle des Copper Clad Laminate in der modernen Elektronik

Was ist ein kupferkaschiertes PCB?

Abb. 1: Kupferkaschiertes PCB mit Bauteilen

Ein kupferkaschiertes PCB (Copper Clad Laminate, CCL) ist das gängigste Basismaterial für Leiterplattenfertigung. Es besteht aus Kupferfolie, die mit Harz getränkt und mit Glasgewebe verstärkt ist. Diese Laminatfolie wird auf einer oder beiden Seiten eines Trägermaterials (z. B. FR-4) aufgebracht und bildet die leitende Schicht.

Klassifizierung von Copper Clad Laminate (CCL)

Abb. 2: PCB ohne Bauteile

Nach mechanischer Steifigkeit

• Starr (Rigid CCL): z. B. FR-4, CEM-1 → Basis für starre PCBs.
• Flexibel (Flex CCL): für Flex-PCBs.
• Starrflex (Rigid-Flex): Kombination beider → Rigid-Flex-PCBs.

Nach Isoliermaterial und Struktur

Verschiedene Harzsysteme und Aufbauarten (nicht im Detail aufgelistet).

Nach Dicke

• Standard-CCL: ca. 0,5 mm Dicke.
• Dünn-CCL: < 0,5 mm (Kupferfoliendicke bei Harzgehaltberechnung abziehen).

Nach Verstärkungsmaterial

• Glasgewebebasis: z. B. FR-4, FR-5
• Papierbasis: z. B. XPC
• Spezialmaterialbasis: Keramik-CCL, Metall-CCL
• Verbund-CCL: CEM-1, CEM-3

Nach verwendetem Isolierharz

Verschiedene Harztypen (Epoxid, Polyimid, PTFE, etc.).

Nach Leistungsmerkmalen

• Hochtemperaturbeständiges CCL
• Standardleistungs-CCL
• Niedrig-CTE-CCL (Thermische Ausdehnung)
• Niedriges Dielektrizitätskonstante-CCL

CCL-Materialien: Kupferfolie & Prepreg

Abb. 3: Bestückte Leiterplatte

Kupferfolie

Kathodisch elektrolytisches Material, durchgehende Schicht auf dem PCB-Basismaterial. Lässt sich gut mit Isolierschicht verbinden. Nach Ätzung bildet sie das Leiterbild. Drei Leistungsgruppen:

• Standard-Kupferfolie: für Papierbasis und FR-4.
• HTE (High Temperature Elongation): für Multilayer-PCBs (löst Ringrissprobleme).
• Low Profile (LP) Kupferfolie: ebenfalls für Multilayer geeignet.

Prepreg

Abb. 4: High-Tech PCB mit Prozessor und Mikrochips

Prepreg ist Glasgewebe mit Harzimprägnierung (Vorstufe, nicht ausgehärtet). Behält Fließeigenschaften. Dicke bestimmt elektrische Festigkeit, Leistung und chemische Beständigkeit. Drei Haupttypen:

• Standard-Harz
• Medium-Harz
• High-Harz

Weitere Klassifikation nach Harztyp (PTFE, Epoxid, Polyimid, Phenol, BT) und Glasgewebe (Hitzebeständigkeit, Isolation, Festigkeit).

Aktuelle Trends bei CCL

Abb. 5: Unbestückte PCB

RoHS-Richtlinie fordert höhere Hitzebeständigkeit und Zuverlässigkeit. Daraus resultieren zwei Haupttypen:

Halogenfreies CCL

Chlor & Fluor < 900 ppm, Halogen gesamt < 1500 ppm. Bessere thermische Leistung und Dimensionsstabilität als Standard-FR-4. Aber: FR-4 oft besser in Schälfestigkeit und Biegeverhalten.

Bleifreies CCL

Verzicht auf bleihaltiges Lötmittel; stattdessen bromiertes Epoxidharz. RoHS verbietet PBB und PBDE. Bleifreies CCL nutzt PN-Härtungssystem statt DICY (bei FR-4 üblich).

Fazit

Kupferkaschierte PCBs sind dank effizienter Wärmeableitung und thermischer Belastbarkeit vielseitig und leistungsstark. Bei Fragen stehen wir gerne zur Verfügung.