Basiswissen zu Materialparametern, Designkriterien und Verarbeitung

Die Anforderungen und Einsatzgebiete der Leiterplatte und deren Materialien haben sich in den letzten Jahren stetig geändert. Waren es vor Jahren noch Anforderungen an die Struktur der Leiterplatten bezüglich Leiterbahnbreite und -abstände, so sind es zunehmend neue Anforderungen wie Dauertemperaturbelastungen im Automotivbereich oder Hochstromkonzepte im Bereich erneuerbare Energien. Hinzu kommen stetig steigende Umweltanforderungen, die für den gesamten Lebenszyklus bis hin zum Recycling eines Produktes berücksichtigt werden müssen.

Diese Themenseiten bieten Baugruppenherstellern und Layoutern Informationen für die Auswahl von geeigneten Basismaterialien, die in Konstruktionsunterlagen und Bestellungen einfließen können. Sie basieren auf dem FED-Leitfaden „Materialauswahl nach IPC 4101“, den FED-Mitglieder kostenfrei als pdf herunterladen können. Die Inhalte sind praxisbezogen, um Anwendern und Kunden nützliche Ratschläge und Diskussionsgrundlagen an die Hand zu geben. Auf den folgenden Unterseiten finden Sie die Informationen, die Sie benötigen, um das richtige Material für die jeweilige Leiterplatte je nach Anwendungsgebiet auszuwählen.

Auf diesen Themenseiten werden nur Materialien der Kategorie FR-4.0 und FR-4.1 betrachtet.

Um Mehraufwand zu vermeiden, sollten Kunden schon frühzeitig im Vorfeld die Leiterplattenhersteller einbinden. Wenn möglich, bereits in der Designphase. Es reicht heute nicht mehr aus, nur mit der bloßen Beschreibung wie FR4 ein geeignetes Material zu beschreiben. Heute steht für die unterschiedlichsten Anwendungen eine große Palette von Materialien für die unterschiedlichen Anforderungen weltweit zur Verfügung.

Durch die Vielzahl der auf dem Weltmarkt verfügbaren oder erhältlichen Materialien ist eine genauere Beschreibung der Kriterien und benötigten Anforderungen wie Oberflächen, Dickkupfer, Semiflex, Strukturen, HAL bleifrei, Lötprozesse (Reflow 3x), Signalgeschwindigkeiten sowie Temperatureinsatz erforderlich.

Weltweit agierende Unternehmen mit eigenen Entwicklungszentren sind in der Lage, für die unterschiedlichsten Anforderungen geeignete Materialien zu liefern. So gibt es heute auch kostengünstige, technologisch interessante Materialien im FR-4-Bereich mit Tg 130°, Mid-Tg 150° und Hoch-Tg 170° für die unterschiedlichsten Anwendungen. Darüber hinaus gibt es Materialimporteure (Händler), die verschiedene asiatische Materialhersteller in Europa vertreten.

Die Verarbeitung der unterschiedlichsten Materialien hat auch Einflüsse auf den Herstellprozess bei den Leiterplattenherstellern, die immer wieder auf die zu bearbeitenden Materialien abgestimmt und weiterentwickelt werden müssen.

Die hier beschriebenen Faktoren und Einflüsse dienen dem Entscheider als Wegweiser und Plattform für den Prozess zur Materialauswahl. In den Kapiteln der „IPC 4101E“ sind aus Sicht der mitwirkenden Designer, Leiterplattenhersteller, Baugruppen-Hersteller und Entwickler, die aus deren Sicht wichtigsten Einflussfaktoren und deren Wirkungsweisen erläutert. Künftig ist dadurch eine bessere Klassifizierung zur Materialauswahl gewährleistet.

Die theoretische Einführung in die Materialauswahl für Leiterplatten und deren Einsatzanforderungen basiert auf den Erfahrungswerten der beteiligten Autoren und Firmen. Sie erhebt nicht den Anspruch, alle eventuell auftretenden Anforderungen abzudecken.

Dadurch soll gewährleistet werden, dass Leiterplatten den qualitativen Anforderungen der Weiterverarbeitung (z.B. Lagerung, Trocknung, Bestückung, Wellen-Löten, Reflow-Löten uvm.) im Anlieferzustand entsprechen.

Die Anforderungen an Materialien und Prozesse zur Herstellung von Leiterplatten werden auch zukünftig weiterwachsen und damit auch die Komplexität der Herstell- und Weiterverarbeitungsprozesse.