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Basismaterialtypen für Leiterplatten

Die Basismaterialien von Leiterplatten spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung ihrer elektrischen Eigenschaften, mechanischen Stabilität und thermischen Leistung. Verschiedene Materialtypen bieten unterschiedliche Vorteile je nach den Anforderungen einer Anwendung.

Die Wahl des Basismaterials für eine Leiterplatte ist von entscheidender Bedeutung und sollte sorgfältig je nach den spezifischen Anforderungen der Anwendung getroffen werden. Es ist wichtig, die elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften der verschiedenen Materialien zu berücksichtigen, um die erwartete Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Typ Ausführung Einsatz UL 94 Dielektrizität εR Anmerkung
FR-4 Glas-Epoxidharz-Gewebe 1L, 2L, ML V-0 4,3-4,8 Standardmaterial Low-/Mid-Tg
FR-4, halogenfrei Glas-Epoxidharz-Gewebe 1L, 2L, ML V-0 4,7 High-Tg
FR-2 Hartpapier 1L, 2L V-1 4,1 Nicht durchkontaktierbar
CEM-1 Glas-Hartpapier-Epoxidharz 1L, 2L V-0 4,2 Nicht durchkontaktierbar
CEM-3 Glas-Vlies-Epoxidharz 1L, 2L V-0 5,0 stanzbar, auch HTC (High Thermal Conductivity)
Teflon Keramik-Polymer HF V-0 2,6 z.B. Rogers, Taconic
Glas-Polyphenylether-Harz HF V-0 2,8 z.B. Gigaver
HF-Anwendungen 1L, 2L, ML V-0 z.B. Rogers, GIL, etc.
Polyimid 1L, 2L, Flex V-0 3,8 auch glasfaserverstärkt verfügbar
Aluminium 1L, 2L, ML V-0 z.B. Alloy, Bergquist

Hoch-Tg

Die Glasübergangstemperatur (Tg) ist eine wichtige Kenngröße des Basismaterials, welche anzeigt, ab welcher Temperatur die Harzmatrix vom glasartigen, spröden Zustand in den weichelastischen übergeht.

Neben Witterungseinflüssen jeglicher Art ist extreme Hitze ein natürlicher Feind der Leiterplatte. Werden Platinen übermäßig thermisch belastet, können Effekte wie Delamination, Z-Achsenausdehnung und Materialerweichung zu Ausfällen führen. Es gilt hier rechtzeitig den Einsatzbereich der Baugruppen festzulegen, um ein geeignetes Material für den Dauerbetrieb in extremen Umgebungen zu verwenden.

Der Tg gibt hierbei einen oberen Grenzwert vor, bei dem der Verbund anfängt zu fließen. Dies bedeute eine Erweichung des Materials und sollte stets verhindert werden. Der Tg ist daher nicht der Wert der maximalen Einsatztemperatur, sondern kann nur sehr kurz vom Material bestanden werden. Materialien mit dem derzeit verfügbaren Glasfließtemperaturwert liegen üblicherweise bei bis zu Tg 260° Celsius, in seltenen Fällen sind sehr hochpreisige Polyimide bis Tg 350°C erhältlich. Hier ist ein Dauereinsatz bis 200° Celsius möglich. Zum Vergleich hat normales FR4 einen Tg von nur 135°C und eine Dauereinsatztemperatur ca. 110°C.
Als Richtwert für die dauerhafte thermische Belastung (Dauerbetriebstemp.) gilt eine Einsatztemperatur mit etwa 20-25°C unter dem Tg-Wert.

  • lange Delaminationsbeständigkeit
  • geringe Z-Achsenausdehnung
  • hoher Glasfließtemperaturwert (Tg)
  • chemische Widerstandsfestigkeit
  • hohe Temperaturbeständigkeit
Material Tg Wert DBT* UL MBT
FR-4 Standard Tg 130/135 110°C ≤130°C
FR4 Medium Tg 150 130°C 130°C
FR4 High Tg 170/180 150°C 130°C
Polyimid Tg 250 230°C 200°C

*DBT = Dauerbetriebstemperatur
*UL MBT = Maximale Betriebstemperatur nach UL

Toleranzen Basismaterial

Zulässige Dicken von kupferkaschierten Basismaterialien

Dicke und Toleranzen bei Laminaten gemäß IPC-4101
Nenndicke Klasse A/K Klasse B/L Klasse C/M Klasse D
0,025 bis 0,119 ±0,025 ±0,018 ±0,013 +0,025/-0,013
0,120 bis 0,164 ±0,038 ±0,0025 ±0,018 +0,030/-0,018
0,165 bis 0,299 ±0,050 ±0,038 ±0,025 +0,038/-0,050
0,300 bis 0,499 ±0,064 ±0,050 ±0,038 +0,050/-0,038
0,500 bis 0,785 ±0,075 ±0,064 ±0,050 +0,064/-0,050
0,786 bis 1,039 ±0,165 ±0,100 ±0,075 n/a
1,040 bis 1,674 ±0,190 ±0,130 ±0,075 n/a
1,675 bis 2,564 ±0,230 ±0,180 ±0,100 n/a
2,565 bis 3,579 ±0,300 ±0,230 ±0,130 n/a
3,580 bis 6,350 ±0,560 ±0,300 ±0,150 n/a

Alle Angaben in mm.

Klasse A, B, C kommen bei Vermessung des Dielektrikums, ohne Kupfer, zum Einsatz. Klasse K, L, M verstehen sich bei Vermessung inklusive Kupfer. Klasse D wird typischerweise für sehr dünne Materialien nach dem Ätzvorgang eingesetzt.

Standardmäßig gilt die Klasse B/L für die Leiterplattenproduktion. Über 0,8mm Dicke gilt Klasse L, darunter Klasse B.

Glashartgewebe CEM-3, FR-4
DIN EN 60249 NEMA LI-1 MIL-S-13949
Nenndicke Normal Eng Klasse 1 Klasse 2 Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Klasse 5
0,5 - ±0,07 - - ±0,06 ±0,05 ±0,04 -0,04 | +0,05
0,8 ±0,15 ±0,09 ±0,17 ±0,10 ±0,17 ±0,10 ±0,08 -0,08 | +0,09
1,0 ±0,17 ±0,11 - - ±0,17 ±0,10 ±0,08 -0,08 | +0,09
1,2 ±0,18 ±0,12 ±0,19 ±0,13 ±0,19 ±0,13 ±0,08 -0,08 | +0,09
1,5 ±0,20 ±0,14 ±0,19 ±0,13 ±0,19 ±0,13 ±0,08 -0,08 | +0,09
2,0 ±0,23 ±0,15 - - ±0,23 ±0,18 ±0,10 -0,10 | +0,11
2,4 ±0,25 ±0,18 ±0,23 ±0,18 ±0,23 ±0,18 ±0,10 -0,10 | +0,11
3,2 ±0,30 ±0,20 ±0,31 ±0,23 ±0,31 ±0,23 ±0,13 -0,13 | +0,14

Alle Angaben in mm.

Hartpapier FR-2, FR-3, CEM-1
DIN EN 60249 NEMA LI-1 MIL-S-13949
Nenndicke Normal Eng Klasse 1 Klasse 2 Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Klasse 5
0,8 ±0,09 - ±0,11 ±0,08 - - - -
1,0 ±0,11 - - - - - - -
1,2 ±0,12 - ±0,14 ±0,09 - - - -
1,5 ±0,14 - ±0,15 ±0,10 - - - -
2,0 ±0,15 - - - - - - -
2,4 ±0,18 - ±0,18 ±0,13 - - - -
3,2 ±0,20 - ±0,23 ±0,15 - - - -

Alle Angaben in mm.

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