PCB-Prepreg und PCB-Kern sind zwei der wichtigsten Materialien in LeiterplattenherstellungSie definieren die Struktur der Leiterplatte, beeinflussen die elektrischen Eigenschaften und gewährleisten die Langlebigkeit der Leiterplatte. Dennoch sind manche Einsteiger im Leiterplattendesign bezüglich dieser beiden Materialien unsicher: Handelt es sich um dasselbe? Können sie austauschbar verwendet werden? Die Antwort lautet ganz klar: Nein. In diesem Artikel erklären wir die Unterschiede zwischen diesen beiden Materialien und gehen detailliert auf PCB-Prepreg und -Core ein.
Was ist PCB-Prepreg?
PCB-Prepreg Prepreg ist ein teilgehärtetes Glasfasergewebe, das mit Harz imprägniert ist und als Isolier- und Haftschicht für mehrlagige Leiterplatten dient. Es wird zwischen Kupferfolie und Leiterbahnen platziert, um elektrische Isolation und strukturelle Festigkeit zu gewährleisten. Man kann es sich wie einen Hamburger vorstellen: Das Prepreg ist der Käse zwischen Brötchen und Schinken. Unter Hitze und Druck fließt das Harz und härtet anschließend aus, wodurch die Schichten miteinander verbunden werden. Besonders wichtig ist, dass sich die chemischen Eigenschaften des Prepregs gezielt verändern lassen, um eine selektive Leitfähigkeit zu erzielen. Das bedeutet, dass einige Bereiche leitfähig sind, während andere isolierend bleiben. Harzgehalt und Faserrichtung des Prepregs bestimmen die mechanischen und elektrischen Eigenschaften und sind daher entscheidend für eine zuverlässige Leiterplattenfertigung und -entwicklung.
Gängige Prepreg-Typen und ihre typischen Eigenschaften
| Prepreg-Typ | Dicke nach der Laminierung (mm) | Typischer Harzgehalt | Typische Anwendungen |
| 1080 | 0.065 – 0.085 mm | Hoch (≈65–68 %) | HDI-Leiterplatten, dünner dielektrischer Abstand, kontrollierte Impedanz, Hochgeschwindigkeitsschichten |
| 2116 | 0.115 – 0.155 mm | Mittel (≈55–60 %) | Standard-Mehrschichtsystem Leiterplattenstapel |
| 7628 | 0.17 – 0.20 mm | Niedrig (≈40–45 %) | Leistungsverteiler, strukturelle Verstärkung, Anforderungen an dickere Dielektrika |
Was ist ein Leiterplattenkern?
Der Leiterplattenkern besteht aus einem vollständig ausgehärteten Glasfaser-Epoxid-Laminat, üblicherweise aus FR4, das beidseitig mit Kupferfolie beschichtet ist. Er dient als starre Basis für die Leiterplatte und sorgt für mechanische Festigkeit, Planheit und Formstabilität. Im Gegensatz zu Prepreg, das nur teilweise ausgehärtet und fließfähig ist, ist der Kern robust, formstabil und verformt sich beim Laminieren nicht. Bei mehrlagigen Leiterplatten trägt der Kern als innere Lage die Leiterbahnen und Stromversorgungsebenen, die mit dem Prepreg verbunden werden. Je nach Leistungsanforderungen kann der Kern auch aus Polyimid für hohe Temperaturbeständigkeit oder aus Hochfrequenzlaminaten wie Rogers für HF-Anwendungen bestehen.
Gängige Leiterplattenkerntypen und ihre Eigenschaften
| Kerntyp | Typische Dicke (mm) | Materialoptionen | Dielektrische Eigenschaften | Typische Anwendungen |
| FR4-Kern | 0.1 / 0.2 / 0.4 / 0.8 / 1.0 / 1.6 | Standard FR4 / High-Tg (Tg170–180) | Dk ≈ 4.2–4.7 / Df ≈ 0.015–0.020 | Allgemeine mehrlagige Leiterplatten, die meisten Unterhaltungselektronikgeräte |
| Polyimidkern | 0.1-0.8 | Polyimid-Laminat | Hohe Temperatur, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient | Automobilindustrie, Industrie, Luft- und Raumfahrt |
| Hochgeschwindigkeitskern | 0.1-0.5 | Megtron 6 / Isola I-Speed / Tachyon 100G | Niedrige Dk-Werte (3.2–3.7), niedrige Df-Werte (≤0.005) | Hochgeschwindigkeits-Digital (PCIe, DDR4/DDR5), Netzwerk |
| HF-/Mikrowellenkern | 0.13-3.2 | Rogers 4350B / 4003C / Taconic / PTFE | Dk 2.2–3.5, ultraniedriger Df | HF-Frontend, Antenne, Kommunikationsplatinen |
| Metallkern (MCPCB) | 1.0–3.2 (Aluminium oder Kupfer) | Aluminium-/Kupfersubstrat | Gute Wärmeleitfähigkeit | LED, Leistungselektronik, Motortreiber |
Wie PCB-Prepreg und Kern in einem PCB-Stack-Up zusammenarbeiten
Bei einer mehrlagigen Leiterplatte werden Prepreg und Kern zu einer einzigen, stabilen Platine laminiert. Dabei erweicht das Prepreg und verbindet sich mit den Kupferschichten und dem Kern, wodurch eine gute Haftung und Isolation entsteht. Durch Pressen und Erhitzen des Stapels (ca. 180 °C) fließt das Harz im Prepreg und härtet aus, wodurch eine einheitliche Struktur entsteht. Nach dem Abkühlen erhält man eine starre Platine mit präzisen dielektrischen Abständen und starker Haftung zwischen den Lagen.
Beispiel für einen 6-lagigen Leiterplattenaufbau:
Prepreg vs. Core: Was sind die Unterschiede?
Hier ein kurzer Überblick über die Unterschiede zwischen PCB-Prepreg und PCB-Kern:
| Aspekt | PCB-Prepreg | PCB-Kern |
| Materialzusammensetzung | Glasfasergewebe mit teilweise ausgehärtetem Harz | Glasfaserlaminat mit vollständig ausgehärtetem Harz |
| Funktion | Verbindet und isoliert Schichten während der Laminierung | Bietet strukturelle Unterstützung und Kupferschichten |
| Aushärtungsphase | Wird beim Laminieren weicher und härtet aus | Bereits vollständig ausgehärtet und fest |
Wesentliche Unterschiede zwischen PCB-Prepreg und Kern:
- Aushärtungsphase
Ein wesentlicher Unterschied zwischen PCB-Prepreg und PCB-Kernmaterial liegt im Aushärtungsprozess. Das Kernmaterial ist vollständig ausgehärtet und hart, während das PCB-Prepreg nur halb ausgehärtet ist. Dieser Unterschied bestimmt das Verhalten der Materialien während der Fertigung.
- Funktion im Leiterplattenaufbau
Der Kern dient als strukturelle Grundlage der Leiterplatten und sorgt für Festigkeit, mechanische Stabilität und interne Kupferschichten zur Signalführung. Das Prepreg hingegen fungiert als Klebe- und Isolierschicht zwischen Kern und Kupferfolien. Es gewährleistet eine starke Verbindung und elektrische Isolation zwischen den Lagen.
- Flexibilität und Anpassung
Da der Kern bereits ausgehärtet ist, sind seine elektrischen und mechanischen Eigenschaften festgelegt. Prepreg ist flexibler – Harztyp, Harzgehalt und Glasfasergewebe können angepasst werden, um die Dielektrizitätskonstante, Dicke und den Harzfluss der Platte feinabzustimmen.
Obwohl Prepreg und Kernmaterial unterschiedliche Funktionen haben und an verschiedenen Positionen im Leiterplattenaufbau platziert werden, weisen sie gemeinsame Materialeigenschaften und Funktionen auf und arbeiten zusammen, um der Leiterplatte strukturelle Integrität und stabile Leistung zu verleihen:
- Sowohl das PCB-Prepreg als auch der Kern bestehen aus mit Harz wie FR4, Polyimid oder anderen Materialien mit hoher Glasübergangstemperatur verstärktem Glasfasergewebe.
- Beide Materialien beeinflussen die dielektrischen Eigenschaften einer Leiterplatte und damit die Signalintegrität und Impedanzkontrolle. Ihre Dielektrizitätskonstante (Dk) und Verlustfaktor (Df) Die einzelnen Lagen müssen sorgfältig aufeinander abgestimmt sein, um eine gleichbleibende elektrische Leistung über alle Schichten der Leiterplatte hinweg zu gewährleisten.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl Prepreg als auch Kernmaterial für die Leiterplattenherstellung unerlässlich sind und gemeinsam eine funktionsfähige und zuverlässige Leiterplatte bilden. Der Kern dient als Grundlage der Leiterplatte, während das Prepreg die Lagen während der Laminierung verbindet und isoliert. Die Wahl der richtigen Kombination gewährleistet die zuverlässige Funktion der Leiterplatte unter elektrischer, thermischer und mechanischer Belastung.
Bei MOKO Technology verwenden wir hochwertige Prepregs und Kerne zur Herstellung robuster Multilayer-Leiterplatten, die internationalen Standards wie IPC-6012 und ISO 9001 entsprechen. Ob Sie Standardprototypen oder High-Speed-Designs benötigen – unser Ingenieurteam unterstützt Sie bei der Auswahl der optimalen Materialien für Ihr Projekt.
Häufig gestellte Fragen zu PCB-Prepreg und Kern
- Worin besteht der Unterschied zwischen Kern und Prepreg bei Leiterplatten?
PCB-Prepreg ist ein halbgehärtetes Glasfasermaterial, das zum Verbinden und Isolieren von Schichten während der Laminierung verwendet wird, während der PCB-Kern ein vollständig ausgehärtetes Laminat mit Kupfer auf beiden Seiten ist, das für mechanische Festigkeit sorgt und die internen Schaltungsschichten bildet.
- Welchen Zweck hat Prepreg bei Leiterplatten?
Prepreg füllt die Lücken zwischen den Kupferschichten, erzeugt eine Isolation, sorgt für eine Verbindung während der Laminierung und kontrolliert den dielektrischen Abstand, der für Impedanz und Signalintegrität erforderlich ist.
- Wie wähle ich das richtige Prepreg für meine Leiterplatte aus?
Es hängt von der Impedanz, den Dickenanforderungen, dem Harzanteil und dem Signaltyp ab. Dünne Prepregs (1080) werden für HDI- oder Hochgeschwindigkeitsschichten verwendet; dickere Prepregs (7628) eignen sich für Leistungsplatinen.
