Kupferkaschierte Leiterplatten (kupferkaschiertes Laminat): Was sie sind, Arten und wie Leiterplatten daraus hergestellt werden

Eine kupferkaschierte Leiterplatte, auch Kupferlaminat (CCL) genannt, ist das Ausgangsmaterial für jede starre Leiterplatte: eine isolierende Trägerfolie, auf die ein oder beide Seiten Kupferfolie aufgebracht ist. Durch Wegätzen des überschüssigen Kupfers entsteht die eigentliche Schaltung. Um zu verstehen, was CCL ist – seine Qualitäten, Kupfergewichte und die Herstellung einer fertigen Leiterplatte –, versteht man, was eine Leiterplatte eigentlich ist. Dieser Leitfaden erklärt Kupferlaminat, seine Typen, die Spezifizierung des Kupfergewichts und wie Highleap Electronics aus CCL fertige Leiterplatten fertigt.

1. Was ist eine kupferkaschierte Leiterplatte (CCL)?

Eine kupferkaschierte Leiterplatte bildet das Basismaterial einer Leiterplatte: ein isolierendes Substrat – typischerweise glasfaserverstärktes Epoxidharz – mit einer dünnen Kupferfolie, die auf eine oder beide Seiten laminiert ist. Sie ist der Rohling, aus dem eine Schaltung aufgebaut wird; das Kupfer ist der Leiter und das Substrat der Isolator, der alle Komponenten zusammenhält. Bevor Leiterbahnen vorhanden sind, ist die Leiterplatte lediglich eine vollständig mit Kupfer beschichtete Platte.

Das Laminat entsteht durch das Verpressen von Kupferfolie auf das ausgehärtete (oder im Aushärtungsprozess befindliche) Harz- und Verstärkungssubstrat unter Hitze und Druck, wodurch eine starre Schicht entsteht. Die Kupferdicke, die Substratart und die Substratdicke werden entsprechend den Anforderungen der Leiterplatte ausgewählt. Dies ist die Grundlage. PCB-LaminatmaterialDie Art und Weise ihrer Herstellung – Folie, Harz, Verstärkung – wird in diesem Artikel detailliert beschrieben. PCB-Laminatkonstruktion.

2. Arten von kupferkaschierten Laminaten: FR-4, CEM, Metallkern und mehr

Kupferkaschierte Laminate (CCL) gibt es in verschiedenen Ausführungen, die sich durch ihr Substrat unterscheiden: FR-4 (glasfaserverstärktes Epoxidharz, der Standard), CEM-Typen (Verbundepoxidharz), Hochfrequenzlaminate (PTFE und keramikgefüllt) und Metallkernlaminate (Kupferfolie auf einem Aluminium- oder Kupferträger). Das Substrat bestimmt die elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften der Leiterplatte, daher richtet sich der CCL-Typ nach der Anwendung.

FR-4 deckt den Großteil der Anwendungen ab; andere Leiterbahnen werden dann gewählt, wenn ihre spezifischen Vorteile – höhere Temperaturbeständigkeit, geringe HF-Verluste oder starke Wärmeleitfähigkeit – erforderlich sind. Metallkern-CCL dient beispielsweise als Grundlage für LED- und Leistungsplatinen. Leiterplatten mit Aluminiumsubstrat, während für HF-Designs die Hochfrequenz-Typen verwendet werden. Die Auswahl zwischen ihnen ist die Leiterplattenmaterial Eine Entscheidung, die den gesamten Vorstand prägt.

3. Kupfergewicht in CCL: 1 oz, 2 oz und was es bedeutet

Das Kupfergewicht beschreibt die Dicke der Kupferfolie auf dem Laminat und wird in Unzen pro Quadratfuß angegeben – 1 Unze Kupfer entspricht etwa 35 Mikrometern, 2 Unzen etwa 70 Mikrometern. Diese Konvention ist zwar altbewährt, aber die Grundidee ist einfach: Mehr Kupfergewicht bedeutet dickeres Kupfer, das mehr Strom leitet und mehr Wärme ableitet, allerdings auf Kosten der Genauigkeit beim Ätzen feiner Strukturen. Gängige Gewichte:

• 0.5 g (~17.5 µm) — wird für innere Schichten und für Feinlinienarbeiten verwendet.
• 1 g (~35 µm) — der Standard für typische äußere Schichten.
• 2 g (~70 µm) — für Platinen mit höherer Stromstärke und Leistung.
• 3 Unzen und mehr (~105 µm+) — dickes Kupfer für Hochstrom- und Wärmeanwendungen.

Die Wahl ist ein Kompromiss: Dickeres Kupfer leitet zwar mehr Strom bei gleicher Breite, lässt sich aber schwieriger in sehr feine Leiterbahnen ätzen. Daher werden für Hochstrom- und Signalplatinen oft unterschiedliche Kupferstärken verwendet. Diese Logik der Kupferstärke bestimmt auch die Strombelastbarkeit und die Verwendung von dickerem Kupfer und wird zusammen mit dem Laminattyp spezifiziert. Bei Platinen, die hohe Ströme übertragen, bildet ein Laminat mit höherer Kaschierung die Grundlage für eine hohe Stromstärke. thermisch leistungsfähige Konstruktion.

4. Wie eine Leiterplatte aus kupferkaschiertem Laminat hergestellt wird

Eine Leiterplatte wird aus kupferkaschiertem Laminat hergestellt, indem das Schaltungsmuster auf das Kupfer abgebildet, das überschüssige Kupfer weggeätzt wird, um die Leiterbahnen freizulegen, und anschließend gebohrt, galvanisiert, Lötstopplack aufgetragen und die Endbearbeitung durchgeführt wird. Das kupferkaschierte Laminat dient als Grundlage, und die Fertigung ist der subtraktive Prozess, der die Schaltung sichtbar macht. Der Kernablauf:

• Stell dir das Muster vor. Um das Kupfer zu schützen, das zu Leiterbahnen werden soll, wird ein Resist aufgetragen und strukturiert (oft durch Fotoabbildung).
• Ätzen. Das freiliegende, ungeschützte Kupfer wird chemisch weggeätzt, sodass die Leiterbahnen auf dem Substrat zurückbleiben.
• Bohren und Platten. Es werden Löcher gebohrt und durchplattiert, um die Schichten zu verbinden und so die Verbindung herzustellen.
• Fertig stellen. Um das Kupfer zu schützen und es für die Montage vorzubereiten, werden Lötstopplack, Siebdruck und eine Oberflächenveredelung aufgebracht.

Bei Multilayer-Leiterplatten werden mehrere geätzte, kupferkaschierte Kerne und Prepreg-Lagen übereinander laminiert, wobei dieses Prinzip über mehrere Lagen wiederholt wird. Das Kupfergewicht und das Substrat des Ausgangslaminats bestimmen die Möglichkeiten beim Ätzen und die Leistungsfähigkeit. Daher steht die Auswahl des Kupferkaschierten Kerns (CCL) an erster Stelle – alles in Leiterplattenherstellung baut auf diesem Grundmaterial auf.

5. Wie man das richtige kupferkaschierte Laminat auswählt

Wählen Sie kupferkaschiertes Laminat, indem Sie das Substrat an Ihre elektrischen, thermischen und Zuverlässigkeitsanforderungen und das Kupfergewicht an Ihre Strom- und Wärmeanforderungen anpassen. FR-4 mit 1 oz Kupfer deckt die meisten Leiterplatten ab; Speziallaminate werden nur dort eingesetzt, wo ihre Vorteile benötigt werden. Eine höhere Kupferbelegung als im Design erforderlich verursacht zusätzliche Kosten; eine geringere Belegung birgt Risiken für Leistung oder Zuverlässigkeit. Die Entscheidungskriterien:

• Elektrischer Bedarf. Hochfrequente oder Hochgeschwindigkeitssignale deuten auf verlustarme Laminate hin; allgemeine digitale und analoge Arbeiten sind auf FR-4 gut möglich.
• Thermische Anforderungen. Bei hohen Temperaturen oder hoher Leistung eignen sich Laminate mit hoher Glasübergangstemperatur (Tg) oder Metallkern zur Temperaturregulierung.
• Kupfergewicht. Die Materialstärke muss auf Stromstärke und Wärmeentwicklung abgestimmt sein – schwerer für höhere Leistung, Standard für bessere Signale – wobei ein Gleichgewicht mit der Feinstrukturierung der Ätzung gefunden werden muss.
• Kosten und Verfügbarkeit. Standardmäßige FR-4- und Kupfergewichte sind die wirtschaftlichste und am einfachsten erhältliche Option, wie bereits erläutert wurde. Auswahl des besten kupferkaschierten Laminats.

Da das Laminat die Grundlage für alles bildet, sollte diese Wahl am besten mit Ihrem Hersteller abgestimmt werden, idealerweise im Rahmen einer Fertigungsprüfung, damit Material, Kupfergewicht und Lagenaufbau sowohl zum Design als auch zum Fertigungsprozess passen, bevor eine Platine hergestellt wird.

6. Wie Highleap CCL für Ihre Boards auswählt und verarbeitet

Highleap wählt das kupferkaschierte Laminat und das Kupfergewicht passend zu den elektrischen, thermischen und Zuverlässigkeitsanforderungen Ihrer Leiterplatte aus und verarbeitet diese anschließend durch Belichtungsprozesse, Ätzen, Bohren, Galvanisieren und Veredeln zu einer kompletten Leiterplatte. Die Materialwahl erfolgt nach technischen Gesichtspunkten: Standard-FR-4, wo es geeignet ist, und Laminate mit hoher Glasübergangstemperatur (Tg), hoher Frequenz oder Metallkern, wo dies für das Design erforderlich ist. Dabei greift Highleap auf ein breites Spektrum an Materialien zurück. Laminatmaterialien.

Da das Basislaminat die Leistungsfähigkeit der fertigen Leiterplatte bestimmt, stellt eine Fertigungsprüfung sicher, dass Material, Kupfergewicht und Lagenaufbau vor der Herstellung korrekt sind. So werden Abweichungen vermieden, die erst nach der Fertigung der Leiterplatte entdeckt werden. Highleap deckt dies innerhalb von Leiterplattenherstellung und unterstützt das bestückte Board durch schlüsselfertige MontageWenn Sie ein Angebot anfordern, geben Sie bitte den Laminattyp (oder Ihre Anforderungen an elektrische Eigenschaften, Wärmeleitfähigkeit und Glasübergangstemperatur), das Kupfergewicht und die Anzahl der Lagen an, damit das richtige Basismaterial verwendet werden kann.

7. Häufig gestellte Fragen zu kupferkaschierten Platinen

Worin besteht der Unterschied zwischen einer kupferkaschierten Platine und einer Leiterplatte (PCB)?

Eine kupferkaschierte Leiterplatte (CCL) ist das rohe, vollständig mit Kupfer bedeckte Laminat vor dem Bestücken mit Schaltkreisen. Eine Leiterplatte (PCB) entsteht, nachdem das überschüssige Kupfer weggeätzt und Bohren, Galvanisieren, Maskieren und die Oberflächenbehandlung durchgeführt wurden. Die CCL ist das Ausgangsmaterial für die Leiterplatte.

Was ist FR-4 kupferkaschiertes Laminat?

FR-4 CCL ist das Standard-Basismaterial für Leiterplatten: ein glasfaserverstärktes Epoxidsubstrat mit ein- oder beidseitig aufgebrachter Kupferfolie. Dank seines ausgewogenen Verhältnisses von Kosten, Festigkeit und elektrischen Eigenschaften wird es für die meisten starren Leiterplatten verwendet.

Was bedeutet 1 Unze Kupfer auf einer plattierten Leiterplatte?

Die Angabe beschreibt die Dicke der Kupferfolie – etwa 35 Mikrometer (0.035 mm) – und bezieht sich auf das Gewicht pro Quadratfuß. 2 Unzen entsprechen etwa 70 Mikrometern. Dickeres Kupfer leitet mehr Strom, lässt sich aber schwieriger in feine Leiterbahnen ätzen.

Kann man zu Hause eine Leiterplatte aus kupferkaschiertem Platin herstellen?

Einfache ein- oder doppelseitige Platinen lassen sich aus kupferkaschiertem Laminat durch Strukturieren mit einem Ätzresist herstellen. Mehrlagige Platinen, feine Strukturen, durchkontaktierte Löcher und zuverlässige Oberflächen erfordern jedoch eine professionelle Fertigung. Das Ätzen zu Hause eignet sich nur für einfache Prototypen.

Was ist der Unterschied zwischen einseitig und doppelseitig kupferkaschierten Platinen?

Einseitiges CCL hat Kupfer auf einer Seite, doppelseitiges auf beiden. Doppelseitiges Material ermöglicht Schaltungen und durchkontaktierte Löcher auf beiden Seiten und unterstützt somit komplexere Leiterbahnführungen als einseitiges Material.

Beeinträchtigt die kupferkaschierte Laminatschicht die Signalqualität?

Ja – die dielektrischen Eigenschaften des Substrats beeinflussen Impedanz und Verluste. Deshalb werden für Hochfrequenzplatinen spezielle verlustarme Laminate anstelle des Standard-FR-4 verwendet. Das Basismaterial ist ein Schlüsselfaktor für das elektrische Verhalten einer Platine.