KB-6167 Leiterplattenmaterial: Technische Spezifikationen, Eigenschaften & Designleitfaden

Einführung

KB-6167 PCB-Material ist ein FR-4-Laminat mit hoher Glasübergangstemperatur (Tg, 175 °C) und niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten. Es wurde speziell für die Herstellung mehrlagiger Leiterplatten entwickelt , die bleifreie Montagekompatibilität und langfristige thermische Stabilität erfordern. Das von Kingboard Laminates entwickelte, phenolharzvernetzende Epoxidharzsystem mit anorganischen Füllstoffen bietet stabile dielektrische Eigenschaften auch nach wiederholten Temperaturzyklen und eignet sich daher für Anwendungen in der Automobil-, Telekommunikations- und Industriebranche, bei denen Dimensionsstabilität entscheidend ist. Das vollständige Datenblatt und die Spezifikationen für KB-6167 finden Sie unten.

KB-6167 Materialübersicht

KB-6167 ist ein Hochleistungs-FR-4-Laminat, das die Spezifikationen der IPC-4101E/126 erfüllt. Es basiert auf einem multifunktionalen, phenolharzvernetzten Epoxidharzsystem, das mit E-Glasgewebe verstärkt und mit anorganischen Füllstoffen für verbesserte Wärmeleistung angereichert ist. Das Material ist unter der UL-Registrierungsnummer E123995 anerkannt.

Zusammenfassung der wichtigsten Spezifikationen

Der Dk-Wert von 4.5 bei 1 MHz beeinflusst Impedanzberechnungen in Schaltungen mit kontrollierter Impedanz direkt. Ingenieure sollten bei der Auslegung von Leiterbahnbreiten und Lagenaufbauten den vom Hersteller angegebenen Dk-Wert anstelle allgemeiner Annahmen für FR-4 verwenden. Die Glasübergangstemperatur (Tg) von 175 °C zeigt an, dass das Material auch bei standardmäßigen bleifreien Reflow-Lötprozessen mit Spitzentemperaturen von 245–260 °C formstabil bleibt.

KB-6167 Elektrische und thermische Eigenschaften

Das Verständnis des Verhaltens des Leiterplattenmaterials KB-6167 unter elektrischer und thermischer Belastung hilft Ingenieuren, in den Entwurfs- und Layoutphasen fundierte Entscheidungen zu treffen.

Dielektrizitätskonstante (Dk) und Impedanzkontrolle

KB-6167 weist bei 1 MHz einen Dk-Wert von ca. 4.5 auf, der je nach Harzanteil und Glasart im Bereich von 1–10 GHz zwischen 3.9 und 4.7 variiert. Bei Designs mit kontrollierter Impedanz muss die Frequenzabhängigkeit des Dk-Werts bei der Berechnung des Schichtaufbaus berücksichtigt werden. Prepregs mit höherem Harzanteil (70–76 %) führen zu niedrigeren Dk-Werten, wodurch die erforderliche Leiterbahnbreite für die angestrebten Impedanzen reduziert werden kann.

Verlustfaktor (Df) und Signalintegrität

Der typische Df-Wert von 0.016–0.018 bei 1 GHz ist für die meisten digitalen Schaltungen unterhalb von 3 GHz akzeptabel. Bei Hochgeschwindigkeits-SerDes-Verbindungen über 10 Gbit/s sollten die Einfügungsdämpfungsbudgets anhand tatsächlicher frequenzabhängiger Df-Daten überprüft werden. Bei höheren Frequenzen steigt der Df-Wert, was die Signaldämpfung bei langen Leiterbahnen beeinflusst.

Thermische Zuverlässigkeitsparameter

Die Glasübergangstemperatur (Tg) von 175 °C gewährleistet die Dimensionsstabilität des Materials auch nach mehreren bleifreien Reflow-Zyklen. Die Zersetzungstemperatur (Td) von 357 °C bietet einen signifikanten Sicherheitsspielraum vor Beginn der thermischen Zersetzung – entscheidend für Leiterplatten, die mehrere Lötvorgänge oder Nacharbeiten erfordern. Die Werte für T-260 und T-288 von 50 bzw. 30 Minuten weisen auf eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Delamination unter anhaltender thermischer Belastung hin.

CTE und Via-Zuverlässigkeit

Ein Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) von 46 ppm/°C in Z-Richtung (Alpha 1, unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg) in Kombination mit einer Gesamtausdehnung in Z-Richtung von 2.8 % (50–260 °C) ermöglicht zuverlässige durchkontaktierte Loch- und Via-Strukturen. Der niedrige CTE reduziert das Risiko von Rissen in Leiterbahnen mit hoher Lagenzahl und verbessert die Zuverlässigkeit der Verbindungen bei Temperaturwechselbeanspruchung.

KB-6167 Herstellbarkeit und Prozesskompatibilität

Das Leiterplattenmaterial KB-6167 lässt sich in Standard-FR-4-Fertigungsabläufe integrieren und erfüllt gleichzeitig fortgeschrittene Fertigungsanforderungen.

Parameter des Laminierungsprozesses

Für die Laminierung des Prepregs KB-6067F werden folgende Bedingungen empfohlen: Aufheizrate 1.5–2.5 °C/min (80–140 °C), Aushärtungszeit von mindestens 60 Minuten bei über 190 °C und Aushärtungsdruck von 350 ± 50 PSI. Das Prepreg muss bei maximal 50 % relativer Luftfeuchtigkeit und 23 °C oder im Kühlschrank bei 5 °C gelagert werden. Vor der Verwendung sollte das Prepreg mindestens 4 Stunden bei Raumtemperatur akklimatisiert werden.

Kompatibilität beim Bohren und Beschichten

KB-6167 lässt sich gut mit Standard-Hartmetallbohrern bearbeiten. Das Material ist mit stromloser und elektrolytischer Kupferplattierung kompatibel. Bei Blind- und Buried-Vias minimiert der niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) die Passerverschiebung zwischen den Lagen und unterstützt so feinrasterige HDI-Designs mit lasergebohrten Mikro-Vias.

Oberflächenveredelungsoptionen

Dieses Laminat ist mit allen gängigen Oberflächenveredelungen kompatibel, darunter ENIG, OSP, Immersionszinnung, Immersionssilberung und bleifreies HASL. Eine spezielle Vorbehandlung ist nicht erforderlich. Die geringe Feuchtigkeitsaufnahme (typischerweise 0.15–0.25 %) gewährleistet eine stabile Haftung der Oberflächenveredelung.

DFM-Richtlinien für KB-6167

KB-6167 Typische Anwendungen

Aufgrund seiner thermischen und elektrischen Eigenschaften eignet sich das Leiterplattenmaterial KB-6167 für Anwendungen, die Bleifreiheit und Beständigkeit gegen mehrfache thermische Belastung erfordern.

Hochlagige Multilayer-Leiterplatten

Der niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient in Z-Richtung und die hohe Glasübergangstemperatur ermöglichen zuverlässige Aufbauten mit 12 bis über 20 Lagen. Die Dimensionsstabilität während des Laminierens minimiert die Abweichung zwischen den Lagen, was für hochdichte Verbindungsdesigns entscheidend ist.

Automotive Electronics

KB-6167 erfüllt die Anforderungen an die Temperaturwechselbeständigkeit für Motorraum- und Karosseriesteuergeräte. Die CAF-Beständigkeit von ≥1000 Stunden bei 85 °C/85 % relativer Luftfeuchtigkeit gewährleistet die langfristige Zuverlässigkeit in Fahrzeugumgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit. Für die Produktionsqualifizierung wird die Prozessverifizierung nach IATF 16949 empfohlen.

Telekommunikationsinfrastrukturausrüstung

Backplane- und Linecard-Anwendungen profitieren von der temperaturstabilen Diffusionskoeffizienten (Dk) des Materials. Die Kombination aus Glasübergangstemperatur (Tg) von 175 °C und niedrigem Diffusionskoeffizienten (Df) unterstützt Leistungsverstärker für Basisstationen und Switch-Fabric-Boards, die in Außengehäusen betrieben werden.

Industrielle Steuerungssysteme

Netzteilmodule, Motorantriebe und SPS-Platinen nutzen KB-6167 aufgrund seiner Wärmebeständigkeit und mechanischen Festigkeit. Eine Biegefestigkeit von über 450 N/mm² (in Füllrichtung) verhindert ein Verziehen der Platine unter der Belastung beim Bestücken mit Bauteilen.

Server- und Rechenplattformen

Hochwertige Server-Motherboards und Speichermodule verwenden KB-6167 aufgrund seines ausgewogenen Verhältnisses von Leistung und Kosten. Das Material ermöglicht die Montage von BGA/LGA-Gehäusen mit zuverlässigen Durchkontaktierungen auch bei wiederholten Temperaturzyklen.

KB-6167 Vergleich mit gängigen Substraten

Die Auswahl des richtigen Laminats erfordert ein Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Leistung, Kosten und Herstellbarkeit.

Vergleichstabelle

Wann man KB-6167 gegenüber Alternativen wählen sollte

Wählen Sie KB-6167, wenn Ihre Designs bleifreie Kompatibilität, mehrere Reflow-Zyklen oder den Betrieb bei erhöhten Umgebungstemperaturen erfordern – aber nicht die extrem geringen Verluste von PTFE- oder keramikgefüllten Laminaten benötigen. Für HF-Frontend-Module über 6 GHz sind spezielle verlustarme Laminate oder gleichwertige verlustarme Materialien weiterhin geeignet. Für Hochleistungs-LED- oder IGBT-Anwendungen mit Wärmeableitung sind Metallkernsubstrate besser geeignet.

KB-6167 Checkliste für Design und Verifizierung

Ein strukturierter Ansatz zur Designvalidierung reduziert das Risiko und beschleunigt die Produktionsfreigabe.

Impedanzberechnungsreferenz

Verwenden Sie die vom Hersteller im Datenblatt angegebenen Dk-Werte anstelle allgemeiner Annahmen. Für KB-6167 bei 1 GHz liegt der Dk-Wert je nach Prepreg-Typ und Harzanteil zwischen 3.9 und 4.7. Fordern Sie bei Ihrem Verarbeiter Unterstützung bei der Stapelsimulation an, wenn Sie eine Impedanztoleranz von ±10 % anstreben.

Empfohlene Stapelpraxis

Bei 8-lagigen Designs empfiehlt sich ein symmetrischer Schichtaufbau mit 7628- oder 2116-Glasfasern für die äußeren Lagen und 1080- oder 106-Hochleistungs-Prepregs für die dünnen dielektrischen Schichten. Zielimpedanzen, Schichtdicken der dielektrischen Schichten und Kupfergewichte sind in den Fertigungsunterlagen zu dokumentieren.

Überlegungen zum Wärmemanagement

Platzieren Sie wärmeempfindliche Bauteile nicht in der Nähe von Leiterplattenrändern, wo sich Spannungen aufgrund von Wärmeausdehnungsunterschieden konzentrieren. Bei BGA-Gehäusen mit mehr als 400 Pins überprüfen Sie die Zuverlässigkeit der Durchkontaktierungen mittels Querschnittsanalyse an Erstmustern. Erwägen Sie thermische Durchkontaktierungen unter Leistungsbauteilen, um die Wärme entlang der Z-Achse zu verteilen.

Verifizierungs-Workflow

Die empfohlene Validierungssequenz: (1) Prototypenbau mit 3–5 Paneelen, (2) Erstmusterprüfung einschließlich Querschnitts- und Impedanzprüfung, (3) Temperaturwechselprüfung gemäß IPC-TM-650 2.6.7.2 oder gleichwertig, (4) Prüfung des Oberflächenisolationswiderstands (SIR) falls erforderlich, und (5) Produktionsfreigabe mit definierten Eingangsprüfkriterien.

Praktische Empfehlung

Fordern Sie vor der Serienproduktion Fotos vom laufenden Produktionsprozess und Musterprüfberichte von Ihrem Hersteller an. Dies gewährleistet Transparenz bei der Prozesskontrolle und verringert das Risiko von Überraschungen bei der Endabnahme.

KB-6167 Qualität & Zuverlässigkeit

Zuverlässigkeitsprüfungen bestätigen, dass das Leiterplattenmaterial KB-6167 die anwendungsspezifischen Lebensdaueranforderungen erfüllt.

Standard-Zuverlässigkeitstests

Diese Tests bilden die Bedingungen in der realen Welt direkt ab: T-288 validiert das Überleben des bleifreien Reflow-Lötens, der CAF-Widerstand sagt die Lebensdauer der elektrochemischen Migration voraus, und die Feuchtigkeitsaufnahme beeinflusst die langfristige Zuverlässigkeit der Isolierung in feuchten Umgebungen.

Zertifizierungen und Konformität

KB-6167 ist gemäß E123995 nach UL anerkannt und hat die Brennbarkeitsklasse V-0. Das Material entspricht den RoHS- und REACH-Vorschriften. Für Anwendungen im Automobilbereich sollten Verarbeiter eine IATF-16949-Prozesszertifizierung vorlegen, anstatt sich ausschließlich auf die Materialkonformität zu verlassen.

KB-6167 Beschaffung & Lieferzeit

Eine effiziente Beschaffung reduziert Projektverzögerungen und gewährleistet eine gleichbleibende Materialqualität.

Überlegungen zur Bestellung

Standardplattengrößen für Laminate sind 37″×49″, 41″×49″ und 43″×49″, größere Formate sind auf Anfrage erhältlich. Die Kupferkaschierung ist in Stärken von 1/3 oz bis 6 oz erhältlich, sowohl in RTF- (umgekehrt behandelter Folie) als auch in HTE-Ausführung. Zu den Prepreg-Typen gehören 106, 1080, 2116, 1506, 7628 und weitere mit einem Harzanteil von 42 % bis 76 %.

Lieferzeitprognose

Prototypen (1–5 Paneele) werden üblicherweise innerhalb von 2–3 Wochen von etablierten Lieferanten versandt. Für die Serienproduktion sind Vorlaufzeiten von 4–6 Wochen erforderlich, abhängig von der Laminatdicke und den Spezifikationen für das Kupfergewicht. Halten Sie für kritische Projekte einen Sicherheitsbestand bereit, um Produktionsausfälle zu vermeiden.

Checkliste für die Wareneingangskontrolle

Bitte fordern und prüfen Sie: Konformitätsbescheinigung (CoC) mit Chargenrückverfolgbarkeit, UL-Anerkennungsdokumentation, RoHS/REACH-Konformitätserklärungen und, falls verfügbar, Dk/Df-Daten bei Betriebsfrequenz. Für kritische Anwendungen fordern Sie bitte Impedanzmesscoupons und Querschnittsberichte zusammen mit den Erstmusterlieferungen an.

Musteranfragevorlage

Bei der Anforderung von Mustern oder Angeboten geben Sie bitte Folgendes an: Laminatdicke und -toleranz, Kupfergewicht, Plattengröße, Oberflächenbeschaffenheit, Impedanzanforderungen (falls vorhanden), IPC-Klasse, Menge und Lieferort. Teilen Sie uns außerdem mit, ob Sie Prüfberichte mit der Lieferung benötigen.

Fazit

KB-6167 PCB-Material bietet die für bleifreie Multilayer-Fertigung erforderliche thermische Zuverlässigkeit und Dimensionsstabilität ohne die höheren Kosten spezieller Hochfrequenzlaminate. Für Designs mit Betriebsfrequenzen unter 6 GHz, die mehrere Reflow-Zyklen, hohe Temperaturen oder eine hohe Belastbarkeit im Automobilbereich erfordern, ist KB-6167 eine praktikable Wahl, die ein optimales Verhältnis von Leistung und Gesamtkosten bietet.

Aus meiner Sicht empfehle ich KB-6167, wenn Standard -FR-4-Materialien die Anforderungen an die Glasübergangstemperatur (Tg) oder die Temperaturwechselbeständigkeit nicht erfüllen, aber extrem verlustarme HF-Substrate nicht erforderlich sind. Die breite Verfügbarkeit, die etablierte Prozesskompatibilität und die günstige Kostenstruktur machen das Material zu einer zuverlässigen Basis für industrielle, Telekommunikations- und Automobil-Mehrschichtdesigns. Für kritische Anwendungen sollten Sie in eine präzise Schichtaufbausimulation und die Erstmusterprüfung investieren, anstatt sich ausschließlich auf Datenblattwerte zu verlassen – die tatsächliche Leistung hängt sowohl von den Materialeigenschaften als auch von der Kontrolle des Fertigungsprozesses ab.

KB-6167 FAQ

Frage 1: Kann KB-6167 für Leiterplatten mit 6 oder mehr Lagen verwendet werden?
Ja. KB-6167 unterstützt Aufbauten mit mehr als 20 Lagen. Der niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient in Z-Richtung (typischerweise 46 ppm/°C) und die hohe Glasübergangstemperatur (175 °C) gewährleisten die Zuverlässigkeit der Durchkontaktierungen und die Dimensionsstabilität auch bei Aufbauten mit hoher Lagenzahl.

Frage 2: Welche Oberflächenveredelungen sind mit KB-6167 kompatibel?
KB-6167 ist mit allen gängigen Oberflächenbehandlungen kompatibel: ENIG, OSP, Immersionszinnung, Immersionssilberung und bleifreiem HASL. Die geringe Feuchtigkeitsaufnahme (typischerweise 0.15 %) gewährleistet eine gleichmäßige Haftung der Oberflächenbehandlung.

Frage 3: Welche maximale Reflow-Temperatur kann KB-6167 aushalten?
Die T-288-Klassifizierung von über 30 Minuten zeigt an, dass das Material bleifreie Reflow-Profile mit Spitzentemperaturen bis zu 260 °C übersteht. Bei Profilen mit einer Spitzentemperatur von 245 °C sind mehrere Reflow-Zyklen ohne Delamination möglich.

Frage 4: Ist KB-6167 für HF- oder Hochfrequenzanwendungen geeignet?
KB-6167 eignet sich gut für Anwendungen unterhalb von 3–6 GHz. Für höhere Frequenzen oder Designs, die einen Df-Wert unter 0.010 erfordern, sollten Sie spezielle verlustarme Laminate wie Isola Astra oder andere verlustarme Laminate in Betracht ziehen.

Frage 5: Welche Prepreg-Optionen stehen für KB-6167-Stackups zur Verfügung?
Das entsprechende Prepreg ist KB-6067F und in den Glasarten 106, 1080, 2116, 1506, 7628 und weiteren erhältlich. Der Harzanteil variiert zwischen 42 % und 76 % und beeinflusst sowohl die Wasserdampfdurchlässigkeit (Dk) als auch die Pressdicke.

Frage 6: Erfüllt KB-6167 die Qualifizierungsanforderungen der Automobilindustrie?
Das Material selbst erfüllt die für Automobilanwendungen typischen thermischen und CAF-Anforderungen. Die endgültige Qualifizierung hängt von der IATF 16949-Prozesszertifizierung auf Herstellerebene und anwendungsspezifischen Prüfungen ab.

Frage 7: Wie groß ist die Dielektrizitätskonstante (Dk) von KB-6167 bei verschiedenen Frequenzen?
Der Dk-Wert liegt je nach Prepreg-Typ und Harzanteil zwischen 4.5 bei 1 MHz und etwa 3.9–4.5 bei 10 GHz. Ein höherer Harzanteil führt zu niedrigeren Dk-Werten.

Frage 8: Kann KB-6167 für HDI-Designs mit Mikro-Vias verwendet werden?
Ja. Das Material ist für das Laserbohren zur Herstellung von Blindvias geeignet. Der niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient ermöglicht zuverlässige Mikrovia-Verbindungen, und das Harzsystem eignet sich für sequentielle Laminierungsprozesse.

Frage 9: Wie lange ist das Prepreg KB-6167 haltbar?
Bei ≤23 °C und ≤50 % relativer Luftfeuchtigkeit lagern, um die Standardhaltbarkeit zu gewährleisten, oder bei 5 °C im Kühlschrank aufbewahren, um die Haltbarkeit zu verlängern. Vor dem Laminieren mindestens 4 Stunden bei Raumtemperatur lagern. Die genauen Verfallsdaten der einzelnen Chargen erfragen Sie bitte beim Lieferanten.

Frage 10: Wie schneidet KB-6167 im Vergleich zu anderen Kingboard-Materialien mit hoher Glasübergangstemperatur (Tg) wie KB-6165 ab?
KB-6167 bietet eine höhere Glasübergangstemperatur (Tg) (175 °C gegenüber 153 °C) und eine bessere CAF-Beständigkeit. Wählen Sie KB-6167 für Anwendungen, die aggressivere Temperaturzyklen oder höhere Betriebstemperaturen erfordern. KB-6165 kann für weniger anspruchsvolle Anwendungen kostengünstiger sein.