Prepreg-Material für die Herstellung von mehrlagigen Leiterplatten

Prepreg ist das Bindemittel, das aus mehreren Kupferschichten eine mehrlagige Leiterplatte (Multilayer-PCB) formt. Die richtige Auswahl ist eine der wichtigsten und zugleich oft übersehenen Entscheidungen in der Multilayer-Fertigung. Das passende Prepreg füllt die Zwischenräume zwischen den geätzten Kupferschichten, bestimmt den dielektrischen Abstand zur Impedanzkontrolle und verbindet den gesamten Schichtstapel unter Hitze und Druck zu einem porenfreien Laminat. Das falsche Prepreg – oder der falsche Harzanteil für ein bestimmtes Lagenmuster – führt zu Lufteinschlüssen, Delaminationen oder Impedanzfehlern, die erst im Betrieb der Leiterplatte sichtbar werden. Dieser Leitfaden erklärt die Funktionsweise von Kern und Prepreg, die Bedeutung des Harzanteils, die Anforderungen bei Designs mit hoher Lagenzahl und wie die Materialauswahl vor der Produktion überprüft werden kann.

Kern- und Prepreg-Materialien verstehen

Eine mehrlagige Leiterplatte verwendet abwechselnd zwei Materialarten. Der Kern besteht aus einem vollständig ausgehärteten, kupferkaschierten Laminat: einer gehärteten Schicht aus Harz und Glasfasergewebe, auf deren einer oder beiden Seiten Kupfer aufgebracht ist. Dieses Laminat trägt die geätzten Schaltkreise der inneren Lagen. Prepreg – kurz für vorimprägniert – ist Glasfasergewebe, das mit nur teilweise ausgehärtetem Harz imprägniert ist. Es befindet sich im sogenannten B-Zustand, sodass es beim Erhitzen noch flüssig ist und sich verbindet.

Beim Laminieren werden die Prepreg-Folien zwischen die geätzten Kerne gelegt und der gesamte Stapel unter Hitze und Druck verpresst. Das Prepreg-Harz erweicht, fließt in die Zwischenräume um die Kupferleiterbahnen und härtet anschließend vollständig aus, wodurch die Kerne zu einer einzigen, starren Leiterplatte verschmelzen. Die Kerne bilden die stabilen, maßgenauen Leiterbahnlagen; das Prepreg sorgt für die Verbindung und den kontrollierten dielektrischen Abstand zwischen ihnen. Beide müssen aus einem kompatiblen Materialsystem stammen, damit ihre Harzchemie, Glasqualität und ihr thermisches Verhalten übereinstimmen. Die Rolle beider Materialien in modernen Schaltungen wird in unserem [Artikel/Dokumentation] ausführlich beschrieben. Leiterplattenmaterialien mit hoher Lagenzahl Führung und der Versorgungsdruck auf das darunterliegende Laminat in unserem Überblick über den Mangel an Leiterplattenmaterialien.

Harzgehalt und Laminierungsleistung

Die entscheidende Eigenschaft eines Prepregs ist sein Harzgehalt – das Verhältnis von Harz zu Glasfasergewebe, ausgedrückt in Prozent. Der Harzgehalt bestimmt, wie viel Harz während der Laminierung in die Zwischenräume um das Kupfer fließen kann und muss auf das Kupfermuster abgestimmt sein. Eine Schicht mit dickem Kupfer oder breiten Flächen benötigt ein Prepreg mit ausreichend Harz, um die tiefen Hohlräume zwischen den Strukturen zu füllen. Zu wenig Harz führt zu ungefüllten Lücken, zu viel kann übermäßigen Harzfluss, Dickenschwankungen und Harzmangel an anderen Stellen verursachen.

Der Harzgehalt bestimmt auch die Dicke des ausgehärteten Dielektrikums zwischen den Schichten, was die Impedanz direkt beeinflusst. Zwei Prepregs mit gleicher Nominalbezeichnung, aber unterschiedlichem Harzgehalt, ergeben nach dem Pressen unterschiedliche Dicken und somit unterschiedliche Impedanzen. Daher ist die Prepreg-Auswahl Teil der Impedanzberechnung und darf nicht der Fertigung überlassen werden. Ein korrekter Schichtaufbau legt die Prepreg-Konstruktion – Glasart und Harzgehalt – für jede dielektrische Schicht so fest, dass Füllung, Dicke und Impedanz optimal aufeinander abgestimmt sind. Aus diesem Grund ist die Prepreg-Auswahl untrennbar mit der Impedanz- und Materialauswahl verbunden, die in unserem [Referenz] beschrieben wird. Auswahl von Materialien für Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten -Guide.

Anforderungen an Leiterplatten mit hoher Lagenzahl

Bei Leiterplatten mit hoher Lagenzahl werden alle Anforderungen an das Prepreg-Material verstärkt, da die Anzahl der Bondflächen deutlich höher ist und jede einzelne Lage präzise verpresst werden muss, damit die Leiterplatte die Prüfung besteht. Mit dem Anstieg der Lagenanzahl in KI- und Netzwerk-Hardware – KI-Server-Leiterplatten werden voraussichtlich 32 Lagen umfassen, verglichen mit etwa 18 Lagen im Jahr 2023 – sind die Anforderungen an die Toleranzen hinsichtlich Füllung, Dicke und Passgenauigkeit des Prepreg-Materials stark gestiegen. Eine geringe Dickenabweichung pro Lage, die bei einer 8-lagigen Leiterplatte unproblematisch ist, summiert sich bei 32 Lagen zu signifikanten Fehlern in der Gesamtdicke und Impedanz.

Diese Designs spezifizieren in der Regel auch verlustarme Materialsysteme, wobei das Prepreg aus verlustarmem Material bestehen und auf die verlustarmen Kerne abgestimmt sein muss. Häufig werden hierfür glattes HVLP-Kupfer und spezielles Low-Dk-Glas verwendet. Das Prepreg darf nicht aus einem generischen FR-4-Material bestehen, das mit einem verlustarmen Kern kombiniert wird; die Harzsysteme müssen kompatibel sein, um eine zuverlässige Verbindung und die gewünschte elektrische Leistung zu gewährleisten. Hochlagige Schichtaufbauten erfüllen daher gleichzeitig die elektrischen Anforderungen an verlustarmes Material und die mechanischen Anforderungen vieler Schnittstellen. Aus diesem Grund werden sie vor der Fertigung so sorgfältig geprüft. Sie übernehmen auch die Versorgungsspannungsabhängigkeit dieser Eingänge – die gleichen CCL-Mangel und Kupferfolienmangel Die Anforderungen an die Kerne schränken wiederum die Anforderungen an das passende Prepreg ein. Die detaillierteren Materialanforderungen für diese Leiterplatten sind in unserem [Dokument/Artikel] beschrieben. Leiterplattenmaterialien für KI-Server -Guide.

Häufige Laminierungsrisiken

Die meisten Ausfälle von Mehrlagen-Laminaten lassen sich auf einige wenige Laminierungsprobleme zurückführen, wobei die Auswahl des Prepregs eine zentrale Rolle spielt. Lufteinschlüsse entstehen, wenn nicht genügend Harz fließt, um die Zwischenräume um das Kupfer herum zu füllen. Die eingeschlossene Luft schwächt die Verbindung und kann bei Temperaturwechselbeanspruchung zum Versagen führen. Delamination – die Trennung zwischen den Lagen – resultiert aus einer mangelhaften Harz-Kern-Verbindung, häufig aufgrund inkompatibler Materialsysteme oder verunreinigter Oberflächen. Harzmangel, bei dem zu wenig Harz über den Strukturen verbleibt, hinterlässt schwache, spröde Bereiche.

Zwei weitere Risiken skalieren mit der Lagenanzahl. Lagenregistrierungsfehler – Fehlausrichtungen zwischen den geätzten Lagen – nehmen mit der Lagenanzahl und der Dimensionsänderung der Materialien beim Pressvorgang zu und können dazu führen, dass gebohrte Durchkontaktierungen ihre Pads verfehlen. Verzug, die Wölbung der fertigen Leiterplatte, entsteht durch ungleichmäßige Wärmeausdehnung innerhalb des Lagenstapels und durch asymmetrischen Aufbau und erschwert die Montage. Jedes dieser Probleme lässt sich in der Designphase durch die korrekte Auswahl des Prepreg-Harzes, die Kompatibilität von Kern und Prepreg, einen ausgewogenen, symmetrischen Aufbau und einen verifizierten Lagenaufbau vermeiden – weshalb die Materialprüfung weitaus wichtiger ist als jeder Korrekturversuch nach dem Pressvorgang. Diese mechanischen Überlegungen entsprechen denen in unserem Leiterplattenmaterialien mit hoher Lagenzahl -Guide.

Materialverfügbarkeit und Lieferzeit

Die Verfügbarkeit von Prepregs stellt mittlerweile einen eigenständigen Terminengpass dar, da für die Herstellung von Prepregs dieselben Harze, Glasfasergewebe und Laminatmaterialien benötigt werden, deren Verfügbarkeit sich zwischen 2025 und 2026 verknappt hat. Dieselben Spezialharze und Low-Dk-Glasfasern, die die Kernlaminate binden, schränken auch die Verfügbarkeit der passenden Prepregs ein, und beide müssen als kompatibles Set bestellt werden. Die Lieferzeiten im Jahr 2026 spiegeln dies wider: Standard-FR-4-Material hat sich von ehemals 2–3 Wochen auf etwa 6–8 Wochen verlängert, Sorten mit mittleren und niedrigen Verlusten auf 14–18 Wochen und die modernsten Spezialsorten sind nur noch auf Zuteilungsbasis mit 20 Wochen oder mehr erhältlich. Die Verfügbarkeit von Epoxidharz selbst hat sich von etwa 3 Wochen auf bis zu 15 Wochen verlängert.

Die praktische Konsequenz ist, dass Prepreg und Kern gemeinsam und weit vor Produktionsbeginn geplant werden müssen. Die Bestellung eines verlustarmen Kerns ohne das passende verlustarme Prepreg – oder umgekehrt – führt zu einem nicht verpressbaren Lagenaufbau. Materialbestellungen für verlustarme Systeme erfolgen zunehmend 16–20 Wochen im Voraus. Bei Programmen mit vielen Lagen, die auf Spezialqualitäten angewiesen sind, sollte die Materiallieferzeit und nicht die Fertigungswarteschlange als verbindlicher Terminplanpunkt gelten. Die vollständigen Lieferzeiten sind in unserem [Produktbeschreibung] dargestellt. Lieferzeit für Leiterplattenlaminate -Guide.

Prüfprozess vor der Produktion

Die Zuverlässigkeit einer Multilayer-Leiterplatte wird im Rahmen der Stack-up-Prüfung sichergestellt, bevor Material bestellt wird. Die Prüfung bestätigt, dass jede dielektrische Schicht aus einem Prepreg mit dem korrekten Harzanteil für die darüberliegende Kupferstruktur besteht; dass Kern und Prepreg aus einem kompatiblen Materialsystem stammen; dass die Gesamtdicke und die dielektrischen Schichtdicken pro Lage die Zielimpedanz ergeben; und dass der Aufbau symmetrisch ist, um Verzug zu vermeiden. Außerdem wird die Materialverfügbarkeit geprüft – ob der spezifizierte Kern und das passende Prepreg innerhalb des Projektzeitraums tatsächlich verfügbar sind und ob ein gleichwertiges Material existiert, falls eine bestimmte Güteklasse nicht verfügbar ist.

In dieser Überprüfung werden Überspezifikationen erkannt und korrigiert. Dies ist wichtig, da ein Großteil der Kosten und Risiken einer Leiterplatte bereits in der Designphase festgelegt wird – Schätzungen zufolge sind bis zu 80 % der Leiterplattenkosten vor Produktionsbeginn bestimmt. Die Verwendung eines verlustarmen Prepreg-Systems, obwohl ein FR-4 mit hoher Glasübergangstemperatur (Tg) ausreichen würde, oder die Festlegung einer engeren Toleranz für den Harzgehalt als im Design erforderlich, führt zu höheren Kosten und einem erhöhten Ressourcenrisiko. Highleap Electronics führt für jedes Multilayer-Projekt eine bestätigte Lagenaufbauberechnung und eine Prüfung der Materialverfügbarkeit durch. So werden Prepreg und Kern gemeinsam anhand der elektrischen Zielvorgaben und der tatsächlichen Verfügbarkeit verifiziert, bevor die Bestellung aufgegeben wird.

Bewährte Verfahren für eine zuverlässige Fertigung

Einige bewährte Verfahren entscheiden zuverlässig über die Zuverlässigkeit von Multilayer-Programmen. Kern und Prepreg sollten als einheitliches Materialsystem verwendet werden, anstatt verschiedene Qualitäten zu mischen, um eine optimale Abstimmung von Harzchemie und thermischem Verhalten zu gewährleisten. Der Harzanteil pro Lage sollte dem Kupfermuster angepasst werden, anstatt ein Prepreg mit unterschiedlichen Kupfergewichten gleichmäßig auf einen Stapel aufzutragen. Ein symmetrischer Aufbau minimiert den Verzug, insbesondere bei Leiterplatten mit hoher Lagenzahl. Verlustarme und Spezialqualitäten sollten nur dort eingesetzt werden, wo die Signalrate dies erfordert. Ein Hybrid-Stack-Up beschränkt hochwertiges Material – und damit das Risiko der Materialverteilung – auf die kritischen Lagen.

Auf der Angebotsseite sollten Kernmaterial und Prepreg gemeinsam geplant, Materialzusagen weit im Voraus des Produktionsbedarfs getroffen, ein zweites kompatibles Materialsystem für jede begrenzte Güteklasse qualifiziert und eine rollierende Prognose bereitgestellt werden, damit Verarbeiter ihre Zuteilung an die tatsächliche Nachfrage anpassen können. Prepreg als speziell entwickeltes, angebotsbeschränktes Material – und nicht als generische Klebefolie – zu behandeln, ist der Schlüssel, um ein mehrlagiges Programm im Markt von 2026 termingerecht und zuverlässig zu gestalten.

Lassen Sie eine Lagenüberprüfung für Ihre mehrlagige Leiterplatte durchführen.

Highleap Electronics ist ein Hersteller und Bestücker von Leiterplatten. Leiterplattenherstellung und mehrschichtige Leiterplatte In unseren Programmen überprüfen wir gemeinsam die Paarung von Kern und Prepreg, den Harzgehalt, die Impedanz und die Materialverfügbarkeit, damit eine Mehrschichtplatte so konstruiert wird, dass sie sich beim ersten Mal zuverlässig laminieren lässt.

Häufig gestellte Fragen zu Prepreg-Materialien

Was ist der Unterschied zwischen Core und Prepreg?

Der Kern besteht aus einem vollständig ausgehärteten, kupferkaschierten Laminat mit geätzten Innenschichten. Das Prepreg ist ein mit teilweise ausgehärtetem Harz (B-Phase) imprägniertes Glasfasergewebe, das beim Erhitzen fließt und sich verbindet. Dadurch werden die Kerne während des Laminierens zu einer einzigen Platine verschmolzen. Die Kerne bilden stabile Leiterbahnschichten; das Prepreg sorgt für die Verbindung und den dielektrischen Abstand zwischen ihnen.

Warum ist der Harzgehalt von Prepreg-Produkten wichtig?

Der Harzgehalt bestimmt, wie viel Harz während der Laminierung um das Kupfer fließt und somit die Dicke des ausgehärteten Dielektrikums zwischen den Schichten. Er muss dem Kupfermuster entsprechen – zu wenig Harz führt zu Hohlräumen, zu viel zu Dickenschwankungen – und beeinflusst durch die Kontrolle der Dielektrikumdicke direkt die Impedanz.

Kann ich jedes Prepreg mit jedem Core kombinieren?

Nein. Kern und Prepreg sollten aus einem kompatiblen Materialsystem stammen, damit ihre Harzchemie, Glasfaserqualität und ihr thermisches Verhalten übereinstimmen. Die Kombination eines verlustarmen Kerns mit einem herkömmlichen FR-4-Prepreg birgt das Risiko schlechter Haftung, Delamination und unzureichender elektrischer Eigenschaften.

Was sind die häufigsten Laminierungsfehler?

Lufteinschlüsse durch unzureichenden Harzfluss, Delaminationen durch mangelhafte Harz-Kern-Verbindung, Harzmangel durch zu geringe Harzzufuhr über Strukturen, Schicht-zu-Schicht-Passgenauigkeitsfehler, die mit der Schichtanzahl zunehmen, und Verzug durch ungleiche Wärmeausdehnung oder asymmetrischen Aufbau – die meisten dieser Probleme lassen sich durch die korrekte Auswahl des Prepregs und einen geprüften Schichtaufbau vermeiden.

Wie wirkt sich Prepreg auf die Lieferzeit im Jahr 2026 aus?

Prepreg greift auf die gleichen begrenzten Harz- und Glasfasergewebevorräte wie das Kernlaminat zurück und muss daher als zusammenpassendes Set bestellt werden. Standard-FR-4-Material hat eine Lieferzeit von ca. 6–8 Wochen, für Sorten mit mittleren und geringen Verlusten von 14–18 Wochen und für hochentwickelte Spezialsorten von über 20 Wochen. Daher sollten Kernlaminat und Prepreg gemeinsam geplant und rechtzeitig vor Produktionsbeginn bestellt werden.