Ein PCB-Kernmaterial (Core) ist ein konsolidiertes, ausgehärtetes Laminat, das häufig auf einer oder beiden Seiten mit Kupfer versehen ist. Prepreg ist ein Verstärkungsmaterial, das mit teilweise ausgehärtetem Harz imprägniert ist. Beim Laminieren eines Multilayers verbindet Prepreg benachbarte Materialien, füllt Zwischenräume um Kupferstrukturen und wird Teil des Isoliersystems der fertigen Leiterplatte.
Beide werden normalerweise zusammen verwendet. Bei der Auslegung geht es darum, aus ausgehärtetem Laminat, Bonding-Lagen und Kupferlagen einen fertigbaren Stackup mit der gewünschten Schaltungsgeometrie zusammenzustellen. Angaben wie „FR-4-Core“ oder „eine Lage 1080-Prepreg“ definieren weder die fertige Dielektrikumsdicke noch belegen sie, dass die Impedanzvorgabe erreicht wird.
Der Stackup zeigt, an welcher Stelle welche Materialform eingesetzt wird. Details zu Glasgewebe, Harzgehalt und Kupferfüllung finden Sie unter Prepreg-Auswahl und Harzgehalt; zu kupferkaschiertem Basismaterial siehe Copper-Clad-Laminate (CCL).
Core und Prepreg: die praktischen Unterschiede
| Frage | PCB-Core | PCB-Prepreg |
|---|---|---|
| Was erhält der Leiterplattenhersteller? | Konsolidiertes Laminat, häufig kupferkaschiert | Verstärkungsbahn mit teilweise ausgehärtetem Harz |
| Welchen Beitrag leistet das Material? | Vorhandener Dielektrikumsbereich und bei Kupferkaschierung strukturierbares Kupfer | Bonding- und Dielektrikumsmaterial zwischen benachbarten Lagen |
| Was geschieht beim Multilayer-Verpressen? | Laminat und Kupfer werden Teil des größeren Aufbaus | Harz fließt und härtet beim Laminieren weiter aus |
| Wie ist die Dicke zu verstehen? | Definition, Aufbau und Toleranz des Lieferanten bestätigen | Fertigen Dielektrikumsabstand nach dem Pressen bestätigen, nicht nur die Dicke der angelieferten Lage |
| Was sollte die Zeichnung angeben? | Materialsystem, Dielektrikumsdicke, Kupfer und zugelassene Alternativen | Materialsystem, geforderter fertiger Abstand, Einschränkungen und zulässige Auswahl des Herstellers |
Ein Core liegt nicht zwangsläufig in der geometrischen Mitte oder bildet den dicksten Teil der Leiterplatte. Ein Multilayer kann mehrere Cores enthalten. Prepreg ist auch mehr als Klebstoff: Nach dem Laminieren isoliert es die Leiter zwischen den Kupferlagen. Die Bezeichnung „Prepreg“ im fertigen Stackup gibt an, wie der Bereich aufgebaut wurde; sie bedeutet nicht, dass lose, teilweise ausgehärtete Lagen in der fertigen Leiterplatte verbleiben.
Diese Beschreibungen gelten für gängige duroplastische Aufbauten. Materialsysteme und Bonding-Folien unterscheiden sich. Die Auswahl der Kombination und des Prozesses muss sich nach der Dokumentation des betreffenden Lieferanten und dem vorgeschlagenen Aufbau des Herstellers richten.
Was ist ein PCB-Core?
Ein typischer starrer PCB-Core besteht aus einem Isolierlaminat mit auf dessen Oberflächen gebundener Kupferfolie. Wenn der Core Teil der vorgesehenen Lagenstruktur ist, strukturiert und ätzt der Hersteller das Kupfer. Das ausgehärtete Laminat trennt anschließend die Kupferstrukturen auf seinen Seiten.
Ein Core kann sinnvoll sein, wenn für die Konstruktion ein festgelegter kupferkaschierter Materialaufbau des Laminatlieferanten benötigt wird. Das bedeutet nicht, dass Cores gleicher Nenndicke dieselben elektrischen Eigenschaften haben oder maßfrei sind. Harzsystem, Verstärkung, Aufbau und Kupferfolie können sich zwischen Produkten unterscheiden.
Bei einer Dickenangabe für den Core ist eine einfache, aber wichtige Frage zu klären: Ist nur das Dielektrikum angegeben oder auch die Kupferkaschierung? Die Bestellunterlagen sollten die Definition, die Kupferfolie und die zulässige Toleranz festhalten. Je nach Prozess und Spezifikation kann die Kupferdicke an den Außenlagen nach der Galvanisierung ebenfalls von der ursprünglichen Folienstärke abweichen.
Ein kupferkaschierter Core und eine Metal-Core-PCB bezeichnen unterschiedliche Konstruktionen. Ein isoliertes Metallsubstrat umfasst eine Metallbasis und ein Isoliersystem; es darf nicht mit dem hier beschriebenen glasfaserverstärkten Laminataufbau gleichgesetzt werden.
Was ist PCB-Prepreg?
Prepreg steht für pre-impregnated reinforcement (vorimprägniertes Verstärkungsmaterial). Bei gängigen starren Multilayern besteht es aus Glasverstärkung mit einem Harzsystem in einem Zwischenzustand der Aushärtung. Der Hersteller legt die ausgewählten Lagen zwischen die zu verbindenden Materialien und verwendet einen geeigneten Laminationszyklus.
Beim Verpressen muss das Bonding-Material die Bereiche um benachbarte Kupferstrukturen ausfüllen und den fertigen Isolierbereich bilden. Menge und Lage des Kupfers, Materialwahl, Lagenkombination und Prozess beeinflussen das Ergebnis. Die Dicke der angelieferten Lage beschreibt daher nicht vollständig den verfügbaren Dielektrikumsabstand für eine Signallage nach dem Verpressen.
Auch die Glasgewebeart ist nur ein Teil der Spezifikation. Lagen mit derselben Glasgewebe-Bezeichnung können unterschiedliche Harzgehalte oder Materialsysteme haben. Bestätigen Sie die vollständige Materialbezeichnung und die Grundlage des angegebenen Harzanteils. Ein höherer Prozentwert garantiert für sich genommen weder einen hohlraumfreien Aufbau noch eine bestimmte Enddicke.
Die Verarbeitungshinweise des Lieferanten gelten für die bezeichneten Produkte. Sie sind weder ein universelles Laminationsrezept für alle Prepregs noch ein Nachweis für eine bestimmte Fertigungsfähigkeit des Leiterplattenherstellers.
Wie kommen Core und Prepreg in einer vierlagigen PCB zum Einsatz?
Bei einem häufigen Foil-Build-Aufbau bildet ein doppelseitig kupferkaschierter Core die beiden Innenlagen. Der Hersteller strukturiert das Innenlagenkupfer und laminiert außen auf beiden Seiten Kupferfolie mit Prepreg. Dies ist ein Beispiel, nicht die einzige Bauweise einer vierlagigen PCB.
| Position im Beispiel | Angeliefertes Material oder Lage | Funktion in der fertigen Leiterplatte |
|---|---|---|
| L1 | Äußere Kupferfolie, anschließend bearbeitet | Leiterbild auf der Oberseite |
| L1–L2 | Ausgewählter Prepreg-Aufbau | Verbundenes Dielektrikum zwischen Außen- und Innenkupfer |
| L2 | Kupfer auf einer Seite des Cores | Innenlagenleiterbild oder Referenzfläche |
| L2–L3 | Ausgehärtetes Core-Laminat | Dielektrikum im ursprünglichen Core |
| L3 | Kupfer auf der anderen Core-Seite | Innenlagenleiterbild oder Referenzfläche |
| L3–L4 | Ausgewählter Prepreg-Aufbau | Verbundenes Dielektrikum zwischen Innen- und Außenkupfer |
| L4 | Äußere Kupferfolie, anschließend bearbeitet | Leiterbild auf der Unterseite |
Der Entwickler weist L1 bis L4 elektrische Funktionen zu. Wenn ein Signal auf L1 eine geeignete durchgehende Referenzfläche auf L2 hat, sind das Dielektrikum L1–L2 und die Leitergeometrie zentrale Bestandteile dieser Übertragungsstruktur. Bei einer anderen Referenzanordnung muss die tatsächliche Feldgeometrie und der Rückstrompfad analysiert werden.
Andere vierlagige Aufbauten können Core- und Bonding-Materialien anders kombinieren. Die Lagenzahl allein legt weder Laminatformen noch Via-Sequenzen oder Prozessschritte fest. Lassen Sie sich den vorgeschlagenen Aufbau nennen, bevor eine allgemeine Lagenskizze als freigegebener Stackup gilt.
Warum entspricht die Nenndicke des Materials nicht dem fertigen Abstand?
Beim Core ist zunächst zu prüfen, ob die angegebene Abmessung das Kupfer einschließt. Bei Prepreg ist die angelieferte Lage vom fertigen Dielektrikum des konkreten Aufbaus zu unterscheiden. Für einen Vorschlag zur fertigen Dielektrikumskonstruktion benötigt der Hersteller die Kupfergeometrie und den Materialaufbau.
Als hypothetisches Stackup-Beispiel sei auf einer vorläufigen Zeichnung ein fertiger Dielektrikumsabstand L1–L2 von 0,100 mm vorgegeben. Der nächste Vorschlag verwendet 0,080 mm für denselben fertigen Abstand. Wenn alle anderen Dicken der Leiterplatte unverändert blieben, würde die Dicken-Zwischensumme um 0,020 mm sinken. Bei einer realen Leiterplatte können sich auch andere Lagen, Leiterabmessungen und Toleranzen ändern; die tatsächliche Differenz muss aus dem überarbeiteten Stackup hervorgehen.
Das Beispiel ist weder eine Fertigungstoleranz noch eine Vorhersage des Pressresultats oder eine Impedanzberechnung. Es zeigt, dass eine Änderung eines Dielektrikums sowohl das Gesamtdickenbudget als auch die lokale Geometrie beeinflussen kann. Die Leiterplatte kann das Gesamtdickenziel einhalten, während ein kritischer Signal-zu-Referenz-Abstand vom für das Routing verwendeten Modell abweicht.
Bitten Sie bei Angebotsvergleichen jeden Lieferanten um Angaben zu:
- Fertiger Gesamtdicke und geltender Toleranz.
- Material und fertigem Dielektrikumsabstand für jedes kritische Lagenpaar.
- Core-Abmessungen einschließlich oder ausschließlich Kupfer.
- Annahmen zu Basis- und Fertigkupfer, einschließlich Galvanisierung, falls zutreffend.
- Benannten Signallagen, Referenzlagen und kritischen Strukturen.
Addieren Sie die Nenndicke eines angelieferten Prepregs nicht zur Core-Abmessung und bezeichnen die Summe als fertige Leiterplattendicke, sofern Lieferant und Hersteller diese Zahlen nicht auf derselben Basis definiert haben.
Wie beeinflussen Core und Prepreg Impedanz und Verluste?
Beide Materialien gehören zum Dielektrikumsaufbau der fertigen Leiterplatte. Weder „Core“ noch „Prepreg“ allein bestimmt die Impedanz. Ein brauchbares Impedanzmodell benötigt die vorgesehene Leitergeometrie, den relevanten Dielektrikumsaufbau, die Referenzanordnung und passende Materialdaten.
Lassen Sie bei einer impedanzkontrollierten Lage angeben, welche Abstände und Kupferabmessungen im Modell verwendet wurden. Klären Sie, ob Leiterbreiten Artwork-Werte oder Fertigvorgaben sind und wie zulässige Fertigungsanpassungen behandelt werden. Vereinbaren Sie bei einem Materialwechsel, ob Stackup und Modell erneut geprüft werden müssen.
Dk und Df sind nicht austauschbar. Dk charakterisiert das dielektrische Verhalten, das für Ausbreitung und Impedanz relevant ist; Df beschreibt die dielektrischen Verluste unter den angegebenen Prüfbedingungen. Eine vollständige Einfügedämpfungsbewertung kann außerdem Kupferrauheit, Leitergeometrie, Übergänge und den übrigen Signalpfad umfassen. Eine niedrige Df-Angabe im Laminatdatenblatt allein belegt nicht, dass eine fertige Leiterplatte das Kanalbudget einhält.
Der Leitfaden zum Lesen von Materialdatenblättern erläutert die Bedeutung von Prüffrequenz und Methode. Ein Impedanzcoupon und Prüfbericht können, sofern vereinbart, die Abnahme der festgelegten Prüfstrukturen unterstützen; sie weisen nicht automatisch die Leistung jedes Netzes der fertigen Leiterplatte nach.
Kann ein Core durch Prepreg ersetzt werden?
Ein fertiger Dielektrikumsbereich kann mit einer anderen Materialkombination neu ausgelegt werden; ein Austausch eins zu eins darf jedoch nicht vorausgesetzt werden. Ein Core und ein gleich dick ausgeführter Prepreg-Aufbau können sich in Lieferform, Kupferzuordnung, Verstärkung, Harzgehalt, Fertigungsweg und elektrischen Eigenschaften unterscheiden.
Behandeln Sie den Ersatz als Stackup-Änderung, nicht als Textänderung auf der Zeichnung. Klären Sie:
- Welche Kupferlage wird vom vorhandenen Core getragen oder strukturiert?
- Wie wird die Alternative aufgebaut und gebondet?
- Welcher fertige Abstand und welche Kupfergeometrie entstehen?
- Gelten die für Dk, Df und Impedanz verwendeten Modellannahmen weiterhin?
- Ändert sich der Fertigungsablauf, die Registrierung oder die Via-Architektur?
- Welche neue Prüfung oder Produktqualifikation ist erforderlich?
- Wer muss die Änderung vor der Fertigung genehmigen?
Der Projektverantwortliche legt Funktions- und Qualifikationsanforderungen fest. Der Leiterplattenhersteller schlägt einen Aufbau vor und benennt Fertigungsgrenzen. Das Datenblatt des Materiallieferanten unterstützt die Entscheidung, genehmigt jedoch nicht allein einen ungeprüften Austausch auf Leiterplattenebene.
Welche Angaben sollte ein Entwickler mit dem Stackup übergeben?
| Übergabepunkt | Angaben für eine aussagekräftige Prüfung |
|---|---|
| Lagenplan | Reihenfolge der Kupferlagen, Signal- und Referenzfunktionen, Außenkontur und aktuelle Revision |
| Material | Benannte Familie oder freigegebene Alternativen, Einschränkungen und relevante Lieferantendokumente |
| Dielektrikum | Gesamtdicke und kritische fertige Dielektrikumsziele mit Messbasis und Toleranzen |
| Kupfer | Basis- oder Fertigdicke je Lage; Daten zu Kupferabdeckung und wichtigen lokalen Merkmalen |
| Elektrik | Impedanzziele, Toleranzen, zugehörige Strukturen und gegebenenfalls Verlustanforderungen |
| Aufbau | Via-Typen und -Spannen, relevante Lagenfolge sowie mechanische oder thermische Randbedingungen |
| Verifikation | Geforderte Prüfstrukturen, Methoden, Berichte, Abnahmekriterien und Umgang mit Änderungen |
Bitten Sie den Hersteller um einen vorgeschlagenen fertigen Stackup mit den Dielektrikumsbereichen und Annahmen der Impedanzberechnung. Prüfen Sie ihn vor der Auftragsfreigabe zusammen mit den Zeichnungen und Lagen-Dateien. Verfügbarkeit, Materialsubstitution, Prüfungen und Lieferumfang müssen für das jeweilige Projekt vereinbart werden.
Der PCB-Materialleitfaden vergleicht Materialfamilien; Multilayer-PCB-Fertigung beschreibt diese Leiterplattenkategorie. Besprechen Sie einen konkreten Aufbau über Kontakt oder Angebot anfordern.
Häufig gestellte Fragen
Ist Prepreg dasselbe wie ein PCB-Core?
Nein. Ein Core wird als konsolidiertes, ausgehärtetes Laminat geliefert, häufig mit Kupferkaschierung. Gängiges Prepreg wird als Verstärkungsmaterial mit teilweise ausgehärtetem Harz geliefert und bildet beim Laminieren eine Bonding-Dielektrikumslage.
Hat eine vierlagige PCB immer genau einen Core?
Nein. Ein Foil-Build kann einen mittigen doppelseitigen Core mit äußerem Prepreg und Kupferfolie verwenden. Andere Aufbauten sind möglich; maßgeblich sind Design und Fertigungsaufbau.
Ist die Prepreg-Dicke gleich der fertigen Dielektrikumsdicke?
Nicht unbedingt. Der fertige Abstand hängt vom Materialaufbau, dem benachbarten Kupfer und dem Laminationsprozess ab. Verwenden Sie den fertigen Wert des Herstellers für den betreffenden Bereich.
Können Core und Prepreg zur selben Harzfamilie gehören?
Kompatible Laminat- und Prepreg-Formen können Teil desselben Materialsystems sein. Bestätigen Sie die konkreten Produkte und Verarbeitungshinweise, statt ähnliche Familiennamen als Nachweis der Austauschbarkeit anzusehen.
Garantiert ein Core eine kontrollierte Impedanz?
Nein. Die Impedanz hängt auch von Signal- und Referenzgeometrie, Leiterabmessungen, Dielektrikumseigenschaften und Fertigungstoleranzen ab. Modell und erforderliche Verifikation müssen vereinbart werden.