Basismaterialien

Die Auswahl der Oberflächenbehandlung und die Optimierung des Designs sind wichtige Schritte, um gewährleisten zu können, dass Ihr Produkt ordnungsgemäß funktioniert, aber ist dies wirklich das Ende des Verfahrens? Nein, denn es muss auch gewährleistet sein, dass die angegebenen Materialien in der Fabrik zur Verfügung stehen, und dass die Fabrik für die Verwendung solcher Materialien UL-zugelassen ist.
NCAB weiß, dass sich beim Material viele Optionen bieten. Mit unserem technischen Wissen können wir Ihnen jedoch bei der Materialauswahl und den Materialspezifikationen beratend und unterstützend zur Seite stehen.

Starres Material

Wie sollte das Material eingegrenzt werden?

Unsere Empfehlung lautet, dass man sich, wo immer möglich, nicht auf eine spezielle Marke oder Materialart festlegen sollte, da dies die Lieferkettenoptionen für das Projekt einschränken könnte. Der Grund hierfür ist, dass zwar viele bekannte Marken für Material in unseren Fabriken regelmäßigen Einsatz finden, es aber immer wieder der Fall ist, dass einige Fabriken bestimmte Materialtypen für die erforderliche Materialspezifikation verfügbar haben bzw. vorziehen. Verfügbarkeit und auch der Preis können dann zum entscheidenden Faktor für die Wahl der Marke werden.

Das bedeutet nicht, dass Sie nicht bekannte Materialien festlegen können, ganz im Gegenteil. Wenn Sie Erfahrungen mit einem bestimmten Material haben, von dem Sie wissen, dass es für Ihr Produkt geeignet ist, dann können Sie einfach durch einen Vermerk darauf verweisen und „oder Entsprechendes“ anfügen, und die Techniker und die Beschaffungsmitarbeiter von NCAB werden dies prüfen und Ihnen eine Alternative anbieten, die die funktionalen Anforderungen erfüllt, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.

Jeder bekannte Materialhersteller hat sein Material nach IPC 4101 klassifiziert (die Richtlinie für Basismaterialien für starre und gedruckte Multilayer-Platten), so dass diese Spezifikation zur Bestimmung und Kategorisierung von Leistungsmerkmalen dienen kann. Die Nutzung dieser Kategorisierung ist besonders geeignet, da sie die Merkmale des Basismaterials detailliert festlegt, und es so der Fabrik ermöglicht, durch das Zugrundelegen der IPC-4101-Kategorisierung eine gezielte Auswahl zu treffen, und zu gewährleisten, dass die Leistung nicht hinter den Erwartungen zurückbleibt.

Wenn Sie weitere Informationen zu IPC 4101 oder Methoden zur Materialbestimmung wünschen, wenden Sie sich bitte an die
NCAB Group, die Ihnen gerne weiterhilft.

Die wesentlichen Faktoren bei der Bestimmung von Materialeigenschaften

Bei Überlegungen hinsichtlich der Leistungsmerkmale des Basismaterials sollten sowohl die mechanischen Eigenschaften (insbesondere bezüglich des Verhaltens des Materials bei Temperaturwechselbelastung / Lötverfahren) als auch die mit dem Material verbundenen elektrischen Eigenschaften in Betracht gezogen werden. Diese beiden Faktoren werden bei der Auswahl von Standardprodukten am häufigsten berücksichtigt. Dieser Hinweis basiert auf sämtlichen Materialien, von denen angenommen wird, dass sie die UL-Einstufung zum Entflammbarkeitsgrad von V-0 erfüllen.

Die wesentlichen Materialeigenschaften sind nachstehend aufgeführt.

  • CTE - Z axis(Co-efficient of thermal expansion): This is a measure of how much the base material will expand when heated. Measured as PPM/degree C (both before and after Tg) and also in % over a temperature range.
  • Td (Decomposition temperature): This is the temperature at which material weight changes by 5%. This parameter determines the thermal survivability of the material.
  • Tg (Glass transition temperature): The temperature at which the material stops acting like a rigid material and begins to behave like a plastic / softer.
  • T260 (Time to delamination): This is the time it take for the base material to delaminate when subjected to a temperature of 260 degrees C.
  • T288 (Time to delamination): This is the time it take for the base material to delaminate when subjected to a temperature of 288 degrees C.
  • Dk (Dielectric constant): The ratio of the capacitance using that material as a dielectric, compared to a similar capacitor which has a vacuum as its dielectric.
  • CTI (Comparative tracking Index): A measure of the electrical breakdown properties of an insulating material. It is used for electrical safety assessment of electrical apparatus. Rating can be seen below.
Tracking Index (V) PLC
600 and greater 0
400 through 599 1
250 through 399 2
175 through 249 3
100 through 174 4
< 100 5



Die nachstehende Übersicht ist ein Auszug von bestimmten Merkmalen aus den IPC-4101-Klassifizierungen, wobei einige Details, die bereits erwähnt wurden, hervorgehoben sind.

IPC-4101 99 101 121 124 126 127 128 129 130
Tg (min) C 150 110 110 150 170 110 150 170 170
Td (min) C 325 310 310 325 340 310 325 340 340
CTE Z 50-260 C 3,5% 4% 4% 3,50% 3% 4% 3,50% 3,50% 3%
T260 (min) minutes 30 30 30 30 30 30 30 30 30
T288 (min) minutes 5 5 5 5 15 5 5 15 15
Fillers > 5% Yes Yes NA NA Yes Yes Yes NA Yes
Dk/Permittivity (max) 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4

 

Isoliertes Metallsubstrat (IMS)

IMS – Eine wirksame Technologie zur Wärmeableitung

Neue Möglichkeiten mit isoliertem Metallsubstrat
Bei größeren Energiemengen oder lokalen thermischen Belastungen, z.B. in modernen Baugruppen mit High-Intensity-LEDs, kann die IMS-Technologie eingesetzt werden. Die Abkürzung IMS steht für „Isoliertes Metallsubstrat“. Hierbei handelt es sich um eine Leiterplatte, die auf eine Metallplatte– üblicherweise aus Aluminium – montiert ist, auf die eine spezielle Prepreg aufgetragen wird, deren wesentliche Eigenschaften eine exzellente Wärmeableitung und eine ausgezeichnete dielektrische Durchschlagfestigkeit bei hohen Spannungswerten ist. Gemeinsam mit EBV und einer Reihe anderer Unternehmen war NCAB an der Entwicklung eines Demo-Produkts beteiligt. Das Ziel hierbei ist, die Aufmerksamkeit des Marktes auf die Möglichkeiten einer Verbindung von High-Intensity-LEDs und IMS-Technologie zu lenken.

Der bedeutendste Bestandteil – das wärmeleitende Prepreg – ist ein Keramik- oder Bor-gefülltes Material, das speziell für die Ableitung großer Wärmemengen hergestellt wird. Seine Wärmeableitung ist häufig 8-12 Mal größer als die von FR4. Zu den bekannten Herstellern dieser Materialien gehören Bergquist und Laird Technologies.

Bergquist

Das Unternehmen Bergquist ist der weltweite Marktführer in der Entwicklung und Herstellung thermisch leitfähiger Interface-Materialien. Das Thermal Clad-Isolierte Metallsubstrat (IMS) wurde von Bergquist als Lösung für die thermischen Anforderungen der heutzutage weitverbreiteten Oberflächenmontageanwendungen mit höherer Wattdichte und geringer Größe entwickelt, bei denen die Wärmeleitung ein zentrales Problem darstellt. Erfahren Sie mehr über die Vorteile von Thermal Clad und Design-Regeln.

Thermagon Laird Technologies

Laird Technologies ist der weltweite Marktführer bei der Entwicklung und Herstellung von thermisch leitfähigen Interface-Materialien für Elektroanwendungen. Erfahren Sie mehr über die Vorteile und Eigenschaften dieser Materialien.

Die Vorteile von IMS-Leiterplatten bei der Wärmeableitung

Eine IMS-Leiterplatte kann mit einem sehr geringen thermischen Widerstand konstruiert werden. Wenn Sie beispielsweise eine 1,60 mm-FR4-Leiterplatte mit einer IMS-Leiterplatte mit einem thermischen Prepreg von 0,15 mm vergleichen, werden Sie feststellen, dass der thermische Widerstand einer FR4-Leiterplatte mehr als das 100-fache beträgt. Beim FR4-Produkt wäre es sehr schwierig, größere Wärmemengen abzuleiten.
NCAB kann eine große Palette an Materialien anbieten, um sämtliche Anforderungen des Kunden zu erfüllen – sei es die exakte Marke oder, wie oben bereits dargelegt, ein Material gemäß IPC-4101-Klassifizierung/ -Materialeigenschaften. Die erhältlichen Materialien sind in vier Gruppen unterteilt – Standard (weitverbreitet erhältlich), Advanced (nur in einer geringen Anzahl von Fabriken erhältlich), Flexibel und IMS.
Als weitere Lösung steht beispielsweise die Kombination von FR4-Material mit Durchkontaktierungen zur Auswahl, die mit einer wärmeleitenden Paste gefüllt sind, wodurch die Leiterplatte bessere thermische Eigenschaften als normalerweise aufweist. Hierbei handelt es sich häufig um eine kostengünstige Lösung, da herkömmliche FR4-Technologie eingesetzt werden kann.

Standard Advanced Flex IMS
Sheng Yi Rogers Tai Flex Bergquist
ITEQ Taconic DuPont Laird
Kingboard Isola Thin Flex ITEQ
Elite materials Nelco
NanYa
Pacific
Mitsubishi
Panasonic

DINGE, DIE ES ZU BEDENKEN GILT:

Wenn es um die Leistungsmerkmale des Basismaterials geht, sollte man neben den mechanischen Eigenschaften (insbesondere in Bezug darauf, wie das Material sich während Temperaturzyklen / Lötvorgang verhält) sein Augenmerk auch auf die elektrischen Eigenschaften, die dem Material zugeschrieben werden, legen.

Sollten Sie Fragen zum Basismaterial haben, kontaktieren Sie einfach Ihre NCAB-Niederlassung vor Ort.