Izolacja między warstwami to jeden z najważniejszych elementów konstrukcji wielowarstwowej płytki drukowanej. Odpowiada za nią prepreg — częściowo utwardzony materiał dielektryczny, który podczas prasowania łączy warstwy w sztywny pakiet. W tym artykule wyjaśniamy, czym jest prepreg w PCB, jak powstaje, jak dobrać jego typ oraz czym różni się od rdzenia (core) i laminatu.

Co to jest prepreg?

Prepreg PCB 1

Rys. 1: Warstwy laminatu w płytce drukowanej

Prepreg (od ang. pre-impregnated) to tkanina z włókna szklanego nasączona żywicą epoksydową i częściowo utwardzona do tzw. stanu B (B-stage). W tym stanie żywica jest sucha w dotyku, ale jeszcze nie w pełni utwardzona — pod wpływem temperatury i ciśnienia w prasie ponownie mięknie, wypełnia przestrzenie między warstwami, a następnie twardnieje na stałe (stan C). Dzięki temu prepreg działa jak materiał wiążący, który spaja folie miedziane i rdzenie w jeden monolit.

Jak powstają prepregi?

Prepreg PCB 2

Rysunek 2: Struktura warstw laminatu

Produkcja prepregu polega na przeciągnięciu tkaniny szklanej przez kąpiel z żywicą, a następnie kontrolowanym, częściowym wysuszeniu w piecu, aby uzyskać materiał w stanie B. Podczas produkcji ważne jest zachowanie właściwego kierunku splotu włókien, ponieważ wpływa on na stabilność wymiarową gotowej płytki. Ilość żywicy, jaką potrafi przyjąć tkanina, zależy od typu splotu (osnowa i wątek) — różne style tkaniny (np. 1080, 2116, 7628) mają różną grubość i zawartość żywicy.

Jak wybrać prepreg do projektu PCB?

Prepreg PCB 3

Rysunek 3: Wielowarstwowy stack-up płytki

Prepregi klasyfikuje się przede wszystkim według zawartości żywicy, co wpływa na grubość warstwy i właściwości dielektryczne:

  • Standard Resin (SR) — niska zawartość żywicy, cieńsza warstwa.
  • Medium Resin (MR) — średnia zawartość żywicy.
  • High Resin (HR) — wysoka zawartość żywicy, grubsza warstwa, lepsze wypełnienie przy gęstych miedziach.

Im więcej żywicy, tym wyższy koszt, ale i lepsze wypełnienie przestrzeni między ścieżkami przy grubych warstwach miedzi. Dobór prepregu zależy od docelowej grubości stack-upu, wymaganej impedancji i ilości miedzi, którą trzeba zatopić. Przy projektach z kontrolowaną impedancją typ i grubość prepregu są kluczowe, ponieważ wprost wpływają na stałą dielektryczną (Dk) i wynikową impedancję ścieżek.

Jak mierzy się zawartość żywicy?

Prepreg PCB 4

Rysunek 4: Przekrój laminatu PCB

Zawartość żywicy to stosunek masy żywicy do całkowitej masy prepregu, wyrażony procentowo:

% żywicy = (różnica masy / masa pierwotna prepregu) × 100

Zawartość żywicy decyduje o grubości laminatu po sprasowaniu i wpływa na szereg parametrów, m.in.:

  • stałą dielektryczną (Dk) i współczynnik strat (Df);
  • jakość wytrawiania ścieżek;
  • parametry wiercenia;
  • współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE).

Prepreg, rdzeń (core) i laminat — różnice

Prepreg PCB – szczegółowe wyjaśnienie

Rysunek 5: Wielowarstwowa płytka drukowana

Rdzeń (core) to w pełni utwardzony laminat z miedzią po obu stronach — jest sztywny, w przeciwieństwie do elastycznego, niewulkanizowanego prepregu. Najważniejsze różnice:

  • Stan utwardzenia: prepreg jest w stanie B (częściowo utwardzony), rdzeń w stanie C (w pełni utwardzony).
  • Funkcja: prepreg wiąże warstwy podczas prasowania, rdzeń jest stabilną bazą konstrukcyjną.
  • Miedź: rdzeń ma fabrycznie naniesioną miedź po obu stronach, prepreg jej nie ma.
  • Sztywność: rdzeń jest sztywny, prepreg przed sprasowaniem podatny.

Rola prepregu w stack-upie wielowarstwowym

W typowej płytce czterowarstwowej sekwencja warstw wygląda tak: folia miedziana (warstwa zewnętrzna) — prepreg — rdzeń z miedzią po obu stronach (warstwy wewnętrzne) — prepreg — folia miedziana (warstwa zewnętrzna). Prepreg pełni tu podwójną rolę: spaja warstwy mechanicznie i zapewnia izolację elektryczną między płaszczyznami sygnałowymi a zasilającymi. Dobór grubości prepregu wprost ustala odległość między warstwami, a więc i pojemność pasożytniczą oraz impedancję ścieżek.

Producent dobiera liczbę i typ arkuszy prepregu tak, aby uzyskać żądaną całkowitą grubość płytki przy pełnym wypełnieniu przestrzeni między ścieżkami. Przy grubszej miedzi (np. 2 oz) potrzeba więcej żywicy, by zatopić profil ścieżek bez pustek powietrznych (voids), które osłabiałyby izolację i pogarszały niezawodność termiczną. Dlatego precyzyjny stack-up jest tak ważny w projektach o wysokiej gęstości i przy sygnałach szybkozmiennych.

FAQ

Ile prepregów stosuje się między warstwami? Zwykle co najmniej dwa arkusze prepregu między rdzeniami, aby zapewnić odpowiednią grubość i niezawodne wypełnienie — dokładną liczbę dobiera się do stack-upu i grubości miedzi.

Czy prepreg wpływa na impedancję ścieżek? Tak — jego grubość i stała dielektryczna bezpośrednio kształtują impedancję, dlatego w projektach RF i szybkich sygnałów dobiera się go bardzo starannie.

Planujesz wielowarstwową płytkę z określonym stack-upem? Zamów produkcję PCB w OurPCB — pomożemy dobrać prepreg i materiał. Sprawdź też nasze możliwości produkcyjne.