Prepreg spaja warstwy PCB podczas prasowania; core, czyli rdzeń, jest już utwardzonym laminatem, zwykle z miedzią po obu stronach. Przy zamawianiu płytki podaj grubość prepregu po prasowaniu i ustal, czy wymiar rdzenia obejmuje miedź. Materiały te nie są zamiennikami dobieranymi wyłącznie według grubości.
Spis treści
- Prepreg a core: budowa i podstawowe różnice
- Prepreg, rdzeń i miedź w jednej PCB czterowarstwowej
- Zachowanie prepregu i rdzenia podczas prasowania
- Dobór prepregu i core: grubość, żywica, Dk i Tg
- Przykład obliczeniowy: dobór rdzenia i prepregu
- Przechowywanie prepregu i rdzeni
- Specyfikacja prepregu i core dla producenta
- Najczęstsze pytania o prepreg i core
Prepreg a core: budowa i podstawowe różnice
W typowych sztywnych PCB z FR-4 oba materiały zawierają tkaninę szklaną i żywicę epoksydową. Prepreg ma żywicę częściowo utwardzoną (stan B), a rdzeń — w pełni utwardzoną (stan C).
| Cecha | Prepreg | Rdzeń — core |
|---|---|---|
| Stan dostawy | Tkanina z częściowo utwardzoną żywicą; wymaga końcowego utwardzenia. | Gotowy, utwardzony laminat stanowiący podłoże dla miedzi. |
| Miedź | Brak okładzin miedzianych. | W omawianej konstrukcji okładziny po obu stronach. |
| Funkcja | Spajanie warstw, wypełnianie przestrzeni po trawieniu i izolacja. | Podparcie ścieżek i ustalenie odstępu między własnymi warstwami miedzi. |
| Prasowanie | Żywica mięknie, płynie, a następnie sieciuje i twardnieje. | Żywica nie płynie jak w prepregu; rdzeń nie zastępuje warstwy wiążącej. |
| Grubość do projektu | Wartość po prasowaniu dla uzgodnionego zestawu arkuszy i układu miedzi. | Grubość laminatu z tolerancją oraz jasno określonym uwzględnieniem miedzi. |
Po utwardzeniu prepreg również tworzy stałą warstwę dielektryczną. Nie staje się przewodnikiem: połączenia między warstwami wykonuje się przez odpowiednie przelotki. FR-4 określa grupę materiałów, a nie jedną recepturę o identycznych parametrach elektrycznych i cieplnych.
Prepreg, rdzeń i miedź w jednej PCB czterowarstwowej
Poniższy przekrój przedstawia symetryczną PCB z jednym rdzeniem. Pokazuje granice wymiarów użytych w przykładzie obliczeniowym; nie zachowuje skali.
┌──────────────────────────┐
↑ │ L1 — miedź t │
│ ├──────────────────────────┤
│ │ Utwardzony prepreg p │
│ ├──────────────────────────┤
│ │ L2 — miedź t │
H ├──────────────────────────┤
│ │ Dielektryk rdzenia c │
│ ├──────────────────────────┤
│ │ L3 — miedź t │
│ ├──────────────────────────┤
│ │ Utwardzony prepreg p │
│ ├──────────────────────────┤
↓ │ L4 — miedź t │
└──────────────────────────┘
Cały rdzeń to L2 + dielektryk c + L3, czyli c + 2t. Jeśli wymiar katalogowy zawiera okładziny, nie doliczaj ich ponownie. L1 i L4 powstają z osobnych folii; ich grubość może zmienić się podczas metalizacji i trawienia. Konwencje wymiarowania opisuje poradnik o grubości płytek PCB i miedzi.
Cztery warstwy PCB oznaczają cztery warstwy miedzi, niezależnie od liczby arkuszy prepregu. Konstrukcje z większą liczbą rdzeni opisuje artykuł o wielowarstwowych płytkach drukowanych.
Jak prepreg i core zachowują się podczas prasowania PCB?
Podczas prasowania żywica prepregu płynie, wypełnia przestrzenie po wytrawieniu miedzi, a następnie twardnieje. Rdzeń nie dostarcza żywicy do tego spojenia ani nie pozwala w ten sposób regulować swojej grubości.
Wyższe ścieżki i większy obszar wytrawiony zwiększają zapotrzebowanie na żywicę. Dlatego do oceny pakietu przekaż producentowi rzeczywisty układ miedzi: samo oznaczenie prepregu nie wystarcza, a niedobór żywicy sprzyja pustkom i słabemu związaniu warstw.
Dobór prepregu i core: grubość, zawartość żywicy, Dk i Tg
Grubość prepregu a oznaczenia 1080, 2116 i 7628
Oznaczenia 1080, 2116 i 7628 opisują konstrukcje tkaniny szklanej, nie stałą grubość. Do zamówienia potrzebne są również system i zawartość żywicy, liczba arkuszy oraz grubość po prasowaniu. Pakiet musi zapewnić wymagany odstęp i wypełnić przestrzenie między ścieżkami. Szczegóły doboru opisuje poradnik o prepregu PCB.
Dk i Df prepregu oraz rdzenia w obliczeniach impedancji
Dk oznacza względną przenikalność elektryczną, a Df — tangens kąta strat dielektrycznych. Oba parametry są bezwymiarowe. Udział szkła i żywicy wpływa na właściwości materiału, więc nie zakładaj identycznej Dk rdzenia i utwardzonego prepregu tylko dlatego, że należą do tej samej rodziny FR-4.
Do obliczeń wprowadź parametry dla właściwej konstrukcji, częstotliwości i metody wyznaczania oraz grubość po prasowaniu. Dla ścieżki mikropaskowej efektywna przenikalność zależy także od pola poza laminatem. Sama Dk nie wystarczy do ustalenia impedancji: potrzebne są również geometria przewodnika i jego otoczenie. Więcej wyjaśnia tekst o stałej dielektrycznej FR-4.
Tg i zgodność materiałowa prepregu z rdzeniem
Temperatura zeszklenia Tg opisuje zmianę zachowania mechanicznego żywicy, a nie dopuszczalną temperaturę ciągłej pracy płytki. Oceniaj również rozszerzalność cieplną, odporność na proces lutowania i wilgoć. Rdzeń oraz prepreg powinny tworzyć zestaw zaakceptowany przez producenta do wspólnego prasowania. Samo oznaczenie FR-4 lub taka sama Tg nie potwierdzają zgodności dwóch systemów żywic.
Przykład (założenia): rdzeń i prepreg do PCB 1,60 mm
Przyjmujemy nominalnie H = 1,60 mm bez maski i wykończenia pól oraz jednakową gotową miedź t = 35 µm = 0,035 mm na każdej warstwie. To założenia do rachunku, nie pomiary ani deklaracja możliwości OurPCB. Wymiary c i p odpowiadają przekrojowi powyżej. Zakładamy wymagany odstęp p = 0,20–0,25 mm; to warunek przykładu, nie norma ani wynik obliczenia impedancji.
Bilans: H = c + 2p + 4t, zatem p = (H − c − 4t) / 2. Łączna grubość miedzi: 4 × 0,035 = 0,140 mm.
| Wariant rdzenia | Obliczenie prepregu na jedną stronę | Ocena wobec założeń |
|---|---|---|
| A: dielektryk c = 1,00 mm | p = (1,60 − 1,00 − 0,140) / 2 = 0,230 mm = 230 µm. | Mieści się w założonym zakresie 0,20–0,25 mm. |
| B: dielektryk c = 1,20 mm | p = (1,60 − 1,20 − 0,140) / 2 = 0,130 mm = 130 µm. | Nie spełnia założonego dolnego ograniczenia 0,20 mm. |
Wariant A spełnia założenia: 1,00 + 2 × 0,230 + 4 × 0,035 = 1,600 mm. Rdzeń z obiema okładzinami ma 1,070 mm; licząc go w całości, dodaj tylko miedź zewnętrzną: 1,070 + 2 × 0,230 + 2 × 0,035 = 1,600 mm.
Odstęp 230 µm nie określa grubości surowego arkusza ani typu tkaniny. Przed zamówieniem potwierdź z wykonawcą dostępny pakiet, tolerancje, izolację i impedancję. Jeżeli wymiar 1,60 mm ma obejmować powłoki, dostosuj bilans do uzgodnionego miejsca pomiaru.
Przechowywanie prepregu i rdzeni przed laminowaniem
Przy dostarczaniu własnych materiałów uzgodnij z wykonawcą identyfikację partii, termin przydatności i warunki przechowywania prepregu według instrukcji dostawcy. Nie stosuj przypadkowego wygrzewania: może zmienić stopień utwardzenia żywicy. Rdzenie wymagają ochrony miedzi przed uszkodzeniem i zabrudzeniem.
Jak opisać prepreg i core w dokumentacji produkcyjnej PCB?
Przed prowadzeniem połączeń o kontrolowanej impedancji uzgodnij układ warstw z producentem PCB. Do wyceny i zatwierdzenia konstrukcji przekaż:
- kolejność L1–L4, funkcje warstw oraz konkretny materiał rdzenia i kompatybilny prepreg;
- grubość dielektryka rdzenia, grubości miedzi i informację, czy wymiar zamawianego rdzenia obejmuje okładziny;
- wymagane odstępy dielektryczne po prasowaniu, ich tolerancje oraz minimalne wymagania izolacji;
- grubość miedzi gotowej osobno dla warstw wewnętrznych i zewnętrznych;
- całkowitą grubość PCB z tolerancją, zakresem uwzględnianych powłok i sposobem pomiaru;
- wymagania Dk, Df i impedancji tam, gdzie wynikają z projektu, oraz zasady zatwierdzania zamienników materiałowych.
Jeżeli specyfikacja odwołuje się do IPC-4101, wskaż uzgodnione wydanie i właściwą specyfikację szczegółową materiału. To norma dotycząca materiałów bazowych do sztywnych PCB, a nie gotowy przepis na każdy układ warstw. Zakres dokumentów wyjaśnia poradnik o normach IPC. Rysunek układu warstw, pliki Gerber i dane wiercenia muszą należeć do tego samego zatwierdzonego wydania, z jednoznacznym powiązaniem ich rewizji. Oznaczenia rewizji mogą się różnić; wpisz ich powiązanie do wykazu wydania.
Najczęstsze pytania o prepreg i core
Czy prepreg można zastąpić cienkim rdzeniem?
Nie przez prostą zamianę arkuszy. Utwardzony rdzeń nie dostarcza płynącej żywicy potrzebnej do spojenia sąsiednich powierzchni. Taka zmiana wymaga przeprojektowania układu i doboru odpowiedniego materiału wiążącego.
Czy grubość core obejmuje miedź?
Zależy od konwencji dostawcy lub tabeli układu warstw. Poproś o osobne podanie grubości dielektryka i obu okładzin. W przykładzie rdzeń z dielektrykiem 1,00 mm i miedzią 35 µm z każdej strony ma łącznie 1,070 mm.
Ile arkuszy prepregu potrzeba między warstwami miedzi?
Nie ma jednej liczby dla wszystkich PCB. Decydują wymagany odstęp po prasowaniu, tkanina, zawartość żywicy, grubość i rozmieszczenie miedzi oraz zatwierdzony proces. Producent powinien wskazać zestaw arkuszy, który spełnia te warunki.
Czy prepreg 2116 ma zawsze tę samą grubość?
Nie. Numer 2116 określa konstrukcję tkaniny. O grubości po prasowaniu decydują także zawartość żywicy, liczba arkuszy i warunki laminowania. Do obliczeń użyj wartości zatwierdzonej dla konkretnego układu.
Czy zmiana prepregu wymaga ponownego sprawdzenia impedancji?
Tak, jeżeli zmienia odstęp dielektryczny, Dk lub inne istotne parametry otoczenia ścieżki. Zachowanie całkowitej grubości PCB nie gwarantuje zachowania impedancji. Zamiennik należy ocenić w modelu tej samej geometrii połączenia.
