FR4 ist das am häufigsten verwendete Leiterplattensubstrat, aber es ist nicht die einzige verfügbare Option.
Bei Produkten, bei denen sich die Kosten, die Fertigungsanforderungen oder die Anwendungsanforderungen unterscheiden, kommen auch Epoxid-Verbundwerkstoffe wie CEM-1 und CEM-3 zum Einsatz.
Obwohl beide zur Familie der CEM (Composite Epoxy Material) gehören, unterscheiden sie sich hinsichtlich ihres Aufbaus, ihrer mechanischen Eigenschaften und ihrer Herstellungseigenschaften.
Was sind CEM-Leiterplattenmaterialien?
CEM steht für Epoxid-Verbundwerkstoff.
Wie FR4 verwenden auch CEM-Materialien Epoxidharz als isolierende Matrix. Der Hauptunterschied liegt in dem im Laminat verwendeten Verstärkungsmaterial.
Unterschiedliche Verstärkungsstrukturen führen zu unterschiedlichen mechanischen und elektrischen Eigenschaften.
Von den verfügbaren Sorten werden CEM-1 und CEM-3 in der Leiterplattenherstellung am häufigsten verwendet.
Was ist CEM-1?
CEM-1 besteht aus einem Papierkern, der an den Außenflächen mit Lagen aus gewebtem Glasfasergewebe ummantelt ist.
Diese Konstruktion bietet eine höhere mechanische Festigkeit als Laminate auf Papierbasis, während die Herstellungskosten relativ niedrig bleiben.
Zu den typischen Merkmalen gehören:
- gute elektrische Isolierung
- relativ geringe Materialkosten
- geeignet für einseitige Leiterplatten
- Eingeschränkte Unterstützung für durchkontaktierte Löcher
Aufgrund seines Aufbaus wird CEM-1 hauptsächlich für einfache Leiterplatten verwendet.
Was ist CEM-3?
CEM-3 wird unter Verwendung einer durchgehenden Glasfaserverstärkung im gesamten Laminat hergestellt, wodurch es eine Struktur erhält, die der von FR4 ähnlicher ist.
Im Vergleich zu CEM-1 bietet es:
- verbesserte mechanische Festigkeit
- bessere Maßhaltigkeit
- glattere Oberflächenbeschaffenheit
- Kompatibilität mit der Herstellung doppelseitiger Leiterplatten
- verbesserte Bohrqualität
Es sieht oft heller aus als herkömmliches FR4.
Mechanische Leistung
Die mechanische Festigkeit beeinflusst die Bearbeitungsqualität und die Langzeitbeständigkeit.
CEM-3 bietet im Allgemeinen eine höhere Steifigkeit und Maßhaltigkeit als CEM-1.
Dadurch eignet es sich besser für Produkte, bei denen engere Fertigungstoleranzen oder wiederholte Montagevorgänge erforderlich sind.
Elektrische Leistung
Beide Materialien bieten eine ausreichende elektrische Isolierung für viele Anwendungen im Nieder- und Mittelfrequenzbereich.
Allerdings bietet FR4 im Allgemeinen gleichmäßigere elektrische Eigenschaften, insbesondere bei mehrschichtigen oder Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten.
Für Produkte mit geringen elektrischen Anforderungen sind beide CEM-Materialien weiterhin praktikable Optionen.
Weiterführende Lektüre:
- Was ist FR4-Leiterplattenmaterial?
- Eigenschaften des FR4-Materials, die die Leistung von Leiterplatten beeinflussen
Fertigungsmerkmale
Der Aufbau des Laminats wirkt sich auf die Herstellung aus.
CEM-1
CEM-1 wird üblicherweise für folgende Zwecke verwendet:
- einseitige Leiterplatten
- einfache Konsumgüter
- kostengünstige elektronische Geräte
Aufgrund seines Papierkerns eignet er sich nur bedingt für komplexere Kartonstrukturen.
CEM-3
CEM-3 unterstützt:
- doppelseitige Platten
- durchkontaktierte Löcher
- höhere Montagequalität
- stabilere Fertigungsprozesse
Aus diesen Gründen wird es häufig gewählt, wenn eine höhere Zuverlässigkeit erforderlich ist, ohne jedoch vollständig auf FR4 umzusteigen.
Typische Anwendungen
CEM-1
Zu den üblichen Anwendungen gehören:
- Haushaltsgeräte
- Spielzeug
- einfache Stromversorgungen
- kostengünstige Steuerplatinen
CEM-3
Typische Anwendungen sind:
- LED-Beleuchtungsprodukte
- Unterhaltungselektronik
- Büroausstattung
- Kommunikationszubehör
Produkte, die einen mehrschichtigen Aufbau erfordern, werden in der Regel eher aus FR4 als aus CEM-Materialien hergestellt.
Kostenüberlegungen
Die Materialkosten sind ein Grund dafür, dass CEM-Laminate weiterhin verwendet werden.
Allgemein:
- CEM-1 ist günstiger als CEM-3.
- CEM-3 ist in der Regel kostengünstiger als herkömmliches FR4 und bietet gleichzeitig eine bessere Leistung als CEM-1.
Die Gesamtfertigungskosten hängen zudem von der Komplexität der Leiterplatte, dem Produktionsvolumen und den Verarbeitungsanforderungen ab.
Die Wahl zwischen CEM-1, CEM-3 und FR4
Bei der Materialauswahl sollte mehr als nur der Preis berücksichtigt werden.
Zu den zu bewertenden Fragen gehören:
- Ist die Platine einseitig oder doppelseitig?
- Sind durchkontaktierte Löcher erforderlich?
- Welches Maß an mechanischer Festigkeit ist erforderlich?
- In welcher Betriebsumgebung wird das Produkt eingesetzt?
- Ist langfristige Zuverlässigkeit eine Priorität?
Bei vielen einfachen Produkten bieten CEM-Materialien eine ausreichende Leistungsfähigkeit.
Für mehrschichtige, hochdichte oder thermisch anspruchsvolle Konstruktionen ist FR4 nach wie vor die erste Wahl.
So wählen Sie das richtige Leiterplattenmaterial aus
- Schritt 1
Legen Sie die Platinenkonstruktion fest, einschließlich der Anzahl der Schichten und der Frage, ob Durchkontaktierungen erforderlich sind.
- Schritt 2
Prüfen Sie die elektrischen und mechanischen Anforderungen der Anwendung.
- Schritt 3
Vergleichen Sie die Materialkosten mit der erwarteten Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Produkts.
- Schritt 4
Erkundigen Sie sich bei Ihrem Leiterplattenlieferanten nach der Materialverfügbarkeit und den Fertigungsmöglichkeiten.
Schlussfolgerung
CEM-1 und CEM-3 sind nach wie vor wertvolle Leiterplattenmaterialien für viele kostenbewusste Anwendungen.
CEM-1 eignet sich im Allgemeinen für einfache einseitige Leiterplatten, während CEM-3 eine verbesserte mechanische Leistungsfähigkeit bietet und komplexere Leiterplattenkonstruktionen ermöglicht.
Bei der Auswahl des geeigneten Materials kommt es darauf an, ein Gleichgewicht zwischen Leistung, Fertigungsanforderungen und Gesamtproduktkosten herzustellen, anstatt sich einfach für das preisgünstigste Laminat zu entscheiden.
Häufig gestellte Fragen
A: CEM steht für „Composite Epoxy Material“ (Epoxid-Verbundwerkstoff), eine Familie von Leiterplattenlaminaten, die aus Epoxidharz und Verstärkungsmaterialien hergestellt werden.
A: CEM-1 besteht aus einem Papierkern mit Außenlagen aus Glasfaser und wird hauptsächlich für einseitige Leiterplatten verwendet. CEM-3 ist im gesamten Laminat mit Glasfaser verstärkt und eignet sich für komplexere Leiterplattenkonstruktionen.
A: Nein. CEM-3 weist zwar einige ähnliche Eigenschaften wie FR4 auf, bietet jedoch im Allgemeinen eine geringere mechanische und thermische Leistungsfähigkeit.
A: CEM-1 eignet sich für kostengünstige, einseitige Elektronikprodukte mit einfachen Schaltungsanforderungen.
A: Nicht unbedingt. Bei einfachen, kostensensiblen Anwendungen können CEM-Materialien eine ausreichende Leistung zu geringeren Kosten bieten, während FR4 für leistungsstärkere oder mehrschichtige Leiterplatten bevorzugt wird.
