1. Warum der zeilenweise Parametervergleich zwei Engineering-Runden kostet
Wenn Sie die SKPCB Materialbibliothek öffnen, sehen Sie eine Tabelle mit einigen Dutzend Zeilen: Typ, Hersteller, Produkt, Tg, Td, Dk, Df, Anwendung. Der erste Reflex ist bei fast allen, waagerecht zu lesen — die Tg-Spalte absteigend zu sortieren oder die Zeilen mit dem kleinsten Df einzukreisen.
Genau dieser Reflex ist der Anfang der Nacharbeit. Der Grund ist konkret: bei einer ganzen Materialgruppe in dieser Tabelle steht in der Tg-Spalte N/A. Rogers TMM10, TMM10i, TMM13i, RT/duroid 6002, RO3003, RO3006, RO3010, RT/duroid 6006, RT/duroid 6010, RT/duroid 5870/5880 und Taconic TLY-5 zeigen dort alle N/A. Das ist keine Lücke auf der Seite. Diese Familien werden gar nicht über eine Glasübergangstemperatur beschrieben.
Ein "Sortieren nach Tg" schiebt damit den gesamten Keramik-/PTFE-Bereich unbemerkt an das Tabellenende oder ganz heraus. Wenn Ihre Leiterplatte zufällig eine Mikrowellen-Leiterplatte ist, haben Sie gerade die einzige richtige Antwort verworfen. Umgekehrt: sortieren Sie nach dem kleinsten Df, landen Sie bei TLY-5 (0,0009), RT/duroid 5870/5880 (0,0012) und RT/duroid 6002 (0,0012) — also im PTFE-Bereich. Für eine sechslagige Digitalplatine, die lediglich DDR fahren muss, tauschen Sie damit Kosten und Prozessaufwand gegen eine Kenngröße, die Sie nie nutzen werden.
So entstehen die zwei Engineering-Runden. In der ersten geht eine über Familiengrenzen hinweg ausgewählte Materialnummer in die Fertigung und es kommt zurück, dass die Struktur dieser Platine sie weder braucht noch dazu passt. Erst in der zweiten Runde lautet die Frage: welche Spalte hätte ich eigentlich lesen müssen.
Parameter sortieren Kandidaten innerhalb einer Familie. Sie treffen keine Auswahl zwischen Familien. Erst die Familie festlegen, dann die Zahlen lesen. Wer das umdreht, arbeitet nach.
2. Filter eins: die Anwendung bestimmt die Materialfamilie
Die linke Spalte der Tabelle ist der Typ, die rechte die Anwendung. Der erste Schritt der Auswahl steckt nicht in den vier Zahlenspalten dazwischen, sondern in der Zuordnung dieser beiden äußeren Spalten.
Die Seite gliedert Basismaterialien in sechs Familien: FR-4, Polyimid, Keramikpolymer, Keramik/PTFE, Kohlenwasserstoff/Keramik und PTFE-Verbund. Der Seitentext selbst formuliert es so: "Ihre Anwendung sollte Ihre Materialwahl beeinflussen — für RF/Mikrowelle, Signalintegrität oder Temperaturwechsel." Diese drei Anwendungsbegriffe sind exakt die wiederkehrenden Werte der Anwendungsspalte, dazu kommt Standard.
Diese vier Werte sind die komplette Skala des ersten Filters:
- Standard — gewöhnliche Digital-, Strom- und Steuerplatinen. In der Tabelle: Isola 370HR, ITEQ IT180A, Ventec VT-42 / VT-47 / VT-481, Kingboard KB-6167F sowie das halogenfreie VT-447. Alles FR-4.
- Signalintegrität — schnelle Digitalstrecken, bei denen Verluste kontrolliert werden müssen. In der Tabelle: Isola FR408HR / FR408 / Itera MT40, Panasonic Megtron 4 / 6 / 7, Nelco N4000-13 EP SI, das halogenfreie Ventec VT-464(D). Überwiegend noch innerhalb von FR-4, nämlich im Hochgeschwindigkeitszweig dieser Familie.
- RF / Mikrowelle — echte Hochfrequenz- und Mikrowellenschaltungen. Hier erscheinen Isola Astra MT77 und Tachyon 100G sowie die Rogers TMM-Serie, die RO3000-/RO4000-Serien, die RT/duroid-Serie und Taconic TLY-5 — das Heimfeld von Keramikpolymer, Keramik/PTFE, Kohlenwasserstoff/Keramik und PTFE-Verbund.
- Temperaturwechsel — Platinen, die wiederholt große Temperaturhübe erfahren. In der Tabelle: Arlon 85N, Ventec VT-901 / VT-90H, Isola P95/P25. Alles Polyimid.
Das Ergebnis von Filter eins ist keine Materialnummer, sondern eine oder zwei Familien. Danach betreffen Sie die meisten Tabellenzeilen nicht mehr, und die restlichen drei Filter arbeiten nur noch am Rest.
Zur Abgrenzung: dieser Beitrag behandelt ausschließlich die Reihenfolge über die Familiengrenzen hinweg. Führt Filter eins zu RF/Mikrowelle, stehen die Abwägungen zwischen den Materialnummern in Materialauswahl für Hochfrequenz-Leiterplatten und Isola-Materialauswahl nach Frequenz. Führt er in Richtung Keramik oder metallbasierte Entwärmung, siehe den Leitfaden zu Keramiksubstrat-Leiterplatten und Wärmemanagement bei Aluminium-MCPCB.
3. Filter zwei: Tg/Td beantwortet, ob die Platine den Prozess übersteht
Steht die Familie, ist der zweite Filter die thermische Stabilität — Tg (Glasübergangstemperatur) und Td (Zersetzungstemperatur).
Eines muss vorab klar sein: das ist ein Tor, das passiert werden muss, keine Spalte mit Punktzahlen. Und es ist ein Vergleich innerhalb der Familie, niemals über Familien hinweg. Wie oben steht im Keramik-/PTFE-Bereich bei Tg ein N/A; ein FR-4-Tg gegen diese Zeilen zu stellen ergibt nichts.
Innerhalb von FR-4 ist die von der Bibliothek angegebene Verteilung der Typwerte eindeutig: Ventec VT-42 bei Tg 140 / Td 310, Ventec VT-481 bei 155 / 345, ITEQ IT180A bei 175 / 345, Kingboard KB-6167F bei 175 / 350, Panasonic Megtron 4 bei 176 / 360, Isola 370HR bei 180 / 340, Ventec VT-47 bei 180 / 355, Ventec VT-447 bei 180 / 380, Isola FR408HR bei 190 / 360, Panasonic Megtron 6 bei 185 / 410, dazu Megtron 7, Isola Itera MT40 und Astra MT77 im Band Tg 200 und Nelco N4000-13 EP SI bei 210 / 350.
Die Polyimid-Familie liegt in einem völlig anderen Abschnitt: Ventec VT-901 und VT-90H bei Tg 250 / Td 390, Arlon 85N bei Tg 250 / Td 407, Isola P95/P25 bei Tg 260 / Td 416. Das ist der physikalische Ursprung des Anwendungswerts "Temperaturwechsel" — nicht weil diese Materialien "besser" wären, sondern weil ihr thermisch stabiler Bereich anderswo liegt.
⚠️ Die Angabe der Materialbibliothek zu allen Tabellenwerten muss wörtlich mitgeführt werden: "Die Werte sind typisch; vollständige und genaue Daten entnehmen Sie bitte dem Datenblatt des Herstellers." Die Zahlen oben dienen dazu, Größenordnung und relative Lage innerhalb der Familie zu erfassen; jeder Wert, der in eine Design-Freigabe oder ein Abnahmedokument eingeht, ist dem Herstellerdatenblatt zu entnehmen.
Angewendet wird Filter zwei so, dass Sie die thermische Historie, die diese Platine in Fertigung und Betrieb erfährt, gegen diese Verteilung innerhalb der Familie legen: viele Lagen mit mehrfachem Verpressen, hohe Temperaturen in der späteren Bestückung, oder ein Einsatzumfeld mit wiederholten großen Temperaturhüben — daraus folgt, welchen Abschnitt der Familie Sie nehmen, nicht die höchste Zeile. Tg und Td gehören dabei zusammen: die Tabelle enthält Fälle mit gleichem Tg und 40 °C Unterschied im Td (VT-47 mit Td 355 und VT-447 mit Td 380, beide bei Tg 180). Wer nur eine Zahl betrachtet, übersieht den Unterschied im Zersetzungsverhalten.
4. Filter drei: Dk/Df bedeuten erst etwas, wenn das elektrische Ziel feststeht
Der dritte Filter sind die Dielektrizitätszahl Dk und der Verlustfaktor Df. Er steht an dritter Stelle nicht, weil er unwichtig wäre, sondern weil sich ohne ein klares elektrisches Ziel bei diesen beiden Zahlen gar nicht beurteilen lässt, was gut ist.
Dk bestimmt Impedanz und Signalgeschwindigkeit bei gegebener Leiterbreite, Df bestimmt die dielektrischen Verluste. Die Spannweite in der Tabelle ist groß: Dk von 2,20 bei Taconic TLY-5 und 2,33 bei RT/duroid 5870/5880 bis zu 12,85 bei Rogers TMM13i und 10,2 / 9,8 bei RO3010 und TMM10i; Df von 0,0009 bei TLY-5 bis 0,017 bei Kingboard KB-6167F und 0,0179 bei Isola P95/P25.
Ein hohes Dk ist kein Mangel, ein niedriges Dk kein Vorzug — sie entsprechen unterschiedlichen Schaltungsformen. Materialien mit hohem Dk wie RO3010 (Dk 10,2) existieren, damit HF-Strukturen bei gegebener Frequenz kleiner gebaut werden können; Materialien mit niedrigem Dk und geringem Verlust wie RT/duroid 5880 (Dk 2,33, Df 0,0012) existieren, damit die Verluste langer Leitungen beherrschbar bleiben. Sie in eine Rangliste zu stellen und das "beste Dk" zu suchen, beantwortet eine Frage, die niemand gestellt hat.
Ebenso: hat Filter eins diese Platine in die Kategorie Standard gestellt, hat der Unterschied zwischen Df 0,015 und Df 0,0031 für sie keine beobachtbare Wirkung, während der Materialwechsel Prozessaufwand und Materialrestriktionen zugleich mitbringt. Aufwand für ein besseres Df lohnt erst, wenn die dielektrischen Verluste im Budget der Übertragungsstrecke als Posten auftauchen.
Auch dieser Filter arbeitet innerhalb der Familie und unter einem festgelegten elektrischen Ziel, und er trägt denselben Vorbehalt der Seite: Typwerte, maßgeblich ist das Datenblatt des Herstellers. Zu beachten ist außerdem, dass mehrere Werte als Bereiche angegeben sind — Isola 370HR mit Df 0,015–0,025, Ventec VT-464(D) mit Dk 3,0–3,6 und Df 0,004–0,008, Nelco N4000-13 EP SI mit Dk 3,3–3,7 und Df 0,007–0,008. Der Bereich ist selbst der Hinweis darauf, dass diese Parameter von Aufbau und Messbedingungen abhängen und keine Einzelkonstanten sind.
5. Filter vier: die Fertigbarkeit kommt zuletzt und ist die einzige, die die ersten drei aufheben kann
Die ersten drei Filter laufen innerhalb der Materialtabelle. Der vierte läuft außerhalb: kann die Fertigung die Struktur, die diese Platine werden soll, tatsächlich herstellen.
Dieser Filter muss existieren, weil die Basismaterialwahl nie allein steht — sie wird gemeinsam mit Lagenzahl, Aufbau, Bohrdurchmesser und Leiterbreite festgelegt. Die SKPCB Fertigungsmöglichkeiten nennen die Fenster der Rohplatinenfertigung: 2–64 Lagen, maximale Nutzengröße 1250×570 mm, Platinendicke 0,2–6,0 mm, Kupfer von 0,5oz bis über 12oz, minimale Leiterbreite/-abstand 2/2 mil, minimale Bohrung 0,075 mm, mechanisches Bohren ab 0,15 mm und Laserbohren ab 0,075 mm, Bohrdurchmessertoleranz ±0,05 mm, Positioniergenauigkeit ±0,025 mm, Aspektverhältnis ≤10:1, Rückbohrkontrolle ±0,05 mm; zu den Sonderprozessen gehören Impedanzkontrolle ±5 % (Standard ±10 %), Blind- und Buried Vias, Any-Layer, mit Harz gefüllte Vias, mit Kupferpaste gefüllte Vias, halbe Bohrungen (castellated) und Goldfinger.
⚠️ Diese Seite trägt einen eigenen Vorbehalt, der bei jeder Zitation mitgehen muss: "The listed windows are not universal commitments for every product; materials, stack-up, dimensions, processes and acceptance criteria are confirmed from project data." (Die genannten Fenster sind keine allgemeine Zusage für jedes Produkt; Materialien, Aufbau, Maße, Prozesse und Abnahmekriterien werden anhand der Projektdaten bestätigt.)
In der Praxis stellt Filter vier drei Fragen:
- Trägt das von den ersten drei Filtern ausgewählte Material die Lagenzahl und Platinendicke, die diese Platine braucht? Lagenzahl und Dicke bestimmen gemeinsam die Verteilung des Dielektrikums und damit, wo das Aspektverhältnis der Bohrungen landet — das Fenster ≤10:1 ist eine harte Grenze und wirkt zusammen mit Ihrer Materialwahl, es ist keine Eigenschaft des Materials allein. Die strukturellen Abwägungen mehrlagiger Aufbauten stehen auf der Produktseite Multilayer-Leiterplatten.
- Verlangt die Impedanzanforderung eine Dk-Konsistenz von diesem Material? Die Seite führt Impedanzkontrolle ±5 % als Sonderprozess, mit ±10 % als Standard. Sobald ein Design in das ±5-%-Band geht, ist die Materialwahl kein Ablesen eines Dk-Typwerts mehr, sondern muss zusammen mit der Struktur dieser konkreten Platine im Engineering bestätigt werden.
- Gibt es diese Kombination schon? Das ist der einzige Punkt, den keine Tabelle auf keiner Seite beantwortet, und der, den man am besten vor dem Design-Freeze stellt. Die Seite sagt ausdrücklich, dass ihre Fenster anhand der Projektdaten bestätigt werden. Andersherum gelesen heißt dieser Satz: Material, Aufbau, Maße, Prozesse und Abnahmekriterien zusammen einreichen, dann gibt es eine belastbare Antwort.
Filter vier kann die ersten drei aufheben. Umgekehrt geschieht das nie. Deshalb steht er zuletzt und wiegt am schwersten: die ersten drei Filter entscheiden auf Papier, der vierte bestätigt an einer realen Linie. Und ob die Wahl richtig war, beantworten am Ende beobachtbare Ergebnisse an der Platine — weshalb die Materialbestätigung unter dem Mikroskop endet.
6. Die vier Filter als ein Trichter
Zusammengefasst ist das ein einsinniger Trichter, keine vier beliebig sortierbaren Bewertungskriterien:
| Reihenfolge | Filter | Eingang | Ergebnis | Warum nicht früher |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Materialfamilie | Anwendung: Standard / Signalintegrität / RF-Mikrowelle / Temperaturwechsel | 1–2 Familien | Ohne Familie vergleicht man Parameter über Familien hinweg und verwirft die N/A-Zeilen versehentlich |
| 2 | Tg/Td | Thermische Historie der Platine | Thermischer Abschnitt innerhalb der Familie | Tg ist vor der Festlegung der Familie nicht vergleichbar |
| 3 | Dk/Df | Klares elektrisches Ziel | Kandidaten-Materialnummern in der Familie | Ohne elektrisches Ziel gibt es bei Dk/Df kein besser oder schlechter |
| 4 | Fertigbarkeit | Lagenzahl, Dicke, Bohrung, Leiterbreite, Impedanzband | Baubare Kombination oder Rücksprung zu Filter 1–3 | Vor definierter Struktur gibt es nichts zu prüfen |
Filter eins zuerst zu ziehen erspart den größten Teil der unwirksamen Vergleiche in den übrigen drei. Filter vier zuletzt, aber nie ausgelassen, erspart die Runde "auf Papier gewählt, an der Linie verworfen". Das ist der ganze Mechanismus hinter den zwei gesparten Engineering-Runden — es gibt keine Abkürzung, man hört nur auf, die Filter rückwärts zu ziehen.
Um Material- und Strukturkombination für einen konkreten Platinentyp zu bestätigen, reichen Sie Lagenzahl, Dicke, Bohrdurchmesser, Leiterbreite und Impedanzanforderung gemeinsam über den Engineering-Kontakt der SKPCB Materialbibliothek ein.
FAQ
F1: Können Sie mir nicht einfach das beste Basismaterial nennen?
Nein — und die Frage selbst zeigt, dass Filter eins noch nicht angewendet wurde. Die Materialbibliothek gliedert Basismaterialien nach Anwendung in Standard, Signalintegrität, RF/Mikrowelle und Temperaturwechsel, und die jeweils beste Antwort liegt in einer anderen Familie. Ohne Angabe der Anwendung ist jede Materialempfehlung geraten.
F2: Warum steht bei manchen Materialien N/A beim Tg? Fehlen Daten?
Es fehlt nichts. Bei der Rogers TMM-Serie, der RO3000-Serie, der RT/duroid-Serie und Taconic TLY-5 steht in der Bibliothek N/A, weil diese Keramik-/PTFE-Systeme nicht über eine Glasübergangstemperatur charakterisiert werden. Genau deshalb lässt sich Tg nicht über Familiengrenzen sortieren.
F3: Ist ein höherer Tg zuverlässiger?
Nein. Tg ist ein Tor, das passiert werden muss, keine Punktzahl. Er muss zur thermischen Historie passen, die die Platine tatsächlich erfährt, und er ist zusammen mit Td zu lesen — die Bibliothek enthält Fälle mit gleichem Tg und 40 °C Unterschied im Td (beide bei Tg 180: VT-47 mit Td 355, VT-447 mit Td 380). Alle Tabellenwerte sind Typwerte; vollständige und genaue Daten entnehmen Sie dem Datenblatt des Herstellers.
F4: Meine Platine ist eine gewöhnliche Digitalplatine. Soll ich auf ein Material mit niedrigem Df wechseln?
Prüfen Sie zuerst, ob die dielektrischen Verluste im Budget der Übertragungsstrecke überhaupt ein Posten sind. Hat Filter eins diese Platine in die Kategorie Standard gestellt, bringt der Weg von Df 0,015 auf 0,0031 keine beobachtbare Verbesserung, importiert aber Materialrestriktionen und Prozessaufwand zugleich.
F5: Ist ein hohes oder ein niedriges Dk besser?
Keines von beiden ist „besser". Die Dk-Spannweite der Bibliothek reicht von 2,20 bei TLY-5 bis 12,85 bei TMM13i; hohes Dk dient dazu, HF-Strukturen kleiner zu bauen, niedriges Dk mit geringem Verlust dazu, die Verluste langer Leitungen zu beherrschen. Sie bedienen unterschiedliche Schaltungsformen. Die Werte bleiben Typwerte, maßgeblich ist das Datenblatt des Herstellers.
F6: Kann die Fertigung ein fertig gewähltes Material noch ablehnen?
Ja, und genau dafür existiert Filter vier. Strukturvorgaben wie Lagenzahl, Dicke, Bohrdurchmesser und das Aspektverhältnis ≤10:1 schränken die Materialkombinationen zurück ein; geht die Impedanz in das Band ±5 % (Standard ±10 %), müssen Material und Struktur gemeinsam im Engineering bestätigt werden. Die Seite selbst sagt, dass die genannten Fenster keine allgemeine Zusage sind und Materialien, Aufbau, Maße, Prozesse und Abnahmekriterien anhand der Projektdaten bestätigt werden.
F7: Wie grenzt sich dieser Beitrag von der Materialbibliothek und den Hochfrequenz-Beiträgen ab?
Die Materialbibliothek liefert die Daten (Familien, Materialnummern, Tg/Td/Dk/Df, Anwendung); dieser Beitrag liefert die Reihenfolge, in der man diese Tabelle benutzt; die Hochfrequenz- und Einzelfamilien-Beiträge liefern die Materialnummernwahl innerhalb einer Familie, nachdem Filter eins durchlaufen ist.