Materialen die worden gebruikt in printplaten (PCB's): een uitgebreide gids voor fabrikanten.

Door klanten geautoriseerde afbeeldingen

Printed Circuit Boards (PCB's) zijn de onzichtbare ruggengraat van elk elektronisch apparaat - van smartphones tot ruimtevaartuigen - maar hun prestaties hangen volledig af van de materialen die worden gebruikt om ze te bouwen. De 5G-modem van een smartphone is afhankelijk van materialen met weinig verlies om signaaluitval te voorkomen, terwijl het batterijbeheersysteem (BMS) van een EV hittebestendige koperfolie nodig heeft om hoge stromen aan te kunnen. Het kiezen van het verkeerde materiaal kan leiden tot voortijdige defecten, kostbare herbewerking of zelfs veiligheidsrisico's (bijv. oververhitting in medische apparaten).

Deze gids beschrijft de kritieke materialen waaruit een PCB bestaat, hun unieke eigenschappen en hoe u de juiste materialen voor uw toepassing kunt selecteren. We behandelen alles, van fundamentele substraten en geleidende koperfolies tot beschermende soldeermaskers en betrouwbaarheid verhogende oppervlakteafwerkingen, met gegevensgestuurde vergelijkingen en praktijkvoorbeelden die zijn afgestemd op de Amerikaanse productienormen. Of u nu een consumenten gadget of een missiekritieke ruimtevaartcomponent ontwerpt, het begrijpen van deze materialen is essentieel voor het bouwen van PCB's die presteren, lang meegaan en voldoen aan de kostendoelen.

Belangrijkste punten
  a. Substraatmateriaal (bijv. FR4, Rogers, polyimide) bepalen de thermische, elektrische en mechanische prestaties van een PCB - FR4 is ideaal voor 80% van de consumententoepassingen, terwijl Rogers uitblinkt in 5G/mmWave-ontwerpen.
  b. De dikte (1oz–5oz) en het type (elektrolytisch vs. gewalst) van de koperfolie beïnvloeden de stroomvoerende capaciteit: 2oz koper verwerkt stromen van 30A+ (cruciaal voor EV's), terwijl gewalst koper flexibiliteit biedt voor wearables.
  c. Soldeermaskers (voornamelijk groen LPI) beschermen sporen tegen corrosie en soldeerbruggen, met varianten voor hoge temperaturen (Tg ≥150°C) die vereist zijn voor automotive en industriële PCB's.
  d. Oppervlakteafwerkingen (ENIG, HASL, ENEPIG) bepalen de soldeerbaarheid en levensduur: ENEPIG is de gouden standaard voor medische/lucht- en ruimtevaart, terwijl HASL kosteneffectief blijft voor apparaten met lage betrouwbaarheid.
  e. Fouten bij de materiaalselectie veroorzaken 35% van de PCB-defecten (IPC-gegevens) - het afstemmen van materialen op de toepassingsbehoeften (bijv. temperatuur, frequentie, stroom) vermindert het aantal defecten in het veld met 50%.

1. PCB-substraatmateriaal: de basis van de prestaties
Het substraat is de niet-geleidende basis die koperen sporen, componenten en andere PCB-lagen bevat. Het is de meest impactvolle materiaalkeuze, omdat het definieert:
  a. Thermische geleidbaarheid: hoe goed de PCB warmte afvoert (cruciaal voor componenten met hoog vermogen zoals IGBT's).
  b. Diëlektrische constante (Dk): hoe goed het elektrische signalen isoleert (lage Dk = betere hoogfrequentieprestaties).
  c. Mechanische sterkte: weerstand tegen kromtrekken, buigen of scheuren (belangrijk voor ruwe omgevingen).

Hieronder staan de meest voorkomende substraatmaterialen, met een gedetailleerde vergelijking om de selectie te begeleiden:

Waarom de keuze van het substraat belangrijk is
  a. Consumentenelektronica: FR4 is hier de werkpaard - de lage kosten en adequate thermische prestaties (0,3 W/m·K) voldoen aan de vermogensbehoeften van 1–5 W van smartphones en tablets. Een 6-laags FR4-PCB in een iPhone 15 kost ~(2,50, vs. )12,50 voor een Rogers-equivalent.
  b. 5G/Telecom: De lage Dk (3,48) van Rogers RO4350 minimaliseert signaalverlies bij 28 GHz, waardoor het essentieel is voor 5G-basisstations. Zonder dit zouden 5G-signalen met 40% verslechteren over een spoor van 10 cm.
  c. Lucht- en ruimtevaart: Polyimide-substraten zijn bestand tegen temperatuurschommelingen van -55°C tot 200°C en zijn bestand tegen straling, waardoor ze ideaal zijn voor satelliet-PCB's. De James Webb-ruimtetelescoop van NASA gebruikt PCB's op basis van polyimide voor zijn cryogene instrumenten.
  d. EV's: Aluminiumkern (MCPCB)-substraten in EV-omvormers voeren warmte 3x sneller af dan FR4, waardoor de junctietemperaturen van IGBT's onder de 125°C blijven (de drempel voor thermische throttling).

2. Koperfolie: de geleidende ruggengraat
Koperfolie is het geleidende materiaal dat sporen, vlakken en pads vormt - het transporteert elektrische signalen en stroom over de PCB. De dikte, het type en de zuiverheid hebben direct invloed op de stroomcapaciteit, flexibiliteit en kosten.

Belangrijkste specificaties van koperfolie
  a. Dikte: Gemeten in 'ounces (oz)' (1oz = 35μm dikte). Veelvoorkomende opties:
1oz: Ideaal voor signalen met lage stroomsterkte (≤10A) in consumentenelektronica.
2oz: Verwerkt stromen van 10–30A (EV BMS, industriële motoraandrijvingen).
3–5oz: Voor toepassingen met hoog vermogen (50A+), zoals EV-omvormers of lasapparatuur.
  b. Type: Twee primaire varianten, elk geschikt voor specifieke behoeften:

Kritische overwegingen voor koperfolie
  a. Stroomcapaciteit: Een 1 mm brede, 2 oz koperen spoor voert ~30A bij 25°C (IPC-2221-standaard). Gebruik voor hogere stromen bredere sporen (bijv. 2 mm breed, 2 oz = 50A) of dikkere folie (3 oz = 45A voor 1 mm breedte).
  b. Oppervlakteruwheid: Gewalst koper heeft een gladder oppervlak (Ra <0,5μm) dan elektrolytisch (Ra 1–2μm), waardoor signaalverlies bij hoge frequenties (28 GHz+) wordt verminderd. Dit maakt het ideaal voor 5G mmWave-PCB's.
  c. Flexibiliteit: Gewalst koper is bestand tegen 10.000+ buigcycli (vs. 1.000 voor elektrolytisch), cruciaal voor opvouwbare telefoons of draagbare sensoren.

Voorbeeld: De Model Y BMS van Tesla gebruikt 2 oz elektrolytische koperfolie voor voedingsvlakken - het balanceren van kosten en stroomcapaciteit (30A per spoor) terwijl de PCB dun genoeg blijft om in het batterijpakket te passen.

3. Soldeermasker: sporen beschermen en kortsluitingen voorkomen
 a. Soldeermasker is een vloeibare of droge film die wordt aangebracht over koperen sporen (behalve pads) om:
 b. Koper te beschermen tegen oxidatie en corrosie.
 c. Onbedoelde soldeerbruggen tussen aangrenzende sporen te voorkomen (vaak voorkomend in PCB's met hoge dichtheid).
 d. Sporen te isoleren tegen vocht, stof en chemicaliën.

Veelvoorkomende soorten soldeermaskers
Vloeibaar foto-afbeeldbaar (LPI) soldeermasker wordt gebruikt in 95% van de moderne PCB's - het wordt aangebracht als een vloeistof, blootgesteld aan UV-licht (via een fotomasker) en ontwikkeld om pads onbedekt te laten. Andere typen (droge film, zeefdruk) zijn tegenwoordig zeldzaam vanwege de lagere precisie.

Waarom de kleur van het soldeermasker belangrijk is
 a. Groen: De industriestandaard - betaalbaar, gemakkelijk te inspecteren (contrast met koper) en compatibel met de meeste processen.
 b. Zwart: Populair in high-end apparaten (bijv. premium smartphones) voor esthetiek, maar moeilijker te inspecteren (vereist UV-licht om op defecten te controleren).
 c. Wit: Gebruikt in LED-PCB's - reflecteert licht om de helderheid van LED's met 15% te verhogen.

Belangrijke opmerking: LPI voor hoge temperaturen (Tg ≥150°C) is verplicht voor automotive PCB's, die in omgevingen onder de motorkap werken (125°C+). Standaard LPI (Tg 130°C) zou zachter worden of loslaten, wat leidt tot kortsluiting.

4. Zeefdrukinkt: etikettering en identificatie
Zeefdrukinkt is de laatste laag die op PCB's wordt aangebracht - het afdrukken van tekst, logo's, componentreferenties (bijv. 'R1', 'U2') en polariteitsmarkeringen. Het is cruciaal voor de montage (het begeleiden van de componentplaatsing) en het onderhoud (het identificeren van onderdelen voor reparatie).

Soorten zeefdrukinkt
De meeste inkten zijn op epoxybasis (bestand tegen hitte en chemicaliën) of UV-uithardend (sneldrogend voor productie met grote volumes). Belangrijkste overwegingen:

Beste praktijken voor zeefdruk
 a. Lettergrootte: Gebruik minimaal 0,8 mm hoge tekst - kleinere tekst is moeilijk te lezen en kan tijdens de montage vlekken veroorzaken.
 b. Speling: Houd inkt 0,1 mm weg van pads - inkt op pads voorkomt solderen (een belangrijke oorzaak van montagefouten).
 c. Duurzaamheid: Epoxy-inkten hebben de voorkeur voor industriële PCB's, die mogelijk regelmatig worden gereinigd of behandeld.

Voorbeeld: Een fabriek die industriële motoraandrijvingen repareert, vertrouwt op epoxy-zeefdruk om een defecte weerstand ('R45') te identificeren - zonder duidelijke etikettering zou de reparatietijd verdubbelen, wat $500/uur aan uitvaltijd zou kosten.

5. Oppervlakteafwerkingen van PCB's: het garanderen van soldeerbaarheid en levensduur
Oppervlakteafwerkingen bedekken blootliggende koperen pads om:
  a. Oxidatie te voorkomen (wat de soldeerbaarheid vernietigt).
  b. De betrouwbaarheid van soldeerverbindingen te verbeteren.
  c. De houdbaarheid van PCB's te verlengen (van 6 maanden tot 2+ jaar).
Dit is een van de meest kritieke materiaalkeuzes - slechte afwerkingen veroorzaken 25% van de soldeermislukkingen (IPC-gegevens). Hieronder staat een vergelijking van de meest voorkomende opties:

Waarom de keuze van de afwerking niet onderhandelbaar is
 a. Medische apparaten: ENEPIG is verplicht - het vermijdt 'black pad' (een broze nikkel-goudverbinding die verbindingsfouten veroorzaakt) en is bestand tegen autoclaafsterilisatie (134°C, 2 bar druk).
 b. Lucht- en ruimtevaart: De houdbaarheid van 18 maanden van ENIG zorgt ervoor dat PCB's soldeerbaar blijven tijdens lange opslag (bijv. satellietcomponenten die 2 jaar voor de lancering worden opgeslagen).
 c. Consumentenelektronica: HASL is kosteneffectief voor tv's of speelgoed, waar PCB's snel worden gemonteerd en om de 2–3 jaar worden vervangen.
 d. EV's: ENEPIG wordt gebruikt in ADAS-radar-PCB's - de corrosiebestendigheid (1.500 uur zoutsproeitest) voorkomt defecten door strooizout en vocht.

6. Kader voor materiaalselectie: hoe u de juiste combinatie kiest
Met zoveel opties kan het selecteren van PCB-materialen overweldigend aanvoelen. Gebruik dit 4-stappenkader om materialen af te stemmen op uw toepassing:

Stap 1: Prestatie-eisen definiëren
  a. Elektrisch: Wat is de maximale frequentie (bijv. 28 GHz voor 5G) of stroom (bijv. 30A voor EV BMS)? Substraten met lage Dk (Rogers) en dik koper (2oz+) zijn nodig voor hoge prestaties.
  b. Thermisch: Wat is de maximale bedrijfstemperatuur (bijv. 150°C voor automotive)? Kies substraten met hoge Tg (FR4 Tg 170°C) en MCPCB's voor warmteafvoer.
  c. Mechanisch: Zal de PCB buigen (wearables) of trillingen weerstaan (lucht- en ruimtevaart)? Flexibele polyimide-substraten en gewalst koper zijn hier cruciaal.

Stap 2: Kosten versus waarde overwegen
  a. Consumentenelektronica: Prioriteer materialen met lage kosten (FR4, 1oz elektrolytisch koper, HASL) om aan de prijs te voldoen (bijv. een smartphone van $200 kan zich geen Rogers-substraten veroorloven).
  b. Hoge betrouwbaarheid (medisch/lucht- en ruimtevaart): Investeer in premium materialen (ENEPIG, polyimide, Rogers) - de (10 extra per PCB vermijdt )100k+ garantieclaims of wettelijke boetes.

Stap 3: Compatibiliteit met productie controleren
 a. Zorg ervoor dat materialen werken met uw montageproces:
   Flexibele PCB's vereisen gewalst koper en polyimide soldeermasker - elektrolytisch koper zal scheuren tijdens het buigen.
   Runs met grote volumes (100k+ PCB's) profiteren van UV-uithardende zeefdruk (snel uitharden) vs. epoxy (langzamer).

Stap 4: Naleving valideren
 a. Automotive: Materialen moeten voldoen aan IATF 16949 (bijv. soldeermasker met hoge Tg, ENEPIG).
 b. Medisch: ISO 13485 vereist biocompatibele materialen (bijv. ENEPIG, polyimide).
 c. Wereldwijde markten: RoHS-naleving verbiedt lood - kies loodvrije HASL (Sn-Cu) of ENIG.

7. Praktijkgerichte materiaalcombinaties per branche
Om de materiaalselectie concreet te maken, volgen hier bewezen combinaties voor veelvoorkomende toepassingen:

Consumentenelektronica (hoofd-PCB van smartphone)
1. Substraat: High-Tg FR4 (Tg 170°C)
2. Koperfolie: 1oz elektrolytisch (signaallagen), 2oz elektrolytisch (voedingsvlakken)
3. Soldeermasker: Standaard LPI groen (Tg 130°C)
4. Zeefdruk: UV-uithardende epoxy (0,8 mm tekst)
5. Oppervlakteafwerking: ENIG (balanceert soldeerbaarheid en kosten)
6. Waarom het werkt: FR4 houdt de kosten laag, 2oz koper verwerkt laadstromen (15A) en ENIG zorgt voor betrouwbaar BGA-solderen (0,4 mm pitch).

Automotive (EV-omvormer PCB)
1. Substraat: Aluminiumkern (MCPCB)
2. Koperfolie: 3oz elektrolytisch (verwerkt stromen van 50A)
3. Soldeermasker: High-Tg LPI (Tg 180°C)
4. Zeefdruk: Op epoxybasis (bestand tegen olie/chemicaliën)
5. Oppervlakteafwerking: ENEPIG (corrosiebestendigheid, geen black pad)
6. Waarom het werkt: MCPCB voert IGBT-warmte af, 3oz koper voert hoge stroom, en ENEPIG is bestand tegen omstandigheden onder de motorkap.

Medisch (pacemakercontroller PCB)
1. Substraat: Polyimide (flexibel, biocompatibel)
2. Koperfolie: 1oz gewalst (flexibel, lage oppervlakteruwheid)
3. Soldeermasker: Flexibele LPI (op polyimidebasis, biocompatibel)
4. Zeefdruk: Epoxy (bestand tegen lichaamsvloeistoffen)
5. Oppervlakteafwerking: ENEPIG (sterilisatiebestendig, lange houdbaarheid)
6. Waarom het werkt: Polyimide buigt mee met lichaamsbewegingen, gewalst koper voorkomt scheuren en ENEPIG voldoet aan de ISO 13485-normen.

Lucht- en ruimtevaart (satellietcommunicatie PCB)
1. Substraat: PTFE (lage Dk voor 60 GHz signalen)
2. Koperfolie: 2oz gewalst (stralingsbestendig)
3. Soldeermasker: High-Tg LPI (Tg 180°C, stralingsbestendig)
4. Zeefdruk: Epoxy (bestand tegen vacuüm en temperatuurschommelingen)
5. Oppervlakteafwerking: ENIG (houdbaarheid van 18 maanden)
6. Waarom het werkt: PTFE minimaliseert signaalverlies in de ruimte, gewalst koper is bestand tegen stralingsschade en ENIG zorgt voor soldeerbaarheid na lange opslag.

Veelgestelde vragen over PCB-materialen
V: Kan ik verschillende substraatmaterialen in één PCB mengen?
A: Ja - 'hybride' PCB's combineren materialen voor specifieke behoeften. Een 5G-router-PCB kan bijvoorbeeld Rogers gebruiken voor het mmWave-gedeelte (lage Dk) en FR4 voor de rest (kostenbesparing). Zorg er gewoon voor dat materialen een vergelijkbare CTE (coëfficiënt van thermische uitzetting) hebben om kromtrekken tijdens het reflowen te voorkomen.

V: Wat is het verschil tussen 1oz en 2oz koper voor signaalsporen?
A: 1oz koper (35μm) is voldoende voor de meeste signalen (≤10A, ≤1GHz), terwijl 2oz (70μm) nodig is voor hogere stromen (10–30A) of lagere weerstand (cruciaal voor lange sporen in industriële PCB's). 2oz koper voert ook warmte beter af, waardoor de sporen met 15°C afkoelen bij 20A.

V: Waarom is groen de standaardkleur voor soldeermaskers?
A: Groene inkt gebruikt een pigment (ftalocyaninegroen) dat betaalbaar, UV-stabiel is en een hoog contrast biedt met koper - waardoor inspecteurs gemakkelijk defecten kunnen opsporen (bijv. ontbrekend soldeermasker, krassen). Andere kleuren (zwart, wit) zijn esthetisch of functioneel, maar kosten meer.

V: Is ENEPIG de extra kosten waard ten opzichte van ENIG?
A: Voor toepassingen met hoge betrouwbaarheid (medisch, lucht- en ruimtevaart), ja - ENEPIG voegt een palladiumlaag toe die 'black pad' elimineert (een belangrijk faalpunt in ENIG) en de draadbindingssterkte met 30% verbetert. Voor consumentenelektronica is ENIG meestal voldoende.

V: Kunnen flexibele PCB's FR4-substraat gebruiken?
A: Nee - FR4 is stijf en zal scheuren bij het buigen. Flexibele PCB's vereisen polyimide- of polyester-substraten, in combinatie met gewalste koperfolie (ductiel genoeg om buigen te weerstaan).

Conclusie
PCB-materialen zijn niet uitwisselbaar - elke keuze (substraat, koper, soldeermasker, afwerking) heeft direct invloed op de prestaties, betrouwbaarheid en kosten. FR4 en 1oz koper werken voor 80% van de consumententoepassingen, maar 5G, EV's en medische apparaten vereisen gespecialiseerde materialen zoals Rogers, 2oz+ koper en ENEPIG.
De sleutel tot succes is het afstemmen van materialen op de unieke behoeften van uw toepassing:
  a. Prioriteer substraten met lage Dk voor hoogfrequentieontwerpen.
  b. Kies dikker koper voor paden met hoge stroomsterkte.
  c. Gebruik materialen voor hoge temperaturen voor automotive/industriële omgevingen.
  d. Investeer in premium afwerkingen (ENEPIG) voor PCB's met een lange levensduur of veiligheidskritische PCB's.
Door deze gids te volgen, vermijdt u de 35% van de PCB-defecten die worden veroorzaakt door materiaalmisverstanden - en bouwt u producten die voldoen aan de prestatiedoelen, binnen het budget blijven en de tand des tijds doorstaan. Of u nu een ervaren ingenieur bent of een start-up oprichter, het beheersen van PCB-materialen is de eerste stap om elektronica te creëren die de concurrentie overtreft en overleeft.