Препрег (от англ. pre-impregnated, «предварительно пропитанный») — это полуфабрикатный композитный материал, состоящий из армирующей основы (обычно стеклоткани — glass cloth), пропитанной частично отверждённой (стадия B — B-stage) термореактивной смолой. В производстве печатных плат (ПП) препрег выполняет функцию диэлектрика и связующего слоя между медными проводящими слоями и сердечниками (core) при формировании многослойной структуры стека (stack-up) в процессе ламинирования.
Состав и структура
В качестве армирующей основы чаще всего используется ткань из стекловолокна марки E-glass (электрического назначения), реже — S-glass (высокой прочности) или арамидное волокно (например, Kevlar). Смолой-связующим обычно служит эпоксидная система (в материалах FR-4), модифицированная полиимидом, цианат-эфиром или бисмалеимидтриазином (BT) для придания специальных свойств — высокой теплостойкости (Tg > 170 °C) или низкой диэлектрической проницаемости (Dk < 3.5). Пропитка осуществляется на каландровых установках, где смола (в стадии A) проникает в ткань, после чего материал проходит термообработку для перевода смолы в стадию B.
Ключевые параметры и классификация
Свойства препрега нормируются стандартом IPC-4101, который определяет классы материалов по типу связующего, основе и ключевым характеристикам. Например, класс FR-4.1 описывает стандартный эпоксидный материал на основе стеклоткани E-glass. Основными контролируемыми параметрами являются:
-
Толщина после отверждения. Определяется типом и плотностью ткани (например, 106, 1080, 2116, 7628), варьируется от ~50 мкм до 200 мкм и более.
-
Содержание смолы (resin content). Обычно 40–60%.
-
Текучесть (flow). 15–35%, определяет способность заполнять пространство при ламинировании.
-
Время желатинизации (gel time). Параметр, характеризующий скорость отверждения при заданной температуре.
-
Температура стеклования (Tg) и коэффициент термического расширения (КТР, CTE) конечного диэлектрика.
Технологический процесс применения
В производстве многослойных печатных плат листы препрега («прокладки») укладываются в заданной последовательности между сердечниками и внешними слоями медной фольги, формируя «пакет» (book). Этот пакет затем подвергается вакуумно-гидравлическому ламинированию при температуре 170–200 °C и давлении 15–35 кгс/см². Под воздействием температуры и давления смола в препреге сначала переходит в вязкотекучее состояние, пропитывая соседние слои и вытесняя воздух, а затем окончательно отверждается (стадия C), образуя монолитный диэлектрик с высокой адгезией к меди и хорошей механической прочностью. Правильный подбор препрега по толщине, текучести и диэлектрическим свойствам исключает образование внутренних пустот (voids) и обеспечивает заданный импеданс проводников.
Источники: Определение и классификация препрегов установлены стандартом IPC-4101. Терминология согласуется со стандартом IPC-T-50 и ГОСТ Р 53386-2009 (МЭК 60050-541). Технологические аспекты описаны в стандартах IPC-4412 (спецификация для стеклоткани) и отраслевых руководствах по производству печатных плат. Химический состав смол и методы испытаний регламентированы стандартами ASTM.