Una guia de FR-4 per a circuits impresos

Les propietats i característiques del FR-4 o FR4 el fan molt versàtil a un cost assequible. És per això que el seu ús està tan estès en la producció de circuits impresos. Per tant, és normal que incloguim un article al respecte al nostre blog.

En aquest article, trobareu més informació sobre:

Les propietats i avantatges de FR4
Els diferents tipus de FR-4
Factors a tenir en compte a l'hora d'escollir el gruix
Per què triar FR4?
Els tipus de FR4 disponibles a Proto-Electronics

Propietats i materials FR4

FR4 és un estàndard definit per la NEMA (National Electrical Manufacturers Association) per a un laminat de resina epoxi reforçat amb vidre.

FR significa "retardant de flama" i indica que el material compleix l'estàndard UL94V-0 sobre inflamabilitat dels materials plàstics. El codi 94V-0 es pot trobar a totes les PCB FR-4. Garanteix la no propagació del foc i la seva ràpida extinció quan el material es crema.

La seva transició vítrea (TG) és de l'ordre de 115 °C a 200 °C per als High TG o HiTG segons els mètodes de fabricació i les resines utilitzades. Un PCB FR-4 estàndard tindrà una capa de FR-4 entre dues capes primes de coure laminat.

FR-4 utilitza brom, un element químic anomenat halogen que és resistent al foc. Va substituir el G-10, un altre compost menys resistent, en la majoria de les seves aplicacions.

FR4 té l'avantatge de tenir una bona relació resistència-pes. No absorbeix aigua, manté una gran resistència mecànica i té una bona capacitat aïllant en ambients secs o humits.

Exemples de FR-4

Estàndard FR4: com el seu nom indica, aquest és el FR-4 estàndard amb una resistència a la calor de l'ordre de 140 °C a 150 °C.

Alt TG FR4: aquest tipus de FR-4 té una transició vítrea (TG) més alta d'uns 180 °C.

Alt CTI FR4: Índex de seguiment comparatiu superior a 600 volts.

FR4 sense coure laminat: ideal per a plaques aïllants i suports de taulers.

Hi ha més detalls de les característiques d'aquests diferents materials més endavant a l'article.

Factors a tenir en compte a l'hora d'escollir el gruix

Compatibilitat amb components: tot i que FR-4 s'utilitza per produir molts tipus de circuits impresos, el seu gruix té conseqüències en els tipus de components utilitzats. Per exemple, els components THT són diferents dels altres components i requereixen un PCB prim.

Estalvi d'espai: l'estalvi d'espai és essencial a l'hora de dissenyar una PCB, en particular per als connectors USB i accessoris Bluetooth. Les plaques més primes s'utilitzen en configuracions en què l'estalvi d'espai és crucial.

Disseny i flexibilitat: la majoria de fabricants prefereixen taules gruixudes a les primes. Utilitzant FR-4, si el substrat és massa prim, es correria el risc de trencar-se si s'augmentessin les dimensions del tauler. D'altra banda, els taulers més gruixuts són flexibles i permeten crear ranures en V.

S'ha de tenir en compte l'entorn en què s'utilitzarà el PCB. Per a una unitat de control electrònic en l'àmbit mèdic, els PCB prims garanteixen un estrès reduït. Les taules massa primes i, per tant, massa flexibles, són més vulnerables a la calor. Es poden doblegar i prendre un angle no desitjat durant els passos de soldadura dels components.

Control d'impedància: el gruix de la placa implica el gruix de l'entorn dielèctric, en aquest cas FR-4, que és el que facilita el control de la impedància. Quan la impedància és un factor important, el gruix de la placa és un criteri determinant a tenir en compte.

Connexions: el tipus de connectors utilitzats per a un circuit imprès també determina el gruix FR-4.

Per què triar FR4?

El cost assequible dels FR4 els converteix en una opció estàndard per a la producció de sèries petites de PCB o per al prototipat electrònic.

Tanmateix, FR4 no és ideal per a circuits impresos d'alta freqüència. De la mateixa manera, si voleu convertir els vostres PCB en productes que no permetin l'adopció de components fàcilment i que siguin poc adequats per a PCB flexibles, hauríeu de preferir un altre material: poliimida/poliamida.

Els diferents tipus de FR-4 disponibles a Proto-Electronics

Estàndard FR4

FR4 SHENGYI família S1000H
Gruix de 0,2 a 3,2 mm.
FR4 VENTEC família VT 481
Gruix de 0,2 a 3,2 mm.
FR4 SHENGYI família S1000-2
Gruix de 0,6 a 3,2 mm.
FR4 VENTEC família VT 47
Gruix de 0,6 a 3,2 mm.
FR4 SHENGYI família S1600
Gruix estàndard 1,6 mm.
FR4 VENTEC família VT 42C
Gruix estàndard 1,6 mm.
Aquest material és un vidre epoxi sense coure, dissenyat per al seu ús en plaques aïllants, plantilles, suports de taulers, etc. Es fabriquen mitjançant dibuixos mecànics tipus Gerber o fitxers DXF.
Gruix de 0,3 a 5 mm.