Ein Leitfaden zu FR-4 für gedruckte Schaltungen

Die Eigenschaften und Eigenschaften von FR-4 oder FR4 machen es sehr vielseitig und zu erschwinglichen Kosten. Aus diesem Grund ist sein Einsatz in der Leiterplattenproduktion so weit verbreitet. Daher ist es normal, dass wir einen Artikel darüber in unserem Blog veröffentlichen.

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über:

Die Eigenschaften und Vorteile von FR4
Die verschiedenen Typen von FR-4
Die Faktoren, die bei der Auswahl der Dicke zu berücksichtigen sind
Warum FR4 wählen?
Die von Proto-Electronics erhältlichen FR4-Typen

FR4-Eigenschaften und Materialien

FR4 ist ein von der NEMA (National Electrical Manufacturers Association) definierter Standard für ein glasfaserverstärktes Epoxidharzlaminat.

FR steht für „flammhemmend“ und gibt an, dass das Material der Norm UL94V-0 zur Entflammbarkeit von Kunststoffen entspricht. Der 94V-0-Code ist auf allen FR-4-Leiterplatten zu finden. Es garantiert die Nichtausbreitung des Feuers und dessen schnelles Löschen, wenn das Material brennt.

Der Glasübergang (TG) liegt je nach Herstellungsverfahren und verwendeten Harzen bei den High TGs oder HiTGs in der Größenordnung von 115 °C bis 200 °C. Eine Standard-FR-4-Leiterplatte verfügt über eine FR-4-Schicht, die zwischen zwei dünnen Schichten laminiertem Kupfer liegt.

FR-4 verwendet Brom, ein sogenanntes chemisches Halogenelement, das feuerbeständig ist. Es ersetzte in den meisten seiner Anwendungen G-10, ein anderes Verbundmaterial, das weniger widerstandsfähig war.

FR4 hat den Vorteil eines guten Widerstands-Gewichts-Verhältnisses. Es nimmt kein Wasser auf, behält eine hohe mechanische Festigkeit und verfügt über eine gute Isolierfähigkeit in trockenen oder feuchten Umgebungen.

Beispiele für FR-4

Standard FR4: Wie der Name schon sagt, handelt es sich hierbei um den Standard-FR-4 mit einer Hitzebeständigkeit in der Größenordnung von 140 °C bis 150 °C.

Hoher TG FR4: Dieser FR-4-Typ hat einen höheren Glasübergang (TG) von etwa 180 °C.

Hoher CTI FR4: Vergleichender Tracking-Index höher als 600 Volt.

FR4 ohne laminiertes Kupfer: Ideal für Dämmplatten und Plattenträger.

Weitere Einzelheiten zu den Eigenschaften dieser verschiedenen Materialien finden Sie später in diesem Artikel.

Bei der Auswahl der Dicke zu berücksichtigende Faktoren

Kompatibilität mit Komponenten: Obwohl FR-4 zur Herstellung vieler Arten von gedruckten Schaltungen verwendet wird, hat seine Dicke Auswirkungen auf die Art der verwendeten Komponenten. Beispielsweise unterscheiden sich THT-Komponenten von anderen Komponenten und erfordern eine dünne Leiterplatte.

Platzsparend: Beim Design einer Leiterplatte ist Platzersparnis von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei USB-Anschlüssen und Bluetooth-Zubehör. Die dünnsten Platinen werden in Konfigurationen verwendet, in denen es auf Platzersparnis ankommt.

Design und Flexibilität: Die meisten Hersteller bevorzugen dicke Bretter gegenüber dünnen. Wenn bei Verwendung von FR-4 das Substrat zu dünn ist, besteht die Gefahr, dass es bricht, wenn die Plattenabmessungen vergrößert werden. Dickere Bretter hingegen sind flexibel und ermöglichen die Herstellung von V-Nuten.

Die Umgebung, in der die Leiterplatte verwendet wird, muss berücksichtigt werden. Für ein elektronisches Steuergerät im medizinischen Bereich garantieren dünne Leiterplatten weniger Stress. Zu dünne – und damit zu flexible – Boards sind anfälliger für Hitze. Sie können sich während der Lötschritte der Komponenten verbiegen und einen unerwünschten Winkel einnehmen.

Impedanzkontrolle: Die Dicke der Platine impliziert die Dicke der dielektrischen Umgebung, in diesem Fall FR-4, was die Impedanzkontrolle erleichtert. Wenn die Impedanz ein wichtiger Faktor ist, ist die Plattendicke ein entscheidendes Kriterium, das berücksichtigt werden muss.

Verbindungen: Die Art der für eine gedruckte Schaltung verwendeten Steckverbinder bestimmt auch die FR-4-Dicke.

Warum FR4 wählen?

Die erschwinglichen Kosten von FR4 machen sie zu einer Standardoption für die Produktion kleiner Leiterplattenserien oder für das elektronische Prototyping.

FR4 ist jedoch nicht ideal für gedruckte Hochfrequenzschaltungen. Wenn Sie Ihre Leiterplatten in Produkte einbauen möchten, die die Übernahme von Bauteilen nicht so einfach zulassen und für flexible Leiterplatten wenig geeignet sind, sollten Sie ein anderes Material bevorzugen: Polyimid/Polyamid.

Die verschiedenen FR-4-Typen von Proto-Electronics

Standard FR4

FR4 SHENGYI Familie S1000H
Dicke von 0,2 bis 3,2 mm.
FR4 VENTEC-Familie VT 481
Dicke von 0,2 bis 3,2 mm.
FR4 SHENGYI Familie S1000-2
Dicke von 0,6 bis 3,2 mm.
FR4 VENTEC Familie VT 47
Dicke von 0,6 bis 3,2 mm.
FR4 SHENGYI Familie S1600
Standardstärke 1,6 mm.
FR4 VENTEC-Familie VT 42C
Standardstärke 1,6 mm.
Bei diesem Material handelt es sich um ein Epoxidglas ohne Kupfer, das für die Verwendung in Isolierplatten, Schablonen, Platinenträgern usw. konzipiert ist. Sie werden anhand von mechanischen Zeichnungen oder DXF-Dateien im Gerber-Stil hergestellt.
Dicke von 0,3 bis 5 mm.