Ένας οδηγός για το FR-4 για τυπωμένα κυκλώματα

Οι ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά του FR-4 ή του FR4 το καθιστούν πολύ ευέλικτο σε προσιτό κόστος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η χρήση του είναι τόσο διαδεδομένη στην παραγωγή τυπωμένων κυκλωμάτων. Επομένως, είναι φυσιολογικό να συμπεριλάβουμε ένα άρθρο σχετικά με αυτό στο ιστολόγιό μας.

Σε αυτό το άρθρο, θα μάθετε περισσότερα για:

Οι ιδιότητες και τα οφέλη του FR4
Οι διαφορετικοί τύποι FR-4
Οι παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή του πάχους
Γιατί να επιλέξετε το FR4;
Οι τύποι FR4 που διατίθενται από την Proto-Electronics

Ιδιότητες και υλικά FR4

Το FR4 είναι ένα πρότυπο που ορίζεται από την NEMA (National Electrical Manufacturers Association) για ένα πολυστρωματικό υλικό εποξειδικής ρητίνης ενισχυμένο με γυαλί.

Το FR σημαίνει «επιβραδυντικό φλόγας» και υποδεικνύει ότι το υλικό συμμορφώνεται με το πρότυπο UL94V-0 για την εύφλεκτη πλαστική ύλη. Ο κωδικός 94V-0 βρίσκεται σε όλα τα PCB FR-4. Εγγυάται τη μη διάδοση της φωτιάς και την ταχεία κατάσβεσή της όταν καίγεται το υλικό.

Η γυάλινη μετάβασή του (TG) είναι της τάξης των 115°C έως 200°C για τα High TG ή HiTG ανάλογα με τις μεθόδους κατασκευής και τις ρητίνες που χρησιμοποιούνται. Ένα τυπικό PCB FR-4 θα έχει ένα στρώμα FR-4 τοποθετημένο ανάμεσα σε δύο λεπτές στρώσεις πλαστικοποιημένου χαλκού.

Το FR-4 χρησιμοποιεί βρώμιο, ένα λεγόμενο χημικό στοιχείο αλογόνου που είναι ανθεκτικό στη φωτιά. Αντικατέστησε το G-10, ένα άλλο σύνθετο υλικό που ήταν λιγότερο ανθεκτικό, στις περισσότερες εφαρμογές του.

Το FR4 έχει το πλεονέκτημα ότι έχει καλή αναλογία αντίστασης-βάρους. Δεν απορροφά νερό, διατηρεί υψηλή μηχανική αντοχή και έχει καλή μονωτική ικανότητα σε ξηρά ή υγρά περιβάλλοντα.

Παραδείγματα FR-4

Standard FR4: όπως υποδηλώνει το όνομά του, αυτό είναι το πρότυπο FR-4 με θερμική αντίσταση της τάξης των 140°C έως 150°C.

Υψηλό TG FR4: αυτός ο τύπος FR-4 έχει υψηλότερη μετάπτωση γυαλιού (TG) περίπου 180°C.

Υψηλό CTI FR4: Συγκριτικός δείκτης παρακολούθησης υψηλότερος από 600 Volt.

FR4 χωρίς πλαστικοποιημένο χαλκό: ιδανικό για μονωτικές πλάκες και στηρίγματα σανίδων.

Υπάρχουν περισσότερες λεπτομέρειες για τα χαρακτηριστικά αυτών των διαφορετικών υλικών αργότερα στο άρθρο.

Παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή του πάχους

Συμβατότητα με εξαρτήματα: παρόλο που το FR-4 χρησιμοποιείται για την παραγωγή πολλών τύπων τυπωμένου κυκλώματος, το πάχος του έχει συνέπειες στους τύπους των χρησιμοποιούμενων εξαρτημάτων. Για παράδειγμα, τα εξαρτήματα THT διαφέρουν από άλλα εξαρτήματα και απαιτούν ένα λεπτό PCB.

Εξοικονόμηση χώρου: Η εξοικονόμηση χώρου είναι απαραίτητη κατά το σχεδιασμό ενός PCB, ιδιαίτερα για υποδοχές USB και αξεσουάρ Bluetooth. Οι πιο λεπτές σανίδες χρησιμοποιούνται σε διαμορφώσεις στις οποίες η εξοικονόμηση χώρου είναι ζωτικής σημασίας.

Σχεδιασμός και ευελιξία: οι περισσότεροι κατασκευαστές προτιμούν τις χοντρές σανίδες από τις λεπτές. Χρησιμοποιώντας το FR-4, εάν το υπόστρωμα είναι πολύ λεπτό, θα κινδύνευε να σπάσει εάν αυξάνονταν οι διαστάσεις της σανίδας. Από την άλλη πλευρά, οι πιο χοντρές σανίδες είναι εύκαμπτες και καθιστούν δυνατή τη δημιουργία αυλακώσεων V.

Πρέπει να ληφθεί υπόψη το περιβάλλον στο οποίο θα χρησιμοποιηθεί το PCB. Για μια ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου στον ιατρικό τομέα, τα λεπτά PCB εγγυώνται μειωμένο στρες. Οι σανίδες που είναι πολύ λεπτές – και επομένως πολύ εύκαμπτες – είναι πιο ευάλωτες στη θερμότητα. Μπορούν να λυγίσουν και να λάβουν μια ανεπιθύμητη γωνία κατά τη διάρκεια των βημάτων συγκόλλησης εξαρτημάτων.

Έλεγχος σύνθετης αντίστασης: το πάχος της πλακέτας υποδηλώνει το πάχος του διηλεκτρικού περιβάλλοντος, σε αυτήν την περίπτωση το FR-4, το οποίο διευκολύνει τον έλεγχο της σύνθετης αντίστασης. Όταν η σύνθετη αντίσταση είναι ένας σημαντικός παράγοντας, το πάχος της σανίδας είναι ένα καθοριστικό κριτήριο που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη.

Συνδέσεις: ο τύπος των συνδέσμων που χρησιμοποιούνται για ένα τυπωμένο κύκλωμα καθορίζει επίσης το πάχος FR-4.

Γιατί να επιλέξετε το FR4;

Το προσιτό κόστος των FR4 τα καθιστά μια τυπική επιλογή για την παραγωγή μικρών σειρών PCB ή για ηλεκτρονικά πρωτότυπα.

Ωστόσο, το FR4 δεν είναι ιδανικό για τυπωμένα κυκλώματα υψηλής συχνότητας. Ομοίως, εάν θέλετε να δημιουργήσετε τα PCB σας σε προϊόντα που δεν επιτρέπουν εύκολα την υιοθέτηση εξαρτημάτων και που είναι ελάχιστα κατάλληλα για εύκαμπτα PCB, θα πρέπει να προτιμήσετε ένα άλλο υλικό: πολυιμίδιο/πολυαμίδιο.

Οι διαφορετικοί τύποι FR-4 που διατίθενται από την Proto-Electronics

Standard FR4

FR4 SHENGYI οικογένειας S1000H
Πάχος από 0,2 έως 3,2 mm.
FR4 VENTEC οικογένειας VT 481
Πάχος από 0,2 έως 3,2 mm.
FR4 SHENGYI οικογένεια S1000-2
Πάχος από 0,6 έως 3,2 mm.
FR4 VENTEC οικογένειας VT 47
Πάχος από 0,6 έως 3,2 mm.
FR4 SHENGYI οικογένειας S1600
Τυπικό πάχος 1,6 mm.
FR4 VENTEC οικογένειας VT 42C
Τυπικό πάχος 1,6 mm.
Αυτό το υλικό είναι ένα εποξειδικό γυαλί χωρίς χαλκό, σχεδιασμένο για χρήση σε μονωτικές πλάκες, πρότυπα, στηρίγματα σανίδων κ.λπ. Κατασκευάζονται με μηχανικά σχέδια τύπου Gerber ή αρχεία DXF.
Πάχος από 0,3 έως 5 mm.