Un guide du FR-4 pour les circuits imprimés

Les propriétés et caractéristiques du FR-4 ou FR4 le rendent très polyvalent à un coût abordable. C’est pourquoi son utilisation est si répandue dans la production de circuits imprimés. Il est donc normal que nous incluions un article à ce sujet sur notre blog.

Dans cet article, vous en saurez plus sur :

Les propriétés et avantages du FR4
Les différents types de FR-4
Les facteurs à considérer lors du choix de l’épaisseur
Pourquoi choisir FR4 ?
Les types de FR4 disponibles chez Proto-Electronics

Propriétés et matériaux FR4

FR4 est une norme définie par la NEMA (National Electrical Manufacturers Association) pour un stratifié de résine époxy renforcée de verre.

FR signifie « ignifuge » et indique que le matériau est conforme à la norme UL94V-0 sur l'inflammabilité des matières plastiques. Le code 94V-0 se trouve sur tous les PCB FR-4. Il garantit la non propagation du feu et son extinction rapide lorsque le matériau brûle.

Sa transition vitreuse (TG) est de l'ordre de 115°C à 200°C pour les High TG ou HiTG selon les modes de fabrication et les résines utilisées. Un PCB FR-4 standard aura une couche de FR-4 prise en sandwich entre deux fines couches de cuivre laminé.

FR-4 utilise du brome, un élément chimique dit halogène résistant au feu. Il remplace le G-10, un autre composite moins résistant, dans la plupart de ses applications.

FR4 a l’avantage d’avoir un bon rapport résistance-poids. Il n'absorbe pas l'eau, conserve une haute résistance mécanique et possède un bon pouvoir isolant en milieu sec ou humide.

Exemples de FR-4

Norme FR4: comme son nom l'indique, il s'agit du standard FR-4 avec une résistance thermique de l'ordre de 140°C à 150°C.

Haute TG FR4: ce type de FR-4 a une transition vitreuse (TG) plus élevée d'environ 180°C.

CTI FR4 élevé: Indice de suivi comparatif supérieur à 600 Volts.

FR4 sans cuivre laminé: idéal pour les plaques isolantes et les supports de panneaux.

On retrouve plus de détails sur les caractéristiques de ces différents matériaux plus loin dans l’article.

Facteurs à considérer lors du choix de l’épaisseur

Compatibilité avec les composants: même si le FR-4 est utilisé pour réaliser de nombreux types de circuits imprimés, son épaisseur a des conséquences sur les types de composants utilisés. Par exemple, les composants THT sont différents des autres composants et nécessitent un PCB fin.

Gain de place: le gain de place est essentiel lors de la conception d'un PCB, notamment pour les connecteurs USB et les accessoires Bluetooth. Les cartes les plus fines sont utilisées dans des configurations dans lesquelles le gain de place est crucial.

Conception et flexibilité: la plupart des fabricants préfèrent les planches épaisses aux planches fines. Avec le FR-4, si le substrat est trop fin, il risque de se briser si les dimensions de la carte étaient augmentées. En revanche, les planches plus épaisses sont flexibles et permettent de créer des rainures en V.

L'environnement dans lequel le PCB sera utilisé doit être pris en compte. Pour une unité de contrôle électronique dans le domaine médical, des PCB minces garantissent une réduction des contraintes. Les planches trop fines – et donc trop souples – sont plus vulnérables à la chaleur. Ils peuvent se plier et prendre un angle indésirable lors des étapes de soudage des composants.

Contrôle d'impédance: l'épaisseur de la carte implique l'épaisseur de l'environnement diélectrique, dans ce cas FR-4, qui facilite le contrôle de l'impédance. Lorsque l’impédance est un facteur important, l’épaisseur du panneau est un critère déterminant à prendre en compte.

Relations: le type de connecteurs utilisés pour un circuit imprimé détermine également l'épaisseur du FR-4.

Pourquoi choisir FR4 ?

Le coût abordable des FR4 en fait une option standard pour la production de petites séries de PCB ou pour le prototypage électronique.

Cependant, FR4 n'est pas idéal pour les circuits imprimés haute fréquence. De même, si vous souhaitez faire de vos PCB des produits qui ne permettent pas facilement l'adoption de composants et qui sont peu adaptés aux PCB flexibles, il faudra préférer un autre matériau : le polyimide/polyamide.

Les différents types de FR-4 disponibles chez Proto-Electronics

Norme FR4

FR4 SHENGYI famille S1000H
Épaisseur de 0,2 à 3,2 mm.
FR4 VENTEC famille VT 481
Épaisseur de 0,2 à 3,2 mm.
FR4 SHENGYI famille S1000-2
Épaisseur de 0,6 à 3,2 mm.
FR4 VENTEC famille VT 47
Épaisseur de 0,6 à 3,2 mm.
FR4 SHENGYI famille S1600
Épaisseur standard 1,6 mm.
FR4 VENTEC famille VT 42C
Épaisseur standard 1,6 mm.
Ce matériau est un verre époxy sans cuivre, conçu pour être utilisé dans les plaques isolantes, les gabarits, les supports de cartes, etc. Ils sont fabriqués à partir de dessins mécaniques de type Gerber ou de fichiers DXF.
Épaisseur de 0,3 à 5 mm.