Una guida all'FR-4 per i circuiti stampati

Le proprietà e le caratteristiche di FR-4 o FR4 lo rendono molto versatile a un costo accessibile. Ecco perché il suo utilizzo è così diffuso nella produzione di circuiti stampati. Pertanto, è normale che includiamo un articolo a riguardo sul nostro blog.

In questo articolo scoprirai di più su:

Le proprietà e i vantaggi di FR4
I diversi tipi di FR-4
I fattori da considerare nella scelta dello spessore
Perché scegliere FR4?
I tipi di FR4 disponibili da Proto-Electronics

Proprietà e materiali dell'FR4

FR4 è uno standard definito dalla NEMA (National Electrical Manufacturers Association) per un laminato in resina epossidica rinforzata con vetro.

FR sta per “flame retardant” e indica che il materiale è conforme alla norma UL94V-0 sull'infiammabilità delle materie plastiche. Il codice 94V-0 si trova su tutti i PCB FR-4. Garantisce la non propagazione del fuoco e la sua rapida estinzione quando il materiale brucia.

La sua transizione vetrosa (TG) è dell'ordine da 115°C a 200°C per gli High TG o gli HiTG a seconda dei metodi di produzione e delle resine utilizzate. Un PCB FR-4 standard avrà uno strato di FR-4 inserito tra due sottili strati di rame laminato.

FR-4 utilizza il bromo, un cosiddetto elemento chimico alogeno resistente al fuoco. Ha sostituito il G-10, un altro composito meno resistente, nella maggior parte delle sue applicazioni.

FR4 ha il vantaggio di avere un buon rapporto resistenza-peso. Non assorbe acqua, mantiene elevate resistenze meccaniche ed ha un buon potere isolante in ambienti secchi o umidi.

Esempi di FR-4

FR4 standard: come indica il nome, questo è l'FR-4 standard con resistenza al calore dell'ordine da 140°C a 150°C.

FR4 TG elevato: questo tipo di FR-4 ha una transizione vetrosa (TG) più elevata di circa 180°C.

CTI FR4 elevato: Indice di tracciamento comparativo superiore a 600 Volt.

FR4 senza rame laminato: ideale per piastre isolanti e supporti per pannelli.

Maggiori dettagli sulle caratteristiche di questi diversi materiali verranno forniti più avanti nell'articolo.

Fattori da considerare nella scelta dello spessore

Compatibilità con i componenti: anche se l'FR-4 viene utilizzato per produrre molti tipi di circuiti stampati, il suo spessore ha conseguenze sulla tipologia dei componenti utilizzati. Ad esempio, i componenti THT sono diversi dagli altri componenti e richiedono un PCB sottile.

Risparmio di spazio: il risparmio di spazio è essenziale quando si progetta un PCB, in particolare per connettori USB e accessori Bluetooth. Le tavole più sottili vengono utilizzate in configurazioni in cui il risparmio di spazio è fondamentale.

Design e flessibilità: la maggior parte dei produttori preferisce le tavole spesse a quelle sottili. Utilizzando FR-4, se il substrato è troppo sottile, correrebbe il rischio di rottura se le dimensioni del pannello venissero aumentate. D'altro canto, le tavole più spesse sono flessibili e consentono di creare scanalature a V.

È necessario considerare l'ambiente in cui verrà utilizzato il PCB. Per una unità di controllo elettronica in ambito medicale, i PCB sottili garantiscono uno stress ridotto. Le tavole troppo sottili – e quindi troppo flessibili – sono più vulnerabili al calore. Possono piegarsi e assumere un'angolazione indesiderata durante le fasi di saldatura dei componenti.

Controllo dell'impedenza: lo spessore della scheda implica lo spessore dell'ambiente dielettrico, in questo caso FR-4, che è ciò che facilita il controllo dell'impedenza. Quando l'impedenza è un fattore importante, lo spessore della scheda è un criterio determinante da prendere in considerazione.

Connessioni: il tipo di connettori utilizzati per un circuito stampato determina anche lo spessore dell'FR-4.

Perché scegliere FR4?

Il costo accessibile degli FR4 li rende un'opzione standard per la produzione di piccole serie di PCB o per la prototipazione elettronica.

Tuttavia, FR4 non è ideale per i circuiti stampati ad alta frequenza. Allo stesso modo, se desideri realizzare i tuoi PCB in prodotti che non consentono facilmente l'adozione di componenti e che sono poco adatti ai PCB flessibili, dovresti preferire un altro materiale: poliimmide/poliammide.

I diversi tipi di FR-4 disponibili da Proto-Electronics

FR4 standard

Famiglia FR4 SHENGYI S1000H
Spessore da 0,2 a 3,2 mm.
FR4 VENTEC famiglia VT 481
Spessore da 0,2 a 3,2 mm.
Famiglia FR4 SHENGYI S1000-2
Spessore da 0,6 a 3,2 mm.
FR4 VENTEC famiglia VT 47
Spessore da 0,6 a 3,2 mm.
Famiglia FR4 SHENGYI S1600
Spessore standard 1,6 mm.
FR4 VENTEC famiglia VT 42C
Spessore standard 1,6 mm.
Questo materiale è un vetro epossidico senza rame, progettato per l'uso in piastre isolanti, modelli, supporti per schede, ecc. Sono prodotti utilizzando disegni meccanici di tipo Gerber o file DXF.
Spessore da 0,3 a 5 mm.