Een gids voor FR-4 voor gedrukte schakelingen

De eigenschappen en kenmerken van FR-4 of FR4 maken het zeer veelzijdig tegen een betaalbare prijs. Dit is de reden waarom het gebruik ervan zo wijdverbreid is in de productie van gedrukte schakelingen. Daarom is het normaal dat we er een artikel over op onze blog plaatsen.

In dit artikel leest u meer over:

De eigenschappen en voordelen van FR4
De verschillende typen FR-4
De factoren waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van de dikte
Waarom kiezen voor FR4?
De typen FR4 verkrijgbaar bij Proto-Electronics

FR4-eigenschappen en materialen

FR4 is een standaard gedefinieerd door de NEMA (National Electrical Manufacturers Association) voor een glasversterkt epoxyharslaminaat.

FR staat voor “vlamvertragend” en geeft aan dat het materiaal voldoet aan de UL94V-0-norm voor de ontvlambaarheid van plastic materialen. De 94V-0-code is te vinden op alle FR-4-printplaten. Het garandeert dat het vuur zich niet verspreidt en dat het snel dooft als het materiaal brandt.

De glasovergang (TG) ligt in de orde van 115°C tot 200°C voor de Hoge TG's of HiTG's, afhankelijk van de productiemethoden en de gebruikte harsen. Een standaard FR-4 PCB heeft een laag FR-4 ingeklemd tussen twee dunne lagen gelamineerd koper.

FR-4 maakt gebruik van broom, een zogenaamd halogeen chemisch element dat brandwerend is. Het verving in de meeste toepassingen G-10, een ander composiet dat minder resistent was.

FR4 heeft het voordeel dat het een goede weerstand-gewichtsverhouding heeft. Het absorbeert geen water, behoudt een hoge mechanische sterkte en heeft een goed isolerend vermogen in droge of vochtige omgevingen.

Voorbeelden van FR-4

Standaard FR4: zoals de naam aangeeft, is dit de standaard FR-4 met hittebestendigheid in de orde van 140°C tot 150°C.

Hoge TG FR4: dit type FR-4 heeft een hogere glasovergang (TG) van ongeveer 180°C.

Hoge CTI FR4: Vergelijkende trackingindex hoger dan 600 volt.

FR4 zonder gelamineerd koper: ideaal voor isolatieplaten en plaatsteunen.

Verderop in het artikel vindt u meer details over de kenmerken van deze verschillende materialen.

Factoren waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van de dikte

Compatibiliteit met componenten: ook al wordt FR-4 gebruikt om veel soorten gedrukte schakelingen te produceren, de dikte ervan heeft gevolgen voor de soorten componenten die worden gebruikt. THT-componenten zijn bijvoorbeeld anders dan andere componenten en vereisen een dunne printplaat.

Ruimtebesparend: ruimtebesparing is essentieel bij het ontwerpen van een printplaat, vooral voor USB-connectoren en Bluetooth-accessoires. De dunste platen worden gebruikt in configuraties waarbij ruimtebesparing cruciaal is.

Ontwerp en flexibiliteit: de meeste fabrikanten geven de voorkeur aan dikke platen boven dunne platen. Als u FR-4 gebruikt, zou het substraat, als het te dun is, het risico lopen te breken als de afmetingen van de plaat zouden worden vergroot. Aan de andere kant zijn dikkere planken flexibel en maken het mogelijk om V-groeven te creëren.

Er moet rekening worden gehouden met de omgeving waarin de PCB zal worden gebruikt. Voor een elektronische besturingseenheid in de medische sector garanderen dunne PCB's minder stress. Te dunne platen – en dus te flexibel – zijn kwetsbaarder voor hitte. Ze kunnen buigen en een ongewenste hoek aannemen tijdens de soldeerstappen van componenten.

Impedantiecontrole: de plaatdikte impliceert de diëlektrische omgevingsdikte, in dit geval FR-4, wat de impedantiecontrole vergemakkelijkt. Wanneer impedantie een belangrijke factor is, is de plaatdikte een bepalend criterium waarmee rekening moet worden gehouden.

Verbindingen: het type connectoren dat voor een printplaat wordt gebruikt, bepaalt ook de dikte van de FR-4.

Waarom kiezen voor FR4?

De betaalbare prijs van FR4's maakt ze tot een standaardoptie voor de productie van kleine series PCB's of voor elektronische prototyping.

FR4 is echter niet ideaal voor hoogfrequente gedrukte schakelingen. Op dezelfde manier, als u uw PCB's wilt inbouwen in producten die de adoptie van componenten niet gemakkelijk mogelijk maken en die weinig geschikt zijn voor flexibele PCB's, zou u de voorkeur moeten geven aan een ander materiaal: polyimide/polyamide.

De verschillende typen FR-4 verkrijgbaar bij Proto-Electronics

Standaard FR4

FR4 SHENGYI-familie S1000H
Dikte van 0,2 tot 3,2 mm.
FR4 VENTEC-familie VT 481
Dikte van 0,2 tot 3,2 mm.
FR4 SHENGYI-familie S1000-2
Dikte van 0,6 tot 3,2 mm.
FR4 VENTEC-familie VT 47
Dikte van 0,6 tot 3,2 mm.
FR4 SHENGYI-familie S1600
Standaarddikte 1,6 mm.
FR4 VENTEC-familie VT 42C
Standaarddikte 1,6 mm.
Dit materiaal is een epoxyglas zonder koper, ontworpen voor gebruik in isolatieplaten, sjablonen, plaatsteunen, enz. Ze worden vervaardigd met behulp van mechanische tekeningen van het Gerber-type of DXF-bestanden.
Dikte van 0,3 tot 5 mm.