Przewodnik po FR-4 dla obwodów drukowanych

Właściwości i cechy FR-4 lub FR4 sprawiają, że jest on bardzo wszechstronny w przystępnej cenie. Dlatego właśnie jego zastosowanie jest tak powszechne w produkcji obwodów drukowanych. Dlatego naturalnym jest, że na naszym blogu zamieszczamy artykuł na ten temat.

W tym artykule dowiesz się więcej na temat:

Właściwości i zalety FR4
Różne typy FR-4
Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze grubości
Dlaczego wybrać FR4?
Rodzaje FR4 dostępne w Proto-Electronics

Właściwości i materiały FR4

FR4 to norma zdefiniowana przez NEMA (Krajowe Stowarzyszenie Producentów Elektrycznych) dla laminatów z żywicy epoksydowej wzmocnionej włóknem szklanym.

FR oznacza „ognioodporny” i oznacza, że materiał jest zgodny z normą UL94V-0 dotyczącą palności tworzyw sztucznych. Kod 94V-0 można znaleźć na wszystkich płytkach PCB FR-4. Gwarantuje nierozprzestrzenianie się ognia i jego szybkie ugaszenie w przypadku spalenia materiału.

Jego zeszklenie (TG) ma temperaturę rzędu 115°C do 200°C dla High TG lub HiTG, w zależności od metod produkcji i zastosowanych żywic. Standardowa płytka PCB FR-4 będzie miała warstwę FR-4 umieszczoną pomiędzy dwiema cienkimi warstwami laminowanej miedzi.

FR-4 wykorzystuje brom, tak zwany halogenowy pierwiastek chemiczny, który jest ognioodporny. W większości zastosowań zastąpił G-10, inny kompozyt, który był mniej odporny.

FR4 ma tę zaletę, że ma dobry stosunek oporu do masy. Nie wchłania wody, utrzymuje wysoką wytrzymałość mechaniczną i ma dobre właściwości izolacyjne w środowisku suchym i wilgotnym.

Przykłady FR-4

Standardowy FR4: jak sama nazwa wskazuje, jest to standardowy FR-4 o odporności cieplnej rzędu 140°C do 150°C.

Wysoki TG FR4: ten typ FR-4 ma wyższą zeszklenie (TG) wynoszącą około 180°C.

Wysoki CTI FR4: Porównawczy wskaźnik śledzenia wyższy niż 600 woltów.

FR4 bez laminowanej miedzi: idealny do płyt izolacyjnych i wsporników płyt.

Więcej szczegółów na temat właściwości tych różnych materiałów znajduje się w dalszej części artykułu.

Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze grubości

Kompatybilność z komponentami: mimo że FR-4 jest używany do produkcji wielu typów obwodów drukowanych, jego grubość ma wpływ na rodzaj używanych komponentów. Na przykład komponenty THT różnią się od innych komponentów i wymagają cienkiej płytki PCB.

Oszczędność miejsca: oszczędność miejsca jest niezbędna przy projektowaniu PCB, szczególnie w przypadku złączy USB i akcesoriów Bluetooth. Najcieńsze płyty stosowane są w konfiguracjach, w których liczy się oszczędność miejsca.

Projekt i elastyczność: większość producentów woli grube deski od cienkich. W przypadku stosowania FR-4, jeśli podłoże jest zbyt cienkie, istnieje ryzyko pęknięcia w przypadku zwiększenia wymiarów płyty. Z drugiej strony grubsze deski są elastyczne i umożliwiają tworzenie V-fug.

Należy wziąć pod uwagę środowisko, w którym PCB będzie używana. W przypadku elektronicznej jednostki sterującej w medycynie cienkie płytki PCB gwarantują zmniejszone naprężenia. Deski, które są zbyt cienkie – a przez to zbyt elastyczne – są bardziej podatne na ciepło. Mogą się wyginać i przyjmować niepożądany kąt podczas etapów lutowania komponentów.

Kontrola impedancji: grubość płytki implikuje grubość środowiska dielektrycznego, w tym przypadku FR-4, co ułatwia kontrolę impedancji. Gdy impedancja jest ważnym czynnikiem, kryterium decydującym, które należy wziąć pod uwagę, jest grubość płyty.

Znajomości: rodzaj złączy zastosowanych w obwodzie drukowanym określa również grubość FR-4.

Dlaczego wybrać FR4?

Przystępny koszt FR4 sprawia, że są one standardową opcją do produkcji małych serii płytek PCB lub do prototypowania elektronicznego.

Jednakże FR4 nie jest idealny do obwodów drukowanych o wysokiej częstotliwości. Podobnie, jeśli chcesz zbudować swoje płytki PCB w produktach, które nie pozwalają na łatwe przyjęcie komponentów i które słabo nadają się do elastycznych płytek PCB, powinieneś wybrać inny materiał: poliimid/poliamid.

Różne typy FR-4 dostępne w Proto-Electronics

Standardowy FR4

Rodzina FR4 SHENGYI S1000H
Grubość od 0,2 do 3,2 mm.
Rodzina FR4 VENTEC VT 481
Grubość od 0,2 do 3,2 mm.
Rodzina FR4 SHENGYI S1000-2
Grubość od 0,6 do 3,2 mm.
Rodzina FR4 VENTEC VT 47
Grubość od 0,6 do 3,2 mm.
Rodzina FR4 SHENGYI S1600
Standardowa grubość 1,6 mm.
Rodzina FR4 VENTEC VT 42C
Standardowa grubość 1,6 mm.
Materiał ten to szkło epoksydowe bez miedzi, przeznaczone do stosowania na płyty izolacyjne, szablony, wsporniki płyt itp. Produkowane są na podstawie rysunków mechanicznych typu Gerber lub plików DXF.
Grubość od 0,3 do 5 mm.