Что такое печатная плата FR4? Полный обзор

В течение многих лет печатная плата FR4 была самым популярным типом печатных плат. Так оно и есть, даже с появлением нескольких других субстратов. Итак, что это за материал и из чего он сделан? Для получения дополнительной информации о печатной плате FR4 прочитайте ее подробный обзор ниже, начиная с определения.

Что такое FR4 PCB?

Печатная плата FR4 означает тип печатной платы, которая содержит FR4 в качестве основы и препрега. Полная форма FR4 является «огнестойкой». Это означает материал, который не способствует распространению огня и соответствует требованиям Стандарт УЛ94В-0 для замедления горения.

С другой стороны, цифра «4» используется для обозначения армированной стекловолокном смолы, из которой изготавливается FR4. Он представляет собой стандарт, который NEMA используется для обозначения материала на основе его характеристик.

Для изготовления печатной платы FR4 смолу смешивают со стекловолокном и используют для создания прочных листов. Для огнезащиты добавляются разные соединения. Это могут быть на основе галогенов, такие как бромированные типы или безгалогеновые.

Помимо огнестойкости и превосходной механической прочности, FR4 в печатных платах обеспечивает изоляцию и другие свойства, такие как способность выдерживать высокие температуры.

FR4 PCB Материал

Материал печатной платы FR4 в основном состоит из следующих материалов: стекловолокна, эпоксидной смолы и ряда других веществ; точный состав варьируется у разных производителей. Как правило, использование различных составов и структур материалов приводит к созданию этих типов печатных плат FR4.

Стандартный FR4

Это обычный FR4 с базовыми характеристиками. Это также один из наиболее распространенных случаев, когда речь идет о базовых приложениях для печатных плат. Стандарт FR4 не обладает высококачественными свойствами, предназначенными для более сложных условий, таких как экстремальные температуры и другие условия.

Высокий Tg FR4

Tg означает стеклование, а Температура Тс уровень нагрева, при котором твердый материал начинает изменять свое состояние и становиться эластичным или мягким. High TG FR4 означает материал печатной платы, который может выдерживать более высокие уровни нагрева (свыше 170°C) без изменения формы.

Высокий CTI FR4

CTI означает Сравнительный индекс отслеживания. При использовании на печатных платах это означает способность ламината сопротивляться току, протекающему по медным дорожкам или дорожкам. Таким образом, высокий CTI FR4 обеспечивает более высокое значение сопротивления для нежелательных токов в случае утечек.

Без галогенов FR4

Безгалогенная печатная плата FR4 не содержит галогенных соединений или содержит их в очень низких (и незначительных) количествах. Этот тип материала печатных плат FR4 сегодня становится нормой, учитывая токсичную природу галогенов и переход пользователей во всем мире к более безопасным печатным платам.

Безмедный FR4

Безмедная плата FR4 — это плата, не содержащая медных слоев и дорожек. Изготовленный из FR4, он обладает всеми его свойствами, но не проводит электричество. Поэтому он в основном используется для изоляции или, чаще, в качестве элемента жесткости в жестких гибких печатных платах.

Дизайн печатной платы FR4

В зависимости от требуемых функций и потребностей применения печатная плата FR4 может быть изготовлена ​​в самых разных структурах или конструкциях; односторонние, двухсторонние и многослойные печатные платы, а также другие варианты. Более подробно эти варианты конструкции описаны ниже.

Односторонний FR4

Это самая базовая конструкция листа печатной платы FR4. Он состоит из одного слоя меди, подкрепленного сердечником FR4. Базовый электронные продукты используйте этот тип доски, что делает его одним из самых распространенных. Для приложений, требующих упаковки большего количества компонентов, используется двусторонняя плата.

Двухсторонняя печатная плата FR4

Двусторонняя печатная плата FR4 является более продвинутой. Он состоит из двух проводящих медных слоев, между которыми находится ламинат FR4. Две стороны делают плату более универсальной, поскольку производители могут размещать компоненты на обеих поверхностях. Эта конструкция полезна в приложениях с высокой плотностью компонентов.

Многослойная печатная плата FR4

Многослойная плита еще более сложна, поскольку состоит из более чем одного листа FR4. Количество слоев зависит от применения и может варьироваться от 2 до 16 и более. Для соединения различных слоев в плате сверлятся крошечные отверстия, называемые переходными отверстиями, а также имеется множество других функций.

Свойства материала печатной платы FR4

Помимо того, что он огнестойкий и предлагает хорошие электрическая изоляция печатные схемы, изготовленные из FR4, обладают несколькими различными характеристиками. Они могут подходить или не подходить для конкретного применения. Поэтому их понимание может помочь вам сделать правильный выбор. Важные свойства печатной платы FR4 перечислены ниже:

Рейтинг температуры

Материал FR4 может выдерживать температуру выше 345°, прежде чем разложится. Что касается рабочей температуры, печатные платы, изготовленные из этого материала, могут работать в широком диапазоне температур, обычно от 50°C до 115°C. Это свойство делает материал идеальным для широкого спектра применений.

Теплопроводность

FR4 не предлагает ничего хорошего теплопроводность, с уровнем проводимости ниже 1 Вт/мК (ватт на Кельвин). Это делает его плохим проводником с низкой способностью рассеивать тепло. Однако присутствие меди в печатной плате из этого материала немного улучшает проводимость.

Диэлектрическая постоянная

В зависимости от различных факторов (состав, структура переплетения, количество смолы и т. д.) материал печатной платы FR4 может иметь диэлектрическая постоянная (Dk) между 3.3 и 4.8. Однако эти значения не являются постоянными и меняются с ростом частоты сигнала. Например, значение Dk равно 5 на частоте 1 МГц и выше при увеличении частоты.

Поглощение влаги

FR4 имеет низкую степень поглощения влаги. Это дает ему высокую способность противостоять повреждению водой. При погружении в воду на двадцать четыре часа поглощение измеряется на уровне 0.01%. Это делает его пригодным для использования как в сухих, так и влажных условиях.

Плотность

Плотность печатной платы FR4 обозначает соотношение ее веса к объему. Типичная плотность FR4 составляет 1.85/см³. Это делает его легким, но жестким материалом, который можно использовать в самых разных целях: от бытовой электроники до печатных плат для использования в портативных коммуникационных гаджетах.

Толщина печатной платы FR4

Толщина может повлиять на производительность печатной платы. Например, слишком толстый ламинат может вызвать проблемы с сигналом. Если он слишком тонкий, он может оказаться недостаточно прочным для своей электронные компоненты или приложение. Печатные платы FR4 изготавливаются стандартной толщины или изготавливаются по индивидуальному заказу в соответствии с требованиями.

Стандартная толщина

Стандартная печатная плата FR4 обычно имеет толщину 1.57 мм. За пределами этого измерения значение может достигать 2.30 мм или даже выше. Существуют также платы толщиной всего 0.78 мм, в зависимости от потребностей применения и других требований.

Допуск по толщине

Допуск PPCB определяет допустимое отклонение размеров платы, в данном случае ее толщины. Обычно это рассчитывается на уровне + или – 10%. В качестве примера предположим, что печатная плата FR4 необходима для измерения 2 миллиметров с допуском 0.05. По верхнему пределу она может иметь толщину до 2.05 мм, а по нижней стороне не менее 1.95 мм.

Почему стоит выбрать печатную плату FR4?

FR4 — популярный материал для печатных плат. Он обладает рядом преимуществ, которые делают его идеальным для различных применений печатных плат. В зависимости от характера вашего приложения или бюджета вы можете выбрать его по следующим причинам:

• Бюджетный: Материал печатной платы FR4 стоит дешевле, чем большинство других вариантов, таких как металлические подложки. Это делает его привлекательным выбором, когда речь идет о большинстве типов печатных плат, от базовых конструкций до сложных многослойных плат.
• Отличная механическая прочность: Печатная плата FR4 — это прочная плата, способная удерживать тяжелые компоненты. И это помимо того, что он достаточно жесткий для использования в суровых условиях.
• Влагостойкая: Плита FR4, связанная смолой, устойчива к влаге и имеет почти нулевую скорость впитывания. Поэтому вы можете использовать его во влажных условиях.
• Огнезащитный состав: Благодаря классу воспламеняемости UL94-V0 печатная плата FR4 не будет распространять пожар в случае несчастных случаев, что делает ее безопасным материалом.

У FR4 тоже есть свои ограничения. Например, он не может эффективно рассеивать тепло из-за своей низкой теплопроводности. Диэлектрическая проницаемость также изменяется на более высоких частотах, что может не подходить для приложений, требующих контролируемый импеданс.

Альтернативы FR4 включают печатные платы из алюминия и других металлов, керамику и полиимид, особенно когда речь идет о гибких печатных платах, а также CEM (композитный эпоксидный материал).

Заключение

Печатная плата FR4 на сегодняшний день является наиболее распространенным типом печатных плат. Будучи недорогим вариантом и обладая множеством полезных свойств, он является хорошим ламинатом для широкого спектра применений печатных плат. Распространенные отрасли, в которых печатные платы используют FR в качестве сердечника и диэлектрик препрег, включают автомобильную промышленность, бытовую электронику и промышленные системы.