Что такое печатная плата FR4?Печатная плата FR4 это печатная плата, в которой в качестве материала подложки и препрега используется FR4. FR-4 это широко используемый материал подложки для печатных плат, сокращение от «стекловолокно, армированное эпоксидной смолой» с классом огнестойкости 4.
«FR-4» обозначает классификацию огнестойких материалов, означающую спецификацию материала, при которой смола должна самозатухаться при воздействии огня. Это не название материала, а обозначение класса. В результате в настоящее время в обычных печатных плат используется множество материалов класса FR-4, хотя большинство из них представляют собой композитные материалы, состоящие из так называемой эпоксидной смолы Tera-Function, наполнителей и стекловолокна.
Основные производственные возможности
Количество слоев и толщина
Стандартное количество слоев: поддерживает производство печатных плат с 1-20 слоями. Платы HDI могут достигать 1-3 уровней механических слепых переходных отверстий или лазерных слепых переходных отверстий.
Диапазон толщины: толщина платы 0.6-3.2 мм, причем конкретная толщина зависит от количества слоев (например, платы толщиной 1.6 мм могут выдерживать удар 5 кг).
Контроль допусков: допуск ±10% для толщины платы ≥1.0 мм; допуск ±0.1 мм для толщины платы <1.0 мм. Размеры и допуски Максимальные размеры: 520×600 мм для одно-/двусторонних четырехслойных плат; 400×500 мм для плат ≥6 слоев. Минимальные размеры: платы без OSP ≥50×50 мм, платы с OSP ≥80×50 мм. Допуск по контуру: ±0.15 мм (промышленный стандарт ±0.2 мм). Возможности обработки отверстий Механическое сверление: диаметр отверстий 0.15–6.35 мм (диаметр >6.35 мм достигается с помощью развертки).
Лазерное сверление: диаметр отверстия 0.075–0.15 мм (для диаметров >0.15 мм рекомендуется механическое сверление для снижения затрат).
Допуск по положению отверстий: ±0.075 мм; допуск по диаметру отверстий PTH ±0.075 мм (отверстия для обжима ±0.05 мм).
Классификация печатная плата FR4
На основе температуры стеклования (значение Tg)
Температура стеклования (Tg) обозначает тепловой порог, при котором твердый материал начинает трансформироваться, приобретая резиноподобные свойства или начиная размягчаться. Материалы FR4 классифицируются по значению Tg на три класса: низкое Tg (примерно 135 °C), среднее Tg (примерно 150 °C) и высокое Tg (примерно 170 °C). Как правило, более высокое значение Tg коррелирует с большей надежностью материала.
На основе диэлектрических потерь (DF)
Величина коэффициента диэлектрических потерь (DF) напрямую влияет на характеристики FR4 в высокочастотных средах. Более низкое значение DF минимизирует потери сигнала при высокочастотной передаче, что указывает на превосходные характеристики. Значения DF листов FR4 классифицируются следующим образом:
Материалы со стандартными потерями: Df ≥ 0.02
Материалы со средними потерями: 0.01 < Df < 0.02
Материалы с низкими потерями: 0.005 < Df < 0.01
Материалы с ультранизкими потерями: Df < 0.005
Безгалогенные печатная плата FR4
Безгалогенные печатная плата FR4 не содержат галогенных соединений или содержат их в незначительных количествах. Учитывая токсичность галогенов, такие материалы FR4 для печатных плат сегодня стали распространенным выбором.
Безмедные FR4
Безмедные FR4 — это печатные платы, в которых не используются медные слои или дорожки. Они в основном используются в целях изоляции, чаще всего в качестве упрочняющего элемента в жестко-гибких печатных платах.
По структуре или конструкции
Печатные платы FR4 могут изготавливаться в различных структурных конфигурациях или стилях конструкции, в основном включая односторонние, двусторонние и многослойные печатные платы.
Односторонняя печатная плата: это наиболее фундаментальная форма конструкции для листов печатная плата FR4, состоящая из одного медного слоя, поддерживаемого сердечником FR4.
Двусторонние печатные платы: имеют два проводящих медных слоя, зажатых между ламинатом FR4, компоненты могут быть размещены на обеих сторонах платы, что делает ее подходящей для применений, требующих высокой плотности компонентов.
Многослойные печатные платы: более сложная структура, состоящая из нескольких листов FR4, с количеством слоев от 2 до 16 и более. Для соединения разных слоев в плате просверливаются небольшие отверстия, называемые переходными отверстиями.
Свойства FR4:
Диэлектрическая проницаемость (Dk): 3.8–4.7
Коэффициент диссипации (Df): 0.02–0.03
Объемное удельное сопротивление: более 10¹³ Ом·см
Диэлектрическая прочность: 20–50 В/мм
Предел прочности при растяжении: 350–500 МПа
Прочность на изгиб: 400–600 МПа
Температура стеклования (Tg): 130–180 °C
Теплопроводность: 0.3–0.4 Вт/м·К
Соответствие RoHS и REACH: соответствует в большинстве случаев
Совместимость с HDI: поддерживается только отдельными вариантами
Материал печатная плата FR4 обладает относительно высокой диэлектрической проницаемостью (Dk) и диэлектрическими потерями (Df), что делает его пригодным для применения в системах, передающих сигналы частотой до 1 ГГц. Однако среди материалов, используемых в современных печатных платах, его температура стеклования (Tg) относительно низкая. Что касается механических свойств, он демонстрирует отличные характеристики, ожидаемые от жестких печатных плат. Кроме того, он в целом соответствует стандартам ROHS и REACH, что является общей чертой большинства современных материалов. Однако следует отметить, что его поддержка HDI ограничена несколькими высокопроизводительными вариантами FR4.
Меры предосторожности при использовании материала FR4 Контроль окружающей среды:
Материал FR4 следует хранить в сухом, прохладном и хорошо вентилируемом помещении, избегая попадания прямых солнечных лучей и высоких температур, а также влажных условий. Подходящие условия окружающей среды обычно предполагают влажность воздуха не более 70% и температуру около 25°C.
Управление температурой: Во время использования соблюдайте диапазон рабочих температур материала FR4 и избегайте превышения его долгосрочной рабочей температуры, чтобы предотвратить деградацию или деформацию материала.
Механическое напряжение: При проектировании и обработке изделий из FR4 избегайте подвергать их чрезмерному механическому напряжению. Во время установки и использования предотвращайте механические повреждения, такие как удары или изгиб.
Соображения по электрическим характеристикам: для применений с высокочастотной и высокоскоростной передачей сигналов полностью учитывайте диэлектрические ограничения материала FR4. В высоковольтных и высокоточных применениях следите за изменениями его изоляционных свойств, чтобы предотвратить пробои или возникновение дуги.
Огнестойкость и экологические соображения: хотя FR4 обладает врожденной огнестойкостью, в определенных приложениях, особенно в тех, где предъявляются строгие экологические требования, необходимо всесторонне оценить влияние побочных продуктов сгорания на окружающую среду и здоровье человека. Следует принять соответствующие меры защиты или выбрать более экологически чистые материалы.
Требования к точности размеров: В системах, требующих высокой точности размеров, необходимо обратить внимание на влияние гигроскопичности и температурной чувствительности материала печатная плата FR4 на стабильность размеров. При необходимости можно выбрать материалы с более высокими характеристиками или использовать специальные технологии обработки.