Vad är ett FR4 kretskort?Ett FR4 kretskort är ett kretskort som använder FR4 både som substratmaterial och prepreg. FR-4 är ett vanligt förekommande substratmaterial för kretskort och är en förkortning för ett glasfiberförstärkt epoxihartsmaterial med flamskyddsklass 4.
”FR-4” betecknar en flamskyddad materialklassificering, vilket innebär en materialspecifikation där hartset måste självslockna när det utsätts för förbränning. Det är inte ett materialnamn utan en kvalitetsbeteckning. Följaktligen används för närvarande många FR-4-kvalitetsmaterial i allmänna kretskort, även om de flesta är kompositmaterial som består av så kallat Tera-Function epoxiharts, fyllmedel och glasfiber.
Grundläggande tillverkningskapacitet
Antal lager och tjocklek
Standardantal lager: Stöder tillverkning av pcb board med 1–20 lager. HDI-kort kan uppnå 1–3 nivåer av mekaniska blindvia eller laserblindvia.
Tjockleksintervall: Korttjocklek 0.6–3.2 mm, med specifik tjocklek beroende på antal lager (t.ex. kan 1.6 mm tjocka kort motstå 5 kg slag).
Toleranskontroll: ±10 % tolerans för korttjocklek ≥1.0 mm; ±0.1 mm tolerans för korttjocklek <1.0 mm. Mått och toleranser Maximala mått: 520 × 600 mm för enkel-/dubbelsidiga, fyrskiktskort; 400 × 500 mm för ≥6-skiktskort. Minsta dimensioner: Icke-OSP-kort ≥50×50 mm, OSP-kort ≥80×50 mm. Konturstolerans: ±0.15 mm (branschstandard ±0,2 mm). Hålbearbetningskapacitet Mekanisk borrning: Håldiameter 0.15–6.35 mm (diametrar >6.35 mm kan uppnås genom brotschning).
Laserborrning: Håldiameter 0.075–0.15 mm (mekanisk borrning rekommenderas för >0.15 mm för att minska kostnaderna).
Hålpositionstolerans: ±0.075 mm; PTH-håldiametertolerans ±0.075 mm (krimpningshål ±0.05 mm).
Klassificering av FR4 kretskort
Baserat på glasövergångstemperatur (Tg-värde)
Glasövergångstemperaturen (Tg) anger den termiska tröskel vid vilken ett fast material börjar omvandlas, får gummiaktiga egenskaper eller börjar mjukna. FR4-material kategoriseras efter Tg-värde i tre klasser: låg Tg (cirka 135 °C), medel Tg (cirka 150 °C) och hög Tg (cirka 170 °C). Generellt sett korrelerar ett högre Tg-värde med större materialtillförlitlighet.
Baserat på dielektrisk förlust (DF)
Storleken på den dielektriska förlustfaktorn (DF) påverkar direkt FR4-prestanda i högfrekventa miljöer. Ett lägre DF-värde minimerar signalförlusten under högfrekvent överföring, vilket indikerar överlägsen prestanda. DF-värden för FR4-ark kategoriseras enligt följande:
Material med standardförlust: Df ≥ 0.02
Material med medelhög förlust: 0.01 < Df < 0.02
Material med låg förlust: 0.005 < Df < 0.01
Material med ultralåg förlust: Df < 0.005
Halogenfri FR4 kretskort
Halogenfritt FR4 pcb innehåller inga halogenföreningar, eller endast försumbara mängder. Med tanke på halogeners toxicitet har sådana FR4-kretskortmaterial blivit ett vanligt val idag.
Kopparfritt FR4
Kopparfritt FR4 avser kretskort som inte innehåller kopparskikt eller kopparspår. Det används främst för isoleringsändamål, oftast som förstyvning i styva-flexibla kretskort.
Efter struktur eller design
FR4-kretskort kan tillverkas i olika strukturella konfigurationer eller designstilar, främst inkluderande enkelsidiga, dubbelsidiga och flerskiktade kretskort.
Enkelsidigt kretskort: Detta representerar den mest grundläggande designformen för FR4 kretskort, bestående av ett enda kopparskikt som stöds av en FR4-kärna.
Dubbelsidiga kretskort: Med två ledande kopparlager mellan ett FR4-laminat kan komponenter placeras på båda sidor av kortet, vilket gör det lämpligt för applikationer som kräver hög komponenttäthet.
Flerskiktade kretskort: En mer komplex struktur bestående av flera FR4-ark, med ett antal lager som varierar från 2 till 16 eller fler. För att ansluta olika lager borras små hål, så kallade vias, genom kortet.
FR4-egenskaper:
Dielektricitetskonstant (Dk): 3.8–4.7
Förlustfaktor (Df): 0.02–0.03
Volymresistivitet: Större än 10¹³ Ω·cm
Dielektricitetsstyrka: 20–50 volt/mm
Draghållfasthet: 350–500 MPa
Böjhållfasthet: 400–600 MPa
Glasövergångstemperatur (Tg): 130–180 °C
Värmeledningsförmåga: 0.3–0.4 W/m·K
RoHS- och REACH-överensstämmelse: Generellt överensstämmande
HDI-kompatibilitet: Stöds endast av utvalda varianter
FR4 PCB material har relativt hög dielektricitetskonstant (Dk) och dielektrisk förlust (Df), vilket gör det lämpligt för applikationer som överför signaler upp till 1 GHz. Bland de material som används i moderna kretskort är dess glasövergångstemperatur (Tg) dock relativt låg. När det gäller mekaniska egenskaper uppvisar det de utmärkta egenskaper som förväntas av styva kretskort. Dessutom uppfyller det i allmänhet ROHS- och REACH-standarderna, en egenskap som är gemensam för de flesta moderna material. Det bör dock noteras att dess stöd för HDI är begränsat till några få högpresterande FR4-varianter.
Försiktighetsåtgärder vid användning av FR4-material Miljökontroll:
FR4-material bör förvaras i en torr, sval och väl ventilerad miljö, undvikande direkt solljus och höga temperaturer samt fuktiga förhållanden. Lämpliga miljöförhållanden innebär i allmänhet en luftfuktighet som inte överstiger 70 % och temperaturer omkring 25 °C.
Temperaturhantering: Under användning ska FR4-materialets driftstemperaturområde iakttas och dess långsiktiga driftstemperatur inte överskridas för att förhindra materialnedbrytning eller deformation.
Mekanisk påfrestning: Vid konstruktion och bearbetning av produkter tillverkade av FR4 ska överdriven mekanisk påfrestning undvikas. Under installation och användning ska mekaniska skador såsom stötar eller böjning förhindras.
Elektriska prestandafaktorer: För högfrekventa och höghastighetsapplikationer för signalöverföring måste du ta full hänsyn till de dielektriska begränsningarna hos FR4-material. I högspännings- och högströmsapplikationer måste du övervaka förändringar i dess isoleringsegenskaper för att förhindra nedbrytning eller ljusbågsfenomen.
Flamskydd och miljöaspekter: Även om FR4 har inneboende flamskydd, måste i specifika applikationer – särskilt sådana med stränga miljökrav – effekterna av förbränningsbiprodukter på miljön och människors hälsa utvärderas noggrant. Lämpliga skyddsåtgärder bör vidtas eller mer miljövänliga material väljas.
Krav på dimensionell noggrannhet: I applikationer som kräver hög dimensionell precision måste man vara uppmärksam på effekterna av FR4 kretskort materialets hygroskopicitet och temperaturkänslighet på dimensionell stabilitet. Vid behov kan material med högre prestanda väljas eller specialiserade bearbetningstekniker användas.