FR4 PCB nedir? FR4 pcb board, FR4’ü ana malzeme ve ön emdirme malzemesi olarak kullanan baskılı devre kartı. FR-4, yaygın olarak kullanılan bir PCB ana malzeme türüdür ve “alev geciktirici” (Flame Retardant) sınıfı 4 olan cam elyaf takviyeli epoksi reçine malzemesinin kısaltmasıdır.
“FR-4”, bir yanmazlık sınıfı kodudur. Bu kod, reçine malzemesinin yanma durumunda kendi kendine sönmesi gereken bir malzeme standardını ifade eder. Bu bir malzeme adı değil, bir malzeme sınıfıdır. Bu nedenle, şu anda genel devre kartlarında kullanılan FR-4 sınıfı malzemelerin çok çeşitli türleri bulunmaktadır, ancak bunların çoğu, sözde dört işlevli (Tera-Function) epoksi reçineye dolgu maddesi (Filler) ve cam elyafı eklenerek üretilen kompozit malzemelerdir.
Temel Üretim Kapasitesi
Kat Sayısı ve Kalınlık
Standart Kat Sayısı: 1-20 katlı PCB üretimini destekler; HDI kartlarda 1-3. derece mekanik kör delik veya lazer kör delik yapılabilir.
Kalınlık Aralığı: Kart kalınlığı 0,6-3,2 mm; spesifik kalınlık kat sayısına bağlıdır (örneğin, 1,6 mm kalınlığındaki kart 5 kg ağırlığındaki bir cismin darbesine dayanabilir).
Tolerans Kontrolü: Levha kalınlığı ≥1,0 mm olduğunda tolerans ±%10, levha kalınlığı <1,0 mm olduğunda tolerans ±0,1 mm’dir.
Boyut ve Tolerans
Maksimum boyut: Tek/çift yüzlü, dört katmanlı levhalar 520×600 mm, ≥6 katmanlı levhalar 400×500 mm.
Minimum boyut: OSP olmayan levhalar için alan ≥50×50 mm, OSP levhalar için ≥80×50 mm.
Dış şekil toleransı: ±0,15 mm (sektör standardı ±0,2 mm’dir).
Delik işleme kapasitesi
Mekanik delme: Delik çapı 0,15-6,35 mm (6,35 mm’den büyük delikler genişletilerek üretilebilir).
Lazer delme: Delik çapı 0,075-0,15 mm (0,15 mm’den büyük delikler için maliyet düşürmek amacıyla mekanik delme önerilir).
Delik konumu toleransı: ±0,075 mm, PTH delik çapı toleransı ±0,075 mm (presleme delikleri ±0,05 mm).
FR4 PCB Board Sınıflandırılması
Vitrifikasyon Geçiş Sıcaklığına (Tg Değeri) Göre
Vitrifikasyon geçiş sıcaklığı (Tg), katı malzemenin hal değiştirmeye başladığı, kauçuk özellikleri kazandığı veya yumuşamaya başladığı ısı derecesini ifade eder. FR4, Tg değerine göre düşük Tg (yaklaşık 135 °C), orta Tg (yaklaşık 150 °C) ve yüksek Tg (yaklaşık 170 °C) olmak üzere üç sınıfa ayrılabilir. Genellikle Tg değeri ne kadar yüksekse, malzemenin güvenilirliği de o kadar yüksek olur.
Dielektrik Kaybına (DF) Göre
Dielektrik kayıp faktörü (DF) değeri, FR4’ün yüksek frekans ortamlarındaki performansını doğrudan etkiler. DF değeri düşük olduğunda, yüksek frekanslı iletim sırasında sinyal kaybı azalır ve bu da daha iyi performans anlamına gelir. FR4 levhalarının DF değerleri şu şekilde sınıflandırılabilir:
Standart kayıplı malzeme: Df≥0,02
Orta kayıplı malzeme: 0,01 < Df < 0,02
Düşük kayıplı malzeme: 0,005 < Df < 0,01
Süper düşük kayıplı malzeme: Df<0,005
Halmonsuz FR4 PCB Board
Halogensiz FR4 pcb board, halojen bileşikleri içermez veya çok az (ihmal edilebilir düzeyde) içerir. Halojenlerin toksik olması nedeniyle, günümüzde bu tür FR4 PCB malzemeleri yaygın bir tercih haline gelmiştir.
Bakırsız FR4
Bakırsız FR4, devre kartı ve yol içermeyen devre kartı ifade eder. Esas olarak yalıtım görevi görür ve daha çok sert esnek pcb takviye levhası olarak kullanılır.
Yapı veya Tasarıma Göre
FR4 pcb board levhaları, çeşitli farklı yapı veya tasarım stillerinde üretilebilir; başlıca olarak tek yüzlü, çift yüzlü ve çok katmanlı devre kartları bulunur.
Tek Yüzlü Baskılı Devre Kartı: Bu, FR4 pcb board levhalarının en temel tasarım biçimidir ve FR4 çekirdek ile desteklenen tek katmanlı bakırdan oluşur.
Çift taraflı baskılı devre kartı: İki iletken bakır tabakaya sahiptir ve bunların arasında FR4 laminat bulunur. Kartın her iki tarafına da bileşen yerleştirilebilir ve bileşen yoğunluğunun yüksek olduğu uygulama senaryoları için uygundur.
Çok katmanlı baskılı devre kartı: Yapısı daha karmaşıktır ve birden fazla FR4 levhadan oluşur. Katman sayısı 2’den 16’ya ve hatta daha fazlasına kadar değişebilir. Farklı katmanlar arasında bağlantı sağlamak için, devre kartına “viyal” adı verilen küçük delikler açılması gerekir.
FR4’ün özellikleri:
Dielektrik sabiti (Dk): 3,8 – 4,7
Dissipasyon faktörü (Df): 0,02 – 0,03
Hacimsel direnci: 10¹³ Ω·cm’den yüksek
Dielektrik dayanımı: 20 – 50 V/mm
Çekme mukavemeti: 350 – 500 MPa
Eğilme mukavemeti: 400 – 600 MPa
Cilalaşma geçiş sıcaklığı (Tg): 130 – 180°C
Isı iletkenliği: 0,3 – 0,4 W/m·K
RoHS ve REACH uyumluluğu: Çoğu durumda uyumludur
HDI uyumluluğu: Yalnızca birkaç varyant destekler
FR4 PCB board malzemesi, nispeten yüksek dielektrik sabiti (Dk) ve dielektrik kaybı (Df) değerlerine sahiptir; bu da onu, 1 GHz’e kadar sinyalleri taşıyan uygulama senaryoları için uygun hale getirir. Bununla birlikte, modern PCB’lerde kullanılan malzemeler arasında camsı geçiş sıcaklığı (Tg) nispeten düşüktür. Mekanik performans açısından, sert PCB’lerden beklenen mükemmel özelliklere sahiptir. Aynı zamanda, çoğu durumda ROHS ve REACH standartlarına uygundur; bu da günümüzün çoğu modern malzemesinin sahip olduğu bir özelliktir. Ancak, HDI desteği yalnızca birkaç yüksek performanslı FR4 varyantıyla sınırlıdır.
FR4 Malzemesinin Kullanımına İlişkin Dikkat Edilmesi Gerekenler – Ortam Kontrolü:
FR4 malzemesi kuru, serin ve havalandırılmış bir ortamda saklanmalı; doğrudan güneş ışığından ve yüksek sıcaklık ile nemli ortamlardan uzak tutulmalıdır. Genel olarak uygun ortam koşulları, hava neminin %70’i geçmemesi ve sıcaklığın 25 °C civarında olmasıdır.
Sıcaklık Yönetimi: Kullanım sırasında FR4 malzemesinin çalışma sıcaklığı aralığına dikkat edilmeli ve malzemenin performansının düşmesini veya deforme olmasını önlemek için uzun süreli çalışma sıcaklığını aşmamaya özen gösterilmelidir.
Mekanik Gerilim: FR4’ten üretilen ürünlerin tasarımı ve işlenmesi sırasında, malzemeye aşırı mekanik gerilim uygulanmasından kaçınılmalıdır. Montaj ve kullanım sırasında da çarpma, bükülme gibi mekanik hasarlara maruz kalmaması sağlanmalıdır.
Elektriksel Performans Hususları: Yüksek frekanslı ve yüksek hızlı sinyal iletimi uygulamaları için, FR4 malzemesinin dielektrik performans sınırlamaları yeterince dikkate alınmalıdır. Yüksek voltaj ve yüksek akım uygulamalarında, yalıtım performansındaki değişikliklere dikkat edilmeli ve delme veya ark oluşumu önlenmelidir.
Yanmazlık ve Çevre Dostu Olma: FR4 yanmazlık özelliğine sahip olsa da, çevre dostu olma gerekliliğinin son derece yüksek olduğu bazı özel uygulama senaryolarında, yanma ürünlerinin çevre ve insan sağlığı üzerindeki etkileri kapsamlı bir şekilde değerlendirilmeli, buna uygun koruyucu önlemler alınmalı veya daha çevre dostu malzemeler seçilmelidir.
Boyut Hassasiyeti Gereksinimleri: Boyut hassasiyetinin yüksek olduğu uygulamalarda, FR4 pcb board malzemesinin nem emme özelliği ve sıcaklık duyarlılığının boyut kararlılığı üzerindeki etkisine dikkat edilmelidir; gerektiğinde daha yüksek performanslı malzemeler seçilebilir veya özel işleme teknikleri uygulanabilir.
