FR-4 е най-широко използваният материал за подложка на печатни платки. Но какви точно свойства го правят толкова търсена основа за печатни платки?
Интересно е, че много хора, които участват в производството на печатни платки, нямат ясна представа за свойствата на FR-4. Много от тях не познават предимствата му пред други субстрати за печатни платки, като FR-1, G-10, алуминий и PTFE.
Целта на тази публикация е да хвърли светлина върху свойствата и случаите на използване на FR-4 като основен материал за печатни платки. Надяваме се, че тази дискусия ще ви помогне да вземете информирани решения.
Какво представлява FR-4?
FR-4, което се отнася както за стандартен рейтинг, така и за име, е епоксиден ламинат, подсилен със стъкло. FR означава огнезащита, а 4 означава категорията на материала. Това е композитен материал, съставен от слой от фибростъкло, втъкан в твърда, огнеустойчива епоксидна смола.
FR-4 се използва широко като материал за субстрат, или с други думи, като основен изолационен гръбнак на печатни платки. Ниската цена, високата диелектрична якост и устойчивостта на влага са някои от забележителните предимства на FR-4. Тези характеристики правят FR-4 предпочитан материал за подложка на печатни платки. Една сложна схема може да бъде отпечатана от едната или от двете страни на платка от FR-4.
Фактори, които трябва да се вземат предвид при избора на дебелината на печатни платки FR-4
Електроинженер, който работи по проект за печатна платка, включващ използването на ламинатна платка, трябва да определи дебелината на платката. В зависимост от настройката на платката нейната дебелина може да се измерва в инчове, милиметри или хилядни от инча. Обикновено обаче тя варира от 10 хил. до 3 инча.
Електронните притурки стават все по-малки с всяка изминала година. Ето защо дебелината на печатната платка до голяма степен определя размера, дизайна, прецизността и естетическата привлекателност на дадена притурка. Ето някои фактори, които трябва да се имат предвид при определяне на дебелината на ламинатната платка:
Space
Разредител Плочи FR-4 са по-търсени от по-дебелите. И причината е очевидна: джаджите, като например Bluetooth аксесоари и USB конектори, стават все по-малки. Тъй като спестяват място, по-малките и по-тънки платки FR-4 са предпочитани дори за по-големи проекти.
Връзки
Дизайнът на печатната платка може да бъде едностранен или двустранен. За двустранния дизайн е необходим краен съединител, който свързва двете страни. Проблем със свързващата част на конектора може да повреди печатната платка. Това е причината, поради която материалът на схемата не се избира, докато схемата не бъде проектирана.
Гъвкавост
В зависимост от конкретното приложение гъвкавостта на плочата FR-4 може да бъде или да не бъде желана характеристика. По-тънките плоскости са по-гъвкави. Продукт, който е предназначен за редовно огъване или натоварване, изисква гъвкава платка. Устройствата, използвани в автомобилния и медицинския сектор, често изискват гъвкави платки.
Когато става въпрос за процеса на производство на печатни платки обаче, гъвкавостта често е нежелана характеристика. Отчасти това се дължи на факта, че тя усложнява монтажа. Машината за запояване може да доведе до огъване на гъвкавата платка и до частично запояване. Това огъване може да повреди връзките и компонентите, поставени върху платката.
Дизайн
Дебелината на плочата FR-4 трябва да се определя от конструктивните изисквания на плочата. Тънките платки не са подходящи за всички видове проекти. Например проект с канали изисква сравнително дебела платка.
Съответствие на импеданса
При многослойните платки дебелината е важна, тъй като самата платка служи като кондензатор. Диелектрикът, който до известна степен определя капацитета, се определя от дебелината на платката.
Съвместимост на компонентите
Много компоненти, като например някои компоненти с проходни отвори, са съвместими само с определен диапазон от дебелини. Ето защо съвместимостта на компонентите е важен фактор, който трябва да се вземе предвид при определянето на дебелината на печатната платка FR4.
Тегло
Теглото на една печатна платка до голяма степен зависи от дебелината на платката FR-4. Производителите на по-леки продукти предпочитат тънки платки.
FR-4 ли е подходящият материал за вашия проект за печатни платки?
За повечето приложения в електрониката по подразбиране се използва субстрат FR4. Популярността на FR-4 се дължи на здравината, ниската цена и надеждността на материала. Но той не е най-добрият материал за всички приложения. Високочестотните ламинати са за предпочитане за проекти с висока честота.
Ето някои ключови фактори, които трябва да имате предвид, когато избирате между материал FR4 и високочестотен ламинат:
- Разходи: FR-4 е по-евтин от високочестотните материали. Ето защо, ако разходите са от значение за производителя, FR-4 определено е по-добър вариант от високочестотния ламинат.
- Загуба на сигнал: Поради по-високия коефициент на разсейване FR-4 има по-висока загуба на сигнал, което е проблем при високочестотни ситуации. Ако FR-4 се използва в такова приложение, във веригата ще има по-големи загуби на сигнал. Докато FR-4 има Df от около 0,020, типичният високочестотен ламинат има Df от около 0,004.
- Стабилност на импеданса: При високочестотни проекти и по-големи вериги ефективността зависи от стабилността на импеданса. Високочестотните ламинати са предпочитани за поддържане на стабилността на диелектричната константа. Тази стойност от своя страна определя стабилността на импеданса.Това е така, защото при FR-4 с промяната на температурата в рамките на платката стойността на Dk се променя в цялата област.
- Управление на температурата: Промените в температурата влияят върху диелектричната константа на основния материал. Степента зависи от температурния коефициент на константата. За всеки градус по Целзий промяна в температурата FR-4 има термичен коефициент от около 200 части на милион. При високочестотните ламинати това число е около 40 части на милион. Въпреки че тази разлика не изглежда толкова голяма, тя е важен фактор. Тя е от особено значение за платки, които са предназначени за използване в сравнително гореща среда.
- Диелектрична константа: В някои приложения диелектричната константа на платката може да бъде решаваща характеристика. Във високочестотна верига размерът на предавателните линии до голяма степен зависи от диелектричната константа. Размерът на веригата е пропорционален на размера на предавателните линии. Материал с висока диелектрична константа е за предпочитане за по-малка платка. Докато стойностите на Dk на високочестотните материали варират от 6,15 до 11, FR-4 има стойност на Dk от около 4,5. Тази ниска стойност на Dk може в някои случаи да направи FR-4 неподходящ за малка печатна платка.
- Оперативна среда: При избора на материал за основата на веригата вземете предвид околната среда. Високочестотните ламинати осигуряват по-високо ниво на устойчивост на температура и влага. Това е една от причините, поради които някои дизайнери от висок клас предпочитат високочестотни ламинати.
Приключване
Вземете предвид всички съответни фактори, когато избирате основния материал на печатната платка и определяте дебелината му. Въпреки че FR-4 има предимства пред високочестотните ламинати, той не е чудесен материал за основа за всички видове приложения.
В повечето случаи FR-4 е доста удобен, тъй като е евтин и се предлага в широк диапазон от размери и дебелини. Но е важно да прецените предимствата и недостатъците и да изберете правилния материал за основа на печатна платка за вашия проект. Надяваме се, че сега сте по-добре подготвени да вземете решение.