FR-4 este cel mai utilizat material de substrat pentru plăcile cu circuite imprimate. Dar ce proprietăți anume îl fac să fie o bază atât de căutată pentru PCB?
Interesant este faptul că mulți oameni implicați în producția de PCB nu au o înțelegere clară a proprietăților FR-4. Mulți nu cunosc avantajele sale față de alte substraturi pentru PCB, cum ar fi FR-1, G-10, Alumina și PTFE.
Scopul acestei postări este de a pune în lumină proprietățile și cazurile de utilizare a FR-4 ca material de bază pentru plăcile cu circuite imprimate. Sperăm că această discuție vă va ajuta să luați decizii în cunoștință de cauză.
Ce este FR-4?
FR-4, care se referă atât la un rating standard, cât și la o denumire, este un material laminat epoxidic întărit cu sticlă. FR înseamnă "flame retardant", iar 4 se referă la clasificarea materialului. Este un material compozit compus dintr-un strat de fibră de sticlă țesut într-o rășină epoxidică rigidă, rezistentă la foc.
FR-4 este utilizat pe scară largă ca material de substrat sau, cu alte cuvinte, coloana vertebrală izolatoare primară a plăcilor de circuite imprimate. Costul redus, rezistența dielectrică ridicată și rezistența la umiditate sunt câteva dintre avantajele notabile ale FR-4. Aceste caracteristici fac din FR-4 materialul de substrat preferat pentru plăcile cu circuite imprimate. Un circuit sofisticat poate fi imprimat pe una sau pe ambele fețe ale unei plăci FR-4.
Factori de luat în considerare atunci când selectați grosimea plăcilor de circuite imprimate FR-4
Un inginer electrician care lucrează la un proiect PCB care implică utilizarea unei plăci laminate trebuie să specifice grosimea plăcii. În funcție de setarea plăcii, grosimea acesteia poate fi măsurată în inci, milimetri sau mii de inci - care se referă la o miime de inci. Cu toate acestea, aceasta variază de obicei între 10 mii și 3 inci.
Gadgeturile electronice devin din ce în ce mai mici pe an ce trece. Prin urmare, grosimea unei plăci PCB determină în mare măsură dimensiunea, designul, precizia și aspectul estetic al unui gadget. Iată câțiva factori de care trebuie să țineți cont atunci când determinați grosimea unei plăci laminate:
Spațiu
Mai subțire Plăci FR-4 sunt mai solicitate decât cele mai groase. Iar motivul este evident: gadgeturile, cum ar fi accesoriile Bluetooth și conectorii USB, sunt din ce în ce mai mici. Pentru că economisesc spațiu, plăcile FR-4 mai mici și mai subțiri sunt preferabile chiar și pentru proiecte mai mari.
Conexiuni
Un proiect de PCB poate fi cu o singură față sau cu două fețe. Un conector de margine, care conectează cele două părți, este necesar pentru un design cu două fețe. O problemă cu partea de îmbinare a conectorului poate deteriora PCB-ul. Acesta este un motiv pentru care materialul unui circuit nu este ales până când circuitul nu a fost proiectat.
Flexibilitate
În funcție de aplicația specifică, flexibilitatea unei plăci FR-4 poate fi sau nu o caracteristică de dorit. Plăcile mai subțiri au tendința de a fi mai flexibile. Un produs care este destinat să fie îndoit sau solicitat în mod regulat necesită o placă flexibilă. Dispozitivele utilizate în sectoarele auto și medical necesită adesea plăci flexibile.
Cu toate acestea, atunci când vine vorba de procesul de fabricare a PCB, flexibilitatea este adesea o caracteristică nedorită. Acest lucru se datorează în parte faptului că face ca asamblarea să fie mai complicată. O mașină de lipit poate face ca o placă flexibilă să se îndoaie și să fie lipită parțial. Această flexiune poate deteriora conexiunile și componentele plasate pe placă.
Design
Grosimea unei plăci FR-4 trebuie să fie determinată de cerințele de proiectare ale plăcii. Plăcile subțiri nu sunt mai bune pentru toate tipurile de proiecte. De exemplu, un proiect care prezintă caneluri necesită o placă relativ groasă.
Potrivire de impedanță
Pentru o placă cu mai multe straturi, grosimea este importantă deoarece placa însăși servește drept condensator. Dielectricul, care determină într-o anumită măsură capacitatea, este determinat de grosimea plăcii.
Compatibilitatea componentelor
Multe componente, cum ar fi unele componente cu găuri de trecere, sunt compatibile numai cu o anumită gamă de grosimi. De aceea, compatibilitatea componentelor este un factor important de luat în considerare atunci când se determină grosimea PCB FR4.
Greutate
Greutatea unui PCB depinde în mare măsură de grosimea plăcii FR-4. Producătorii de produse mai ușoare preferă plăcile subțiri.
Este FR-4 materialul potrivit pentru proiectul dvs. de PCB?
Pentru majoritatea aplicațiilor electronice, un substrat FR4 este alegerea implicită. Popularitatea FR-4 se datorează rezistenței, costului redus și fiabilității acestui material. Dar nu este cel mai bun material pentru toate aplicațiile. Materialele laminate de înaltă frecvență sunt de preferat pentru proiectele de înaltă frecvență.
Iată câțiva factori cheie de care trebuie să țineți cont atunci când alegeți între materialul FR4 și un laminat de înaltă frecvență:
- Cost: FR-4 este mai ieftin decât materialele de înaltă frecvență. Prin urmare, dacă costul este o preocupare pentru un producător, FR-4 este cu siguranță o opțiune mai bună decât un laminat de înaltă frecvență.
- Pierderea semnalului: Datorită unui factor de disipare mai mare, FR-4 are o pierdere de semnal mai mare, ceea ce reprezintă o problemă în situații de înaltă frecvență. Dacă FR-4 este utilizat într-o astfel de aplicație, vor exista mai multe pierderi de semnal în circuit. În timp ce FR-4 are un Df de aproximativ 0,020, un laminat tipic de înaltă frecvență are un Df de aproximativ 0,004.
- Stabilitatea impedanței: Pentru proiectele de înaltă frecvență și circuitele mai mari, performanța depinde de stabilitatea impedanței. Materialele laminate de înaltă frecvență sunt preferabile pentru menținerea stabilității constantei dielectrice. Această valoare, la rândul său, determină stabilitatea impedanței.Acest lucru se datorează faptului că, în cazul FR-4, pe măsură ce temperatura se schimbă în interiorul plăcii, valoarea Dk variază pe întreaga suprafață.
- Gestionarea temperaturii: Modificările de temperatură afectează constanta dielectrică a materialului de bază. Amploarea depinde de coeficientul termic al constantei. Pentru fiecare grad Celsius de schimbare a temperaturii, FR-4 are un coeficient termic de aproximativ 200 de părți pe milion. În cazul laminatelor de înaltă frecvență, acest număr este de aproximativ 40 de părți pe milion. Deși această diferență nu pare atât de mare, este un factor important. Contează în special pentru plăcile care sunt destinate a fi utilizate în medii relativ calde.
- Constanta dielectrică: În unele aplicații, constanta dielectrică a plăcii de circuit poate fi o caracteristică crucială. Într-un circuit de înaltă frecvență, dimensiunea liniilor de transmisie depinde în mare măsură de constanta dielectrică. Dimensiunea circuitului este proporțională cu dimensiunea liniilor de transmisie. Un material cu o constantă dielectrică ridicată este preferabil pentru o placă mai mică. În timp ce valorile Dk ale materialelor de înaltă frecvență variază între 6,15 și 11, FR-4 are o valoare Dk de aproximativ 4,5. Această valoare Dk scăzută poate, în unele cazuri, face ca FR-4 să fie nepotrivit pentru o placă de PCB mică.
- Mediul operațional: Atunci când alegeți materialul de bază al unui circuit, luați în considerare mediul înconjurător. Materialele laminate de înaltă frecvență oferă un nivel mai ridicat de rezistență la temperatură și umiditate. Acesta este unul dintre motivele pentru care unii proiectanți high-end preferă laminatele de înaltă frecvență.
Încheiere
Luați în considerare toți factorii relevanți atunci când alegeți materialul de bază al unei plăci de circuite și îi determinați grosimea. Deși FR-4 are avantaje față de laminatele de înaltă frecvență, nu este un material de substrat excelent pentru toate tipurile de aplicații.
În cele mai multe cazuri, veți găsi FR-4 destul de convenabil, deoarece este ieftin și disponibil într-o gamă largă de dimensiuni și grosimi. Dar este important să cântăriți avantajele și dezavantajele și să alegeți materialul de bază al plăcii de circuit imprimat potrivit pentru proiectul dumneavoastră. Sperăm că acum sunteți mai bine pregătiți pentru a lua o decizie.