FR-4 是应用最广泛的印刷电路板基底材料。但究竟是什么特性使它成为如此抢手的印刷电路板基材呢？
有趣的是，许多从事印刷电路板制造的人并不清楚 FR-4 的特性。许多人不知道 FR-4 与 FR-1、G-10、氧化铝和聚四氟乙烯等其他印刷电路板基材相比有何优势。
这篇文章的目的是阐明作为印刷电路板基材的 FR-4 的特性和使用案例。希望这次讨论能帮助您做出明智的决定。
什么是 FR-4？
FR-4 既指标准等级，也指名称，是一个 玻璃纤维增强环氧树脂层压材料.FR 代表阻燃，4 指的是材料的等级。它是一种复合材料，由玻璃纤维层和硬质阻燃环氧树脂编织而成。
FR-4 被广泛用作基板材料，换言之，是印刷电路板的主要绝缘骨架。FR-4 具有成本低、介电强度高和防潮等显著优点。这些特点使 FR-4 成为印刷电路板的首选基底材料。在 FR-4 电路板的单面或双面均可印刷精密电路。
选择 FR-4 印制电路板厚度时应考虑的因素
在涉及使用层压板的印刷电路板项目中，电气工程师必须指定电路板的厚度。根据电路板的设置，其厚度可以用英寸、毫米或千分之一英寸（thou）来衡量。不过，厚度通常从 10 英寸到 3 英寸不等。
电子产品的体积逐年缩小。因此，PCB 板的厚度在很大程度上决定了小工具的尺寸、设计、精度和美观程度。以下是确定层压板厚度时需要注意的一些因素：
空间
稀释剂 FR-4 电路板 比厚的更受欢迎。原因显而易见：蓝牙配件和 USB 连接器等小工具越来越小。由于节省空间，即使是大型项目也更青睐更小更薄的 FR-4 电路板。
连接
PCB 设计可以是单面或双面的。双面设计需要一个连接两面的边缘连接器。如果连接器的配合部分出现问题，就会损坏印刷电路板。这就是为什么在设计电路之前不选择电路材料的原因。
灵活性
根据特定的应用，FR-4 电路板的柔韧性可能是也可能不是一个理想的特性。较薄的电路板往往更具柔韧性。需要经常弯曲或受力的产品需要柔性电路板。汽车和医疗领域使用的设备通常需要柔性电路板。
然而，在印刷电路板制造过程中，灵活性往往是一个不受欢迎的特性。部分原因是它使组装变得更加复杂。焊接机会导致柔性电路板弯曲和部分焊接。这种弯曲会损坏电路板上的连接和元件。
设计
FR-4 电路板的厚度必须根据电路板的设计要求来确定。薄板并不适合所有类型的项目。例如，具有凹槽的设计需要相对较厚的电路板。
阻抗匹配
对于多层电路板来说，厚度非常重要，因为电路板本身就是一个电容器。电介质在一定程度上决定了电容，而电介质则由电路板的厚度决定。
组件的兼容性
许多元件，如某些通孔元件，只能与一定范围的厚度兼容。因此，在确定 FR4 印刷电路板厚度时，元件兼容性是一个重要的考虑因素。
重量
印刷电路板的重量在很大程度上取决于 FR-4 板的厚度。轻型产品制造商更喜欢薄板。
FR-4 是适合您的 PCB 项目的材料吗？
对于大多数电子应用而言，FR4 基底面是默认的选择。FR-4 材料之所以广受欢迎，是因为它具有强度高、成本低和可靠性高等优点。但它并不是所有应用的最佳材料。高频设计最好使用高频层压板。
以下是在选择 FR4 材料和高频层压板时需要注意的一些关键因素：
- 成本FR-4 比高频材料便宜。因此，如果制造商考虑成本问题，FR-4 绝对是比高频层压材料更好的选择。
- 信号损耗：由于耗散因数较高，FR-4 的信号损耗较大，这在高频情况下是个问题。如果在此类应用中使用 FR-4，电路中的信号损耗会更大。FR-4 的 Df 约为 0.020，而典型的高频层压板的 Df 约为 0.004。
- 阻抗稳定性：对于高频设计和大型电路，性能取决于阻抗稳定性。高频层压板最好能保持介电常数的稳定性。这是因为对于 FR-4，随着电路板内温度的变化，整个区域的 Dk 值也会发生变化。
- 温度管理：温度变化会影响基础材料的介电常数。影响程度取决于常数的热系数。对于每摄氏度的温度变化，FR-4 的热系数约为百万分之 200。而高频层压材料的热系数约为百万分之 40。虽然这一差别看起来不大，但却是一个重要因素。这对于要在相对较热的环境中使用的电路板尤为重要。
- 介电常数：在某些应用中，电路板的介电常数是一个关键因素。在高频电路中，传输线的尺寸很大程度上取决于介电常数。电路尺寸与传输线尺寸成正比。对于较小的电路板来说，具有高介电常数的材料更为理想。高频材料的 Dk 值从 6.15 到 11 不等，而 FR-4 的 Dk 值约为 4.5。在某些情况下，较低的 Dk 值会使 FR-4 不适合小型 PCB 电路板。
- 运行环境：在选择电路基材时，应考虑使用环境。高频层压板具有更高的耐温性和防潮性。这也是一些高端设计师偏爱高频层压板的原因之一。
总结
在选择电路板基材和确定其厚度时，要考虑所有相关因素。虽然与高频层压板相比，FR-4 具有一定的优势，但它并不是适用于所有类型应用的最佳基板材料。
在大多数情况下，你会发现 FR-4 非常方便，因为它价格便宜，而且有多种尺寸和厚度可供选择。但重要的是要权衡利弊，为您的项目选择合适的电路板基材。我们希望现在您能更好地做出决定。