FR-4 er algengasta efnið sem notað er í prentplötur, samsett úr glertrefjum og epoxý plastefni. Það er sterkt, létt og veitir góða einangrun, sem gerir það best hentugt fyrir mörg rafeindatækni. Þessi grein útskýrir uppbyggingu, eiginleika, einkunnir, takmarkanir og hönnunarþætti FR-4 og veitir nákvæmar upplýsingar um hvenær og hvernig ætti að nota það.
FR-4 Yfirlit
FR-4 er algengasta efnið sem notað er til að búa til prentplötur (PCB). Hann er gerður úr glertrefjum og epoxý plastefni sem gerir hann bæði sterkan og góðan í að einangra rafmagn. FR þýðir logavarnarefni, sem þýðir að það þolir bruna, en það þýðir ekki alltaf að það uppfylli strangan UL 94 V-0 brunaöryggisstaðal.
Þetta efni er vinsælt vegna þess að það er létt, endingargott og á viðráðanlegu verði. Það gerir líka gott starf við að standast raka og hita, sem hjálpar rafrásum að haldast stöðugar. Önnur ástæða fyrir því að FR-4 er notað er sú að auðvelt er að móta það í eins lags eða marglaga borð án þess að bæta miklum kostnaði.
FR-4 lagskipt uppbygging
Þessi mynd sýnir lagskipt byggingu FR-4 lagskipts; algengasta efnið sem notað er í prentplötur (PCB). Efst og neðst mynda koparþynnublöð leiðandi lög sem síðar verða greypt í hringrásarmynstur. Á milli þessara koparplatna liggur kjarninn: ofinn glerdúkur gegndreyptur með epoxý plastefni. Glervefnaður veitir vélrænan styrk og víddarstöðugleika en epoxýið bindur trefjarnar og bætir stífni. Saman mynda þau einangrandi en endingargóðan grunn. Samsetningin af koparfilmu,glertrefjar,og epoxý gerir FR-4 sterkan,loga-þolinn,og tilvalið til að styðja og vernda PCB ummerki.
Rafmagnseiginleikar FR-4
| Breyta | FR-4 svið |
|---|---|
| Rafstuðull (dk) | 3.8 - 4.8 |
| Dreifingarstuðull (Df) | \~0,018 – 0,022 |
| Rafstyrkur | >50 kV / mm |
| Stöðugleiki | Breytilegt eftir tíðni og glervefnaði |
Hitaeiginleikar FR-4
| Eign | Venjulegur FR-4 | Hágæða FR-4 |
|---|---|---|
| Hitastig glerbreytinga (Tg) | 130–150 °C | ≥180 °C |
| Niðurbrotshitastig (Td) | >300 °C | >300 °C |
| Tími til delamination (T260 / T288) | Lægri viðnám | Hærra viðnám |
FR-4 Þykkt og Stackup valkostir
| Þykkt / gerð | Kostir | Takmarkanir | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Þunnt (<0,5 mm) | Léttur, fyrirferðarlítill og sveigjanlegur | Brothættur, erfiðari í meðförum við samsetningu | Staðlað (1,6 mm) | Sjálfgefið í iðnaði, víða fáanlegt, hagkvæmt | Getur takmarkað ofurþétta eða þétta hönnun | Þykk (>2 mm) | Veitir stífleika og betri viðnám gegn titringi | Eykur heildarþyngd og kostnað |
| Sérsniðnar fjöllaga staflar | Virkjar viðnámsstýringu, styður háhraða merki og bætir EMI vörn | Krefst nákvæmra framleiðsluferla, dýrara |
Notkun FR-4 fyrir PCB hönnun
• Rafeindatækni - Það veitir stöðugt grunnefni sem þolir daglega notkun og grunnorkuþörf.
• Iðnaðarstýringar og sjálfvirkni - FR-4 býður upp á stöðugan árangur í kerfum sem þurfa endingu og stöðuga virkni með tímanum.
• Aflgjafar og breytir - Fyrir rafrásir sem vinna undir mjög háum tíðnum, skilar FR-4 einangrun og afköstum sem uppfylla kröfurnar.
• Kostnaðarnæm hönnun - Þegar fjárveitingar skipta máli gerir FR-4 þér kleift að halda framleiðslukostnaði lægri án þess að gefa upp áreiðanleika.
Takmörk FR-4 og betri valkostir
Þegar FR-4 hentar ekki
• Hátíðnirásir - Yfir um 6–10 GHz veldur FR-4 hærra merkjatapi, sem gerir það óhentugt fyrir háþróaða RF eða örbylgjuofnahönnun.
• Ofurhár gagnahraði - Fyrir hraða eins og PCIe Gen 5 og hærri (25+ Gbps), bætir FR-4 við of mikilli seinkun og innsetningartapi, sem dregur úr heilleika merkisins.
• Háhitaskilyrði - Standard FR-4 byrjar að brotna hraðar niður þegar hann verður fyrir hitastigi sem er hærra en um 150 °C, sem gerir hann óáreiðanlegan til langtímanotkunar í slíku umhverfi.
Valkostir við FR-4
| Efni | Notkun tilfelli |
|---|---|
| Rogers lagskipt | RF og örbylgjuofn hönnun sem þarfnast lágs merkjataps |
| PTFE samsett efni | Ofurlágt raftap fyrir nákvæmni, hátíðni hringrásir |
| Pólýímíð | Háhitaþol í erfiðu umhverfi |
| Keramik | Mikil afköst og ending undir álagi |
FR-4 einkunnir og notkun
Standard FR-4
Staðlað FR-4 hefur glerbreytingarhitastig (Tg) um 130–150 °C. Það er algengasta einkunnin, notuð í rafeindatækni, skrifstofubúnaði og venjulegum iðnaðarstýringarkerfum.
Há-TG FR-4
High-Tg FR-4 býður upp á Tg 170–180 °C eða hærra. Þessi einkunn er nauðsynleg fyrir blýlausa lóðunarferla og er notuð í rafeindatækni bifreiða, geimferðaplötur og aðra hönnun sem þarfnast meiri hitastöðugleika.
Há-CTI FR-4
High-CTI FR-4 veitir samanburðarrakningarstuðul (CTI) upp á 600 eða hærri. Það er valið fyrir aflgjafa, breytir og háspennurásir þar sem krafist er öruggra skrið- og úthreinsunarvegalengda.
Halógen-frítt FR-4
Halógenfrítt FR-4 hefur svipaða eiginleika og venjulegar eða há-Tg gerðir, en það forðast halógen-undirstaða logavarnarefni. Það er notað í vistvænni hönnun sem verður að vera í samræmi við RoHS og REACH umhverfisstaðla.
Vandamál með heiðarleika merkja í FR-4
Vandamál
FR-4 notar ofið glerefni fyrir styrk, en þessi vefnaður er ekki fullkomlega einsleitur. Þegar mismunadrifspör eru leidd getur annar ferillinn farið aðallega yfir glerknippin, sem hafa hærri rafstuðul, en hin snefil fer yfir plastefnið, sem hefur lægri rafstuðul. Þessi ójafna útsetning veldur því að merkin ferðast á aðeins mismunandi hraða og skapar það sem kallað er trefjavefnaðarskekkja.
Áhrif
Munurinn á hraða milli merkjanna tveggja leiðir til tímamisræmis. Við háan gagnahraða birtist þetta misræmi sem mismunaskekkja, bætt við hristingi og jafnvel lokun augnmyndar. Þessi áhrif geta dregið úr heilleika merkja og takmarkað afköst háhraða samskiptarása.
Lausnir
Að leiða mismunadrifspör í 10–15° horni við vefnaðinn hjálpar til við að koma í veg fyrir að ummerki falli beint að glerbúntunum. Að velja dreifð glerefni, eins og 3313 stíl, gerir rafeiginleikana einsleitari yfir alla línuna. Yfirþyrmandi mismunadrifspör tryggja að bæði sporin lenda í svipaðri efnisblöndu. Skekkja fjárhagsáætlunar í tímahermum gerir þér kleift að spá fyrir um og gera grein fyrir þessum áhrifum fyrir tilbúning.
Raka- og áreiðanleikaáhætta í FR-4
Áhrif raka
• Tg minnkun við endurflæði - Frásogaður raki lækkar hitastig glersins, sem gerir efnið óstöðugra við lóðun og getur leitt til aflögunar.
• Dielectric niðurbrot - Við háa tíðni eykur raki raftap, sem dregur úr merkjagæðum í GHz-hraða hönnun.
• Leiðandi rafskautsþráðir (CAF) - Ein alvarlegasta hættan, CAF á sér stað þegar koparjónir flytjast í gegnum epoxýið undir rafskauti og mynda faldar leiðandi leiðir sem geta valdið skammhlaupi á milli ummerkja eða vias.
Að draga úr rakavandamálum
• Geymið plötur þurrar og lokaðar til að halda raka úti.
• Bakið bretti fyrir notkun ef þau hafa orðið fyrir raka.
• Veldu CAF-þolinn FR-4 fyrir háþéttleika eða háspennuhönnun.
• Fylgdu bilareglum frá IPC til að draga úr hættu á stuttbuxum.
Þættir sem þarf að athuga áður en þú kaupir FR-4
• Tilgreindu lagskipt bekk og IPC-4101 skástrik blað til að koma í veg fyrir rugling.
• Láttu tíðnisértækan rafstuðul (Dk) og dreifingarstuðul (Df) gildi fylgja með fyrir fyrirhugað rekstrarsvið.
• Staðfestu hitakröfur með Tg ≥ 170 °C og Td > 300 °C fyrir blýlausa lóðun og langtíma hitastöðugleika.
• Kallaðu fram grófleika koparþynnu fyrir háhraða lög til að lágmarka innsetningartap.
• Athugaðu CTI-einkunnina (Comparative Tracking Index) þegar þú hannar fyrir háspennuleiðir.
• Veldu CAF-þolið lagskipt fyrir þétt um svið eða háspennuforrit.
• Bættu við leiðbeiningum um meðhöndlun eða geymslu til að stjórna raka og koma í veg fyrir aflögun.
• Biðja um dreift glerefni fyrir mismunadrifspör til að draga úr skekkju trefjavefnaðar.
Niðurstaða
FR-4 býður upp á styrk, einangrun, og kostnaðarhagkvæmni, þess vegna er það enn staðlað PCB efni. Samt sem áður hefur það takmörk í hátíðni, háhraða eða háhitaskilyrðum. Með því að þekkja rafmagns-, hita- og áreiðanleikaþætti þess og velja rétta einkunn geturðu tryggt stöðugan árangur eða skipt yfir í betri valkosti þegar hönnun krefst þess.
Algengar spurningar [algengar spurningar]
Hvað er IPC-4101 í FR-4?
Það er staðall sem skilgreinir FR-4 lagskipta eiginleika eins og Tg, Dk og rakaupptöku.
Hvernig er FR-4 frábrugðið málmkjarna PCB?
FR-4 er fyrir almenn PCB, en málmkjarna PCB nota ál eða kopar fyrir betri hitaleiðni.
Er hægt að nota FR-4 í sveigjanlegum PCB?
Nei, FR-4 er stífur. Það getur aðeins verið hluti af stífri sveigjanlegri hönnun með pólýímíðlögum.
Hver er rakaupptöku FR-4?
Um 0,10–0,20%, sem getur dregið úr stöðugleika ef það er ekki bakað eða geymt á réttan hátt.
Er FR-4 gott fyrir háspennurásir?
Já, há-CTI einkunnir (CTI ≥ 600) eru notaðar í aflgjafa og breytir.
Af hverju skiptir grófleiki koparþynnu máli í FR-4?
Grófar þynnur auka merkjatap; Sléttar þynnur bæta háhraða afköst.