Průvodce FR-4 pro plošné spoje

Vlastnosti a charakteristiky FR-4 neboli FR4 z něj činí velmi všestranný materiál za dostupnou cenu. Proto je jeho použití ve výrobě plošných spojů tak rozšířené. Proto je normální, že o něm na našem blogu zveřejňujeme článek.

V tomto článku se dozvíte více o:

Vlastnosti a výhody FR4
Různé typy FR-4
Faktory, které je třeba zvážit při výběru tloušťky
Proč zvolit FR4?
Typy FR4 dostupné od společnosti Proto-Electronics

Vlastnosti a materiály FR4

FR4 je norma definovaná organizací NEMA (National Electrical Manufacturers Association) pro laminát z epoxidové pryskyřice vyztužené skelnými vlákny.

FR je zkratka pro „flame retardant“ (zpomalovač hoření) a označuje, že materiál splňuje normu UL94V-0 o hořlavosti plastových materiálů. Kód 94V-0 se nachází na všech deskách plošných spojů FR-4. Zaručuje nešíření ohně a jeho rychlé uhašení, když materiál hoří.

Jeho teplota skelného přechodu (TG) je pro High TG nebo HiTG řádově 115 °C až 200 °C v závislosti na výrobních metodách a použitých pryskyřicích. Standardní deska plošných spojů FR-4 bude mít vrstvu FR-4 vloženou mezi dvě tenké vrstvy laminované mědi.

FR-4 používá brom, tzv. halogenový chemický prvek, který je nehořlavý. Ve většině svých aplikací nahradil G-10, další kompozit s nižší odolností.

FR4 má výhodu v dobrém poměru odporu k hmotnosti. Neabsorbuje vodu, zachovává si vysokou mechanickou pevnost a má dobrou izolační schopnost v suchém i vlhkém prostředí.

Příklady FR-4

Standardní FR4Jak název napovídá, jedná se o standardní FR-4 s tepelnou odolností řádově 140 °C až 150 °C.

Vysoký TG FR4Tento typ FR-4 má vyšší teplotu skelného přechodu (TG) kolem 180 °C.

Vysoký CTI FR4Porovnávací index sledování vyšší než 600 voltů.

FR4 bez laminované mědiIdeální pro izolační desky a podpěry desek.

Více podrobností o vlastnostech těchto různých materiálů naleznete dále v článku.

Faktory, které je třeba zvážit při výběru tloušťky

Kompatibilita s komponentyPřestože se FR-4 používá k výrobě mnoha typů plošných spojů, jeho tloušťka má vliv na typy použitých součástek. Například THT součástky se liší od ostatních součástek a vyžadují tenkou desku plošných spojů.

Úspora místaÚspora místa je při návrhu desek plošných spojů zásadní, zejména pro USB konektory a příslušenství Bluetooth. Nejtenčí desky se používají v konfiguracích, kde je úspora místa klíčová.

Design a flexibilitaVětšina výrobců dává přednost silným deskám před tenkými. Při použití FR-4, pokud je substrát příliš tenký, hrozí jeho zlomení při zvětšení rozměrů desky. Na druhou stranu, silnější desky jsou flexibilní a umožňují vytváření V-drážek.

Je nutné zvážit prostředí, ve kterém bude deska plošných spojů použita. Pro elektronické řídicí jednotky v lékařské oblasti zaručují tenké desky plošných spojů snížené namáhání. Příliš tenké – a tedy příliš ohebné – desky jsou náchylnější k teplu. Během pájení součástek se mohou ohýbat a nabývat nežádoucího úhlu.

Řízení impedancetloušťka desky implikuje tloušťku dielektrického prostředí, v tomto případě FR-4, což usnadňuje řízení impedance. Pokud je impedance důležitým faktorem, je tloušťka desky určujícím kritériem, které je třeba vzít v úvahu.

Připojení: typ konektorů použitých pro plošný spoj také určuje tloušťku FR-4.

Proč zvolit FR4?

Díky dostupné ceně jsou FR4 standardní volbou pro výrobu malých sérií desek plošných spojů nebo pro elektronické prototypování.

FR4 však není ideální pro vysokofrekvenční plošné spoje. Podobně, pokud chcete své desky plošných spojů zabudovat do produktů, které neumožňují snadné osazení součástek a které se málo hodí pro flexibilní desky plošných spojů, měli byste upřednostnit jiný materiál: polyimid/polyamid.

Různé typy FR-4 dostupné od společnosti Proto-Electronics

Standardní FR4

FR4 SHENGYI rodina S1000H
Tloušťka od 0,2 do 3,2 mm.
Řada FR4 VENTEC VT 481
Tloušťka od 0,2 do 3,2 mm.
FR4 SHENGYI rodina S1000-2
Tloušťka od 0,6 do 3,2 mm.
Řada FR4 VENTEC VT 47
Tloušťka od 0,6 do 3,2 mm.
FR4 SHENGYI rodina S1600
Standardní tloušťka 1,6 mm.
Řada FR4 VENTEC VT 42C
Standardní tloušťka 1,6 mm.
Tento materiál je epoxidové sklo bez obsahu mědi, určené pro použití v izolačních deskách, šablonách, podpěrách desek atd. Vyrábějí se pomocí strojírenských výkresů typu Gerber nebo souborů DXF.
Tloušťka od 0,3 do 5 mm.