Ein Leitfaden zu FR-4 für gedruckte Schaltungen

Die Eigenschaften und Merkmale von FR-4 oder FR4 machen es vielseitig einsetzbar und kostengünstig. Deshalb ist seine Verwendung in der Leiterplattenproduktion so weit verbreitet. Daher ist es selbstverständlich, dass wir in unserem Blog einen Artikel darüber veröffentlichen.

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über:

Die Eigenschaften und Vorteile von FR4
Die verschiedenen FR-4-Typen
Die Faktoren, die bei der Wahl der Dicke zu berücksichtigen sind
Warum FR4 wählen?
Die bei Proto-Electronics erhältlichen FR4-Typen

FR4 Eigenschaften und Materialien

FR4 ist ein von der NEMA (National Electrical Manufacturers Association) definierter Standard für ein glasfaserverstärktes Epoxidharzlaminat.

FR steht für „flammhemmend“ und bedeutet, dass das Material der Norm UL94V-0 für die Entflammbarkeit von Kunststoffen entspricht. Der Code 94V-0 findet sich auf allen FR-4-Leiterplatten. Er garantiert die Verhinderung der Brandausbreitung und ein schnelles Erlöschen des Materials im Brandfall.

Der Glasübergang (TG) liegt bei den High TGs oder HiTGs je nach Herstellungsverfahren und verwendeten Harzen in der Größenordnung von 115 °C bis 200 °C. Eine Standard-FR-4-Leiterplatte besteht aus einer FR-4-Schicht zwischen zwei dünnen Schichten laminiertem Kupfer.

FR-4 verwendet Brom, ein sogenanntes halogenhaltiges chemisches Element, das feuerbeständig ist. Es ersetzte in den meisten seiner Anwendungen G-10, einen anderen Verbundwerkstoff mit geringerer Beständigkeit.

FR4 bietet den Vorteil eines guten Widerstands-Gewichts-Verhältnisses. Es nimmt kein Wasser auf, behält eine hohe mechanische Festigkeit und verfügt über eine gute Isolierfähigkeit in trockenen und feuchten Umgebungen.

Beispiele für FR-4

Standard FR4: Wie der Name schon sagt, handelt es sich hierbei um Standard-FR-4 mit einer Hitzebeständigkeit im Bereich von 140 °C bis 150 °C.

FR4 mit hohem TG: Dieser FR-4-Typ hat einen höheren Glasübergang (TG) von etwa 180 °C.

Hoher CTI FR4: Vergleichender Kriechstromindex höher als 600 Volt.

FR4 ohne laminiertes Kupfer: ideal für Isolierplatten und Plattenträger.

Weitere Einzelheiten zu den Eigenschaften dieser verschiedenen Materialien finden Sie weiter unten im Artikel.

Faktoren, die bei der Wahl der Dicke zu berücksichtigen sind

Kompatibilität mit KomponentenObwohl FR-4 zur Herstellung vieler Arten von Leiterplatten verwendet wird, hat seine Dicke Auswirkungen auf die Art der verwendeten Komponenten. Beispielsweise unterscheiden sich THT-Komponenten von anderen Komponenten und erfordern eine dünne Leiterplatte.

Platzsparend: Platzersparnis ist beim Design einer Leiterplatte unerlässlich, insbesondere bei USB-Anschlüssen und Bluetooth-Zubehör. Die dünnsten Leiterplatten werden in Konfigurationen verwendet, bei denen Platzersparnis entscheidend ist.

Design und FlexibilitätDie meisten Hersteller bevorzugen dicke gegenüber dünnen Platten. Bei Verwendung von FR-4 besteht bei zu dünnem Substrat die Gefahr, dass es bei einer Vergrößerung der Plattenabmessungen bricht. Dickere Platten sind hingegen flexibel und ermöglichen die Herstellung von V-Nuten.

Die Umgebung, in der die Leiterplatte eingesetzt wird, muss berücksichtigt werden. Für eine elektronische Steuereinheit im medizinischen Bereich garantieren dünne Leiterplatten geringere Belastung. Zu dünne – und damit zu flexible – Leiterplatten sind anfälliger für Hitze. Sie können sich beim Löten der Komponenten verbiegen und einen unerwünschten Winkel einnehmen.

Impedanzkontrolle: Die Plattendicke bestimmt die Dicke des dielektrischen Mediums, in diesem Fall FR-4, was die Impedanzkontrolle erleichtert. Wenn die Impedanz ein wichtiger Faktor ist, ist die Plattendicke ein entscheidendes Kriterium, das berücksichtigt werden muss.

Anschlüsse: Die Art der für eine gedruckte Schaltung verwendeten Anschlüsse bestimmt auch die Dicke des FR-4.

Warum FR4 wählen?

Aufgrund ihrer günstigen Kosten sind FR4-Platinen eine Standardoption für die Herstellung kleiner Leiterplattenserien oder für die Entwicklung elektronischer Prototypen.

FR4 ist jedoch nicht ideal für Hochfrequenz-Leiterplatten. Wenn Sie Ihre Leiterplatten in Produkte einbauen möchten, die den Einbau von Komponenten nicht so einfach ermöglichen und für flexible Leiterplatten weniger geeignet sind, sollten Sie ein anderes Material bevorzugen: Polyimid/Polyamid.

Die verschiedenen FR-4-Typen von Proto-Electronics

Standard FR4

FR4 SHENGYI Familie S1000H
Dicke von 0,2 bis 3,2 mm.
FR4 VENTEC-Familie VT 481
Dicke von 0,2 bis 3,2 mm.
FR4 SHENGYI Familie S1000-2
Dicke von 0,6 bis 3,2 mm.
FR4 VENTEC-Familie VT 47
Dicke von 0,6 bis 3,2 mm.
FR4 SHENGYI Familie S1600
Standarddicke 1,6 mm.
FR4 VENTEC-Familie VT 42C
Standarddicke 1,6 mm.
Bei diesem Material handelt es sich um ein Epoxidglas ohne Kupfer, das für den Einsatz in Isolierplatten, Schablonen, Platinenträgern usw. vorgesehen ist. Die Herstellung erfolgt anhand von technischen Zeichnungen vom Typ Gerber oder DXF-Dateien.
Dicke von 0,3 bis 5 mm.