راهنمای FR-4 برای مدارهای چاپی

خواص و ویژگی‌های FR-4 یا FR4 آن را با قیمتی مقرون‌به‌صرفه بسیار پرکاربرد می‌کند. به همین دلیل است که استفاده از آن در تولید مدار چاپی بسیار گسترده است. بنابراین، طبیعی است که ما مقاله‌ای در مورد آن در وبلاگ خود قرار دهیم.

در این مقاله، با موارد زیر بیشتر آشنا خواهید شد:

خواص و مزایای FR4
انواع مختلف FR-4
عواملی که هنگام انتخاب ضخامت باید در نظر گرفته شوند
چرا FR4 را انتخاب کنیم؟
انواع FR4 موجود در Proto-Electronics

خواص و مواد FR4

FR4 استانداردی است که توسط NEMA (انجمن ملی تولیدکنندگان برق) برای لمینت رزین اپوکسی تقویت شده با شیشه تعریف شده است.

FR مخفف "مقاوم در برابر شعله" است و نشان می‌دهد که این ماده با استاندارد UL94V-0 در مورد اشتعال‌پذیری مواد پلاستیکی مطابقت دارد. کد 94V-0 را می‌توان در تمام PCB های FR-4 یافت. این کد عدم انتشار آتش و خاموش شدن سریع آن را هنگام سوختن ماده تضمین می‌کند.

دمای انتقال شیشه (TG) آن برای TG های بالا یا HiTG ها بسته به روش های تولید و رزین های مورد استفاده، از 115 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد است. یک PCB استاندارد FR-4 دارای یک لایه FR-4 است که بین دو لایه نازک مس لمینت شده قرار گرفته است.

FR-4 از برم، یک عنصر شیمیایی هالوژن که در برابر آتش مقاوم است، استفاده می‌کند. این کامپوزیت در بیشتر کاربردهای خود جایگزین G-10، کامپوزیت دیگری که مقاومت کمتری داشت، شد.

FR4 از نسبت مقاومت به وزن خوبی برخوردار است. آب را جذب نمی‌کند، مقاومت مکانیکی بالایی را حفظ می‌کند و در محیط‌های خشک یا مرطوب ظرفیت عایق‌بندی خوبی دارد.

نمونه‌هایی از FR-4

استاندارد FR4همانطور که از نامش پیداست، این استاندارد FR-4 با مقاومت حرارتی در حدود ۱۴۰ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد است.

TG بالا FR4این نوع FR-4 دارای دمای انتقال شیشه (TG) بالاتری در حدود ۱۸۰ درجه سانتیگراد است.

CTI بالا FR4شاخص ردیابی مقایسه‌ای بالاتر از ۶۰۰ ولت.

FR4 بدون روکش مس: ایده‌آل برای صفحات عایق و تکیه‌گاه‌های تخته‌ای.

جزئیات بیشتر در مورد ویژگی‌های این مواد مختلف بعداً در مقاله آمده است.

عواملی که هنگام انتخاب ضخامت باید در نظر گرفته شوند

سازگاری با قطعاتاگرچه FR-4 برای تولید انواع مختلفی از مدار چاپی استفاده می‌شود، اما ضخامت آن بر نوع قطعات مورد استفاده تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، قطعات THT با سایر قطعات متفاوت هستند و به یک PCB نازک نیاز دارند.

صرفه‌جویی در فضاصرفه‌جویی در فضا هنگام طراحی PCB، به ویژه برای کانکتورهای USB و لوازم جانبی بلوتوث، ضروری است. باریک‌ترین بردها در پیکربندی‌هایی استفاده می‌شوند که صرفه‌جویی در فضا بسیار مهم است.

طراحی و انعطاف‌پذیری: اکثر تولیدکنندگان تخته‌های ضخیم را به تخته‌های نازک ترجیح می‌دهند. با استفاده از FR-4، اگر زیرلایه خیلی نازک باشد، در صورت افزایش ابعاد تخته، خطر شکستن آن وجود دارد. از سوی دیگر، تخته‌های ضخیم‌تر انعطاف‌پذیر هستند و امکان ایجاد شیارهای V شکل را فراهم می‌کنند.

محیطی که PCB در آن استفاده خواهد شد باید در نظر گرفته شود. برای یک واحد کنترل الکترونیکی در حوزه پزشکی، PCB های نازک کاهش استرس را تضمین می کنند. بردهایی که خیلی نازک هستند - و بنابراین خیلی انعطاف پذیر - در برابر گرما آسیب پذیرتر هستند. آنها می توانند در طول مراحل لحیم کاری قطعات خم شوند و زاویه نامطلوبی به خود بگیرند.

کنترل امپدانسضخامت برد نشان‌دهنده ضخامت محیط دی‌الکتریک است، در این مورد FR-4، که کنترل امپدانس را تسهیل می‌کند. وقتی امپدانس یک عامل مهم است، ضخامت برد معیار تعیین‌کننده‌ای است که باید در نظر گرفته شود.

اتصالاتنوع کانکتورهای مورد استفاده برای مدار چاپی نیز ضخامت FR-4 را تعیین می‌کند.

چرا FR4 را انتخاب کنیم؟

هزینه مقرون به صرفه FR4 ها آنها را به گزینه ای استاندارد برای تولید سری های کوچک PCB یا نمونه سازی الکترونیکی تبدیل می کند.

با این حال، FR4 برای مدارهای چاپی با فرکانس بالا ایده‌آل نیست. به طور مشابه، اگر می‌خواهید PCB های خود را به محصولاتی تبدیل کنید که به راحتی امکان استفاده از قطعات را ندارند و برای PCB های انعطاف‌پذیر مناسب نیستند، باید ماده دیگری را ترجیح دهید: پلی‌آمید/پلی‌آمید.

انواع مختلف FR-4 موجود در Proto-Electronics

استاندارد FR4

FR4 SHENGYI خانواده S1000H
ضخامت از 0.2 تا 3.2 میلی متر.
خانواده FR4 VENTEC VT 481
ضخامت از 0.2 تا 3.2 میلی متر.
FR4 SHENGYI خانواده S1000-2
ضخامت از 0.6 تا 3.2 میلی متر.
خانواده FR4 VENTEC VT 47
ضخامت از 0.6 تا 3.2 میلی متر.
FR4 SHENGYI خانواده S1600
ضخامت استاندارد ۱.۶ میلی‌متر.
خانواده FR4 VENTEC VT 42C
ضخامت استاندارد ۱.۶ میلی‌متر.
این ماده یک شیشه اپوکسی بدون مس است که برای استفاده در صفحات عایق، قالب‌ها، تکیه‌گاه‌های تخته و غیره طراحی شده است. آن‌ها با استفاده از نقشه‌های مکانیکی نوع Gerber یا فایل‌های DXF تولید می‌شوند.
ضخامت از 0.3 تا 5 میلی متر.