Guide du FR-4 pour circuits imprimés

Les propriétés et caractéristiques du FR-4 le rendent très polyvalent et abordable. C'est pourquoi son utilisation est si répandue dans la production de circuits imprimés. Il est donc normal que nous lui consacrions un article sur notre blog.

Dans cet article, vous en saurez plus sur :

Les propriétés et les avantages du FR4
Les différents types de FR-4
Les facteurs à prendre en compte lors du choix de l'épaisseur
Pourquoi choisir FR4 ?
Les types de FR4 disponibles chez Proto-Electronics

Propriétés et matériaux du FR4

FR4 est une norme définie par la NEMA (National Electrical Manufacturers Association) pour un stratifié en résine époxy renforcée de verre.

FR signifie « ignifuge » et indique que le matériau est conforme à la norme UL94V-0 relative à l'inflammabilité des matières plastiques. Le code 94V-0 figure sur tous les circuits imprimés FR-4. Il garantit la non-propagation du feu et son extinction rapide en cas de combustion.

Sa transition vitreuse (TG) est de l'ordre de 115 °C à 200 °C pour les High TG ou HiTG, selon les méthodes de fabrication et les résines utilisées. Un circuit imprimé FR-4 standard comporte une couche de FR-4 prise en sandwich entre deux fines couches de cuivre laminé.

Le FR-4 utilise du brome, un élément chimique dit halogène résistant au feu. Il a remplacé le G-10, un autre composite moins résistant, dans la plupart de ses applications.

Le FR4 présente l'avantage d'offrir un excellent rapport résistance/poids. Il n'absorbe pas l'eau, conserve une résistance mécanique élevée et possède un bon pouvoir isolant en milieu sec ou humide.

Exemples de FR-4

Norme FR4: comme son nom l'indique, il s'agit du FR-4 standard avec une résistance à la chaleur de l'ordre de 140°C à 150°C.

FR4 à teneur élevée en TG: ce type de FR-4 a une transition vitreuse (TG) plus élevée d'environ 180°C.

FR4 à CTI élevé:Indice de suivi comparatif supérieur à 600 volts.

FR4 sans cuivre laminé: idéal pour les plaques isolantes et les supports de panneaux.

Vous trouverez plus de détails sur les caractéristiques de ces différents matériaux plus loin dans l'article.

Facteurs à prendre en compte lors du choix de l'épaisseur

Compatibilité avec les composantsBien que le FR-4 soit utilisé pour produire de nombreux types de circuits imprimés, son épaisseur a des conséquences sur les types de composants utilisés. Par exemple, les composants THT sont différents des autres composants et nécessitent un circuit imprimé fin.

Gain de placeLe gain de place est essentiel lors de la conception d'un circuit imprimé, notamment pour les connecteurs USB et les accessoires Bluetooth. Les cartes les plus fines sont utilisées dans les configurations où le gain de place est crucial.

Conception et flexibilitéLa plupart des fabricants préfèrent les panneaux épais aux panneaux fins. Avec le FR-4, un substrat trop fin risque de se casser si les dimensions du panneau sont augmentées. En revanche, les panneaux plus épais sont flexibles et permettent de réaliser des rainures en V.

L'environnement d'utilisation du circuit imprimé doit être pris en compte. Pour une unité de contrôle électronique dans le domaine médical, des circuits imprimés minces garantissent une réduction des contraintes. Les circuits imprimés trop fins, et donc trop flexibles, sont plus vulnérables à la chaleur. Ils peuvent se plier et prendre un angle indésirable lors des étapes de soudure des composants.

Contrôle d'impédanceL'épaisseur de la carte implique l'épaisseur du diélectrique, ici le FR-4, qui facilite le contrôle de l'impédance. Lorsque l'impédance est un facteur important, l'épaisseur de la carte est un critère déterminant à prendre en compte.

Relations:le type de connecteurs utilisés pour un circuit imprimé détermine également l'épaisseur du FR-4.

Pourquoi choisir FR4 ?

Le coût abordable des FR4 en fait une option standard pour la production de petites séries de PCB ou pour le prototypage électronique.

Cependant, le FR4 n'est pas idéal pour les circuits imprimés haute fréquence. De même, si vous souhaitez intégrer vos circuits imprimés dans des produits qui ne permettent pas facilement l'adoption de composants et qui sont peu adaptés aux circuits imprimés flexibles, privilégiez un autre matériau : le polyimide/polyamide.

Les différents types de FR-4 disponibles chez Proto-Electronics

Norme FR4

FR4 SHENGYI famille S1000H
Épaisseur de 0,2 à 3,2 mm.
Famille FR4 VENTEC VT 481
Épaisseur de 0,2 à 3,2 mm.
FR4 SHENGYI famille S1000-2
Épaisseur de 0,6 à 3,2 mm.
Famille FR4 VENTEC VT 47
Épaisseur de 0,6 à 3,2 mm.
FR4 SHENGYI famille S1600
Épaisseur standard 1,6 mm.
Famille FR4 VENTEC VT 42C
Épaisseur standard 1,6 mm.
Ce matériau est un verre époxy sans cuivre, conçu pour être utilisé dans les plaques d'isolation, les gabarits, les supports de panneaux, etc. Ils sont fabriqués à partir de dessins mécaniques de type Gerber ou de fichiers DXF.
Épaisseur de 0,3 à 5 mm.