Una guida all'FR-4 per circuiti stampati

Le proprietà e le caratteristiche dell'FR-4 lo rendono molto versatile a un costo accessibile. Per questo motivo il suo utilizzo è così diffuso nella produzione di circuiti stampati. Pertanto, è normale che dedichiamo un articolo a questo argomento al nostro blog.

In questo articolo scoprirai di più su:

Le proprietà e i benefici di FR4
I diversi tipi di FR-4
I fattori da considerare nella scelta dello spessore
Perché scegliere FR4?
I tipi di FR4 disponibili da Proto-Electronics

Proprietà e materiali FR4

FR4 è uno standard definito dalla NEMA (National Electrical Manufacturers Association) per un laminato in resina epossidica rinforzata con fibra di vetro.

FR sta per "ritardante di fiamma" e indica che il materiale è conforme allo standard UL94V-0 sull'infiammabilità dei materiali plastici. Il codice 94V-0 è presente su tutti i PCB FR-4. Garantisce la non propagazione dell'incendio e la sua rapida estinzione in caso di combustione del materiale.

La sua transizione vetrosa (TG) è compresa tra 115 °C e 200 °C per i materiali ad alta TG o HiTG, a seconda dei metodi di fabbricazione e delle resine utilizzate. Un PCB FR-4 standard presenta uno strato di FR-4 racchiuso tra due sottili strati di rame laminato.

FR-4 utilizza il bromo, un cosiddetto elemento chimico alogeno resistente al fuoco. Ha sostituito il G-10, un altro composito meno resistente, nella maggior parte delle sue applicazioni.

FR4 ha il vantaggio di avere un buon rapporto resistenza-peso. Non assorbe acqua, mantiene un'elevata resistenza meccanica e ha una buona capacità isolante in ambienti asciutti o umidi.

Esempi di FR-4

FR4 standard: come indica il nome, si tratta dello standard FR-4 con una resistenza al calore dell'ordine di 140°C - 150°C.

FR4 ad alto TG: questo tipo di FR-4 ha una transizione vetrosa (TG) più elevata, pari a circa 180°C.

FR4 con CTI elevato: Indice di tracciamento comparativo superiore a 600 Volt.

FR4 senza rame laminato: ideale per piastre isolanti e supporti per pannelli.

Più avanti nell'articolo troverete maggiori dettagli sulle caratteristiche di questi diversi materiali.

Fattori da considerare nella scelta dello spessore

Compatibilità con i componenti: sebbene l'FR-4 venga utilizzato per produrre molti tipi di circuiti stampati, il suo spessore influisce sulla tipologia di componenti utilizzati. Ad esempio, i componenti THT sono diversi dagli altri componenti e richiedono un PCB sottile.

Risparmio di spazio: il risparmio di spazio è essenziale nella progettazione di un PCB, in particolare per i connettori USB e gli accessori Bluetooth. Le schede più sottili vengono utilizzate nelle configurazioni in cui il risparmio di spazio è fondamentale.

Design e flessibilità: la maggior parte dei produttori preferisce pannelli spessi a quelli sottili. Utilizzando FR-4, se il substrato è troppo sottile, si correrebbe il rischio di rompersi aumentando le dimensioni del pannello. D'altra parte, i pannelli più spessi sono flessibili e consentono di creare scanalature a V.

È importante considerare l'ambiente in cui verrà utilizzato il PCB. Per un'unità di controllo elettronica in campo medico, i PCB sottili garantiscono una riduzione delle sollecitazioni. Le schede troppo sottili, e quindi troppo flessibili, sono più vulnerabili al calore. Possono piegarsi e assumere un'angolazione indesiderata durante le fasi di saldatura dei componenti.

Controllo dell'impedenza: lo spessore della scheda implica lo spessore dell'ambiente dielettrico, in questo caso FR-4, che facilita il controllo dell'impedenza. Quando l'impedenza è un fattore importante, lo spessore della scheda è un criterio determinante da tenere in considerazione.

Connessioni: anche il tipo di connettori utilizzati per un circuito stampato determina lo spessore dell'FR-4.

Perché scegliere FR4?

Il costo accessibile degli FR4 li rende un'opzione standard per la produzione di piccole serie di PCB o per la prototipazione elettronica.

Tuttavia, l'FR4 non è l'ideale per i circuiti stampati ad alta frequenza. Allo stesso modo, se si desidera realizzare PCB che non consentono facilmente l'adozione di componenti e che sono poco adatti ai PCB flessibili, è consigliabile preferire un altro materiale: poliimmide/poliammide.

I diversi tipi di FR-4 disponibili da Proto-Electronics

FR4 standard

Famiglia FR4 SHENGYI S1000H
Spessore da 0,2 a 3,2 mm.
Famiglia FR4 VENTEC VT 481
Spessore da 0,2 a 3,2 mm.
FR4 Famiglia SHENGYI S1000-2
Spessore da 0,6 a 3,2 mm.
Famiglia FR4 VENTEC VT 47
Spessore da 0,6 a 3,2 mm.
Famiglia FR4 SHENGYI S1600
Spessore standard 1,6 mm.
Famiglia FR4 VENTEC VT 42C
Spessore standard 1,6 mm.
Questo materiale è un vetro epossidico senza rame, progettato per l'uso in piastre isolanti, modelli, supporti per schede, ecc. Vengono realizzati utilizzando disegni meccanici di tipo Gerber o file DXF.
Spessore da 0,3 a 5 mm.