คู่มือ FR-4 สำหรับวงจรพิมพ์

คุณสมบัติและลักษณะเฉพาะของ FR-4 หรือ FR4 ทำให้มีความยืดหยุ่นสูงและมีราคาไม่แพง นี่คือสาเหตุที่การใช้งานแพร่หลายในการผลิตแผงวงจรพิมพ์ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องปกติที่เราจะรวมบทความเกี่ยวกับเรื่องนี้ไว้ในบล็อกของเรา

ในบทความนี้ คุณจะพบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ:

คุณสมบัติและประโยชน์ของ FR4
FR-4 ประเภทต่างๆ
ปัจจัยที่ต้องพิจารณาในการเลือกความหนา
เหตุใดจึงควรเลือก FR4?
ประเภทของ FR4 ที่มีจำหน่ายจาก Proto-Electronics

คุณสมบัติและวัสดุ FR4

FR4 เป็นมาตรฐานที่กำหนดโดย NEMA (National Electrical Manufacturers Association) สำหรับแผ่นลามิเนตเรซินอีพอกซีเสริมใยแก้ว

FR ย่อมาจาก “สารหน่วงไฟ” และบ่งชี้ว่าวัสดุนี้เป็นไปตามมาตรฐาน UL94V-0 ว่าด้วยคุณสมบัติการติดไฟของวัสดุพลาสติก รหัส 94V-0 สามารถพบได้บน PCB FR-4 ทั้งหมด รหัสนี้รับประกันว่าไฟจะไม่ลามและดับได้อย่างรวดเร็วเมื่อวัสดุถูกเผาไหม้

ค่าการเปลี่ยนผ่านของแก้ว (TG) อยู่ที่ประมาณ 115°C ถึง 200°C สำหรับ TG สูงหรือ HiTG ขึ้นอยู่กับวิธีการผลิตและเรซินที่ใช้ PCB FR-4 มาตรฐานจะมีชั้น FR-4 ประกบอยู่ระหว่างชั้นทองแดงเคลือบบางสองชั้น

FR-4 ใช้โบรมีน ซึ่งเป็นธาตุฮาโลเจนที่ทนไฟ โดยมาแทนที่ G-10 ซึ่งเป็นสารประกอบอีกชนิดหนึ่งที่ทนไฟได้น้อยกว่า ในการใช้งานส่วนใหญ่

ข้อดีของ FR4 คือมีอัตราส่วนความต้านทานต่อน้ำหนักที่ดี ไม่ดูดซับน้ำ คงความแข็งแรงเชิงกลสูง และมีความสามารถในการเป็นฉนวนที่ดีในสภาพแวดล้อมที่แห้งหรือชื้น

ตัวอย่างของ FR-4

มาตรฐาน FR4:ตามชื่อระบุไว้ นี่คือ FR-4 มาตรฐานที่มีความทนทานต่อความร้อนในระดับ 140°C ถึง 150°C

FR4 ที่มี TG สูง:FR-4 ประเภทนี้มีค่าการเปลี่ยนผ่านแก้ว (TG) สูงกว่าประมาณ 180°C

CTI สูง FR4:ดัชนีการติดตามการเปรียบเทียบสูงกว่า 600 โวลต์

FR4 ที่ไม่มีทองแดงเคลือบหลายชั้น: เหมาะสำหรับแผ่นฉนวนและแผ่นรองรับกระดาน

มีรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับลักษณะเฉพาะของวัสดุที่แตกต่างกันเหล่านี้ในบทความต่อไป

ปัจจัยที่ต้องพิจารณาในการเลือกความหนา

ความเข้ากันได้กับส่วนประกอบ:แม้ว่า FR-4 จะถูกนำมาใช้ในการผลิตวงจรพิมพ์หลายประเภท แต่ความหนาของ FR-4 ส่งผลต่อประเภทของส่วนประกอบที่ใช้ ตัวอย่างเช่น ส่วนประกอบ THT แตกต่างจากส่วนประกอบอื่นๆ และต้องใช้ PCB ที่บาง

ประหยัดพื้นที่:การประหยัดพื้นที่เป็นสิ่งสำคัญเมื่อออกแบบ PCB โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับขั้วต่อ USB และอุปกรณ์เสริมบลูทูธ บอร์ดที่บางที่สุดใช้ในการกำหนดค่าที่การประหยัดพื้นที่เป็นสิ่งสำคัญ

การออกแบบและความยืดหยุ่น:ผู้ผลิตส่วนใหญ่มักนิยมใช้แผ่นไม้หนามากกว่าแผ่นไม้บาง หากใช้แผ่น FR-4 หากพื้นผิวมีความบางเกินไป แผ่นไม้จะเสี่ยงต่อการแตกหักหากขยายขนาดแผ่นไม้ ในทางกลับกัน แผ่นไม้ที่หนากว่าจะมีความยืดหยุ่นและสามารถสร้างร่องรูปตัววีได้

ต้องคำนึงถึงสภาพแวดล้อมที่จะใช้ PCB สำหรับหน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ในสาขาการแพทย์ PCB ที่บางจะรับประกันความเครียดที่ลดลง แผงวงจรที่บางเกินไปและยืดหยุ่นเกินไปจะเสี่ยงต่อความร้อนมากขึ้น อาจโค้งงอและเกิดมุมที่ไม่พึงประสงค์ในขั้นตอนการบัดกรีส่วนประกอบ

การควบคุมอิมพีแดนซ์:ความหนาของบอร์ดบ่งบอกถึงความหนาของสภาพแวดล้อมของฉนวนไฟฟ้า ในกรณีนี้คือ FR-4 ซึ่งเป็นตัวช่วยในการควบคุมค่าอิมพีแดนซ์ เมื่อค่าอิมพีแดนซ์เป็นปัจจัยสำคัญ ความหนาของบอร์ดจะเป็นเกณฑ์สำคัญที่ต้องนำมาพิจารณา

การเชื่อมต่อ:ประเภทของขั้วต่อที่ใช้กับวงจรพิมพ์ยังกำหนดความหนาของ FR-4 อีกด้วย

เหตุใดจึงควรเลือก FR4?

ต้นทุนที่ไม่แพงของ FR4 ทำให้เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการผลิต PCB ชุดเล็กๆ หรือสำหรับการสร้างต้นแบบทางอิเล็กทรอนิกส์

อย่างไรก็ตาม FR4 ไม่เหมาะสำหรับวงจรพิมพ์ความถี่สูง ในทำนองเดียวกัน หากคุณต้องการสร้าง PCB ให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่ไม่สามารถนำส่วนประกอบต่างๆ มาใช้ได้ง่ายและไม่เหมาะกับ PCB แบบยืดหยุ่น คุณควรเลือกใช้วัสดุอื่นแทน: โพลิอิไมด์/โพลิเอไมด์

FR-4 ประเภทต่างๆ ที่มีจำหน่ายจาก Proto-Electronics

มาตรฐาน FR4

FR4 ครอบครัว SHENGYI S1000H
ความหนาตั้งแต่ 0.2 ถึง 3.2 มม.
FR4 VENTEC ตระกูล VT 481
ความหนาตั้งแต่ 0.2 ถึง 3.2 มม.
ครอบครัว FR4 SHENGYI S1000-2
ความหนาตั้งแต่ 0.6 ถึง 3.2 มม.
FR4 VENTEC ตระกูล VT 47
ความหนาตั้งแต่ 0.6 ถึง 3.2 มม.
FR4 ครอบครัว SHENGYI S1600
ความหนามาตรฐาน 1.6 มม.
FR4 VENTEC ตระกูล VT 42C
ความหนามาตรฐาน 1.6 มม.
วัสดุนี้เป็นกระจกอีพอกซีไม่มีทองแดง ออกแบบมาเพื่อใช้เป็นแผ่นฉนวน เทมเพลต ตัวรองรับแผง ฯลฯ ผลิตโดยใช้ภาพวาดเชิงกลประเภท Gerber หรือไฟล์ DXF
ความหนาตั้งแต่ 0.3 ถึง 5 มม.