Hướng dẫn về FR-4 cho mạch in

Các đặc tính và đặc điểm của FR-4 hoặc FR4 làm cho nó rất linh hoạt với chi phí phải chăng. Đây là lý do tại sao việc sử dụng nó rất phổ biến trong sản xuất mạch in. Do đó, việc chúng tôi đưa một bài viết về nó vào blog của mình là điều bình thường.

Trong bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu thêm về:

Tính chất và lợi ích của FR4
Các loại FR-4 khác nhau
Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn độ dày
Tại sao nên chọn FR4?
Các loại FR4 có sẵn từ Proto-Electronics

Tính chất và vật liệu FR4

FR4 là tiêu chuẩn do NEMA (Hiệp hội các nhà sản xuất thiết bị điện quốc gia) quy định đối với vật liệu phủ epoxy cốt sợi thủy tinh.

FR là viết tắt của “chất chống cháy” và chỉ ra rằng vật liệu tuân thủ tiêu chuẩn UL94V-0 về khả năng chống cháy của vật liệu nhựa. Mã 94V-0 có thể được tìm thấy trên tất cả các PCB FR-4. Nó đảm bảo không lan truyền lửa và dập tắt nhanh chóng khi vật liệu cháy.

Chuyển tiếp thủy tinh (TG) của nó có nhiệt độ từ 115°C đến 200°C đối với High TG hoặc HiTG tùy thuộc vào phương pháp sản xuất và nhựa được sử dụng. Một PCB FR-4 tiêu chuẩn sẽ có một lớp FR-4 kẹp giữa hai lớp đồng mỏng nhiều lớp.

FR-4 sử dụng brom, một nguyên tố hóa học halogen có khả năng chống cháy. Nó thay thế G-10, một vật liệu tổng hợp khác có khả năng chống cháy kém hơn, trong hầu hết các ứng dụng của nó.

FR4 có ưu điểm là có tỷ lệ sức cản/trọng lượng tốt. Nó không hấp thụ nước, giữ được độ bền cơ học cao và có khả năng cách điện tốt trong môi trường khô hoặc ẩm.

Ví dụ về FR-4

Tiêu chuẩn FR4: đúng như tên gọi của nó, đây là loại FR-4 tiêu chuẩn có khả năng chịu nhiệt từ 140°C đến 150°C.

TG cao FR4: loại FR-4 này có nhiệt độ chuyển thủy tinh (TG) cao hơn khoảng 180°C.

CTI cao FR4: Chỉ số theo dõi so sánh cao hơn 600 vôn.

FR4 không có đồng cán mỏng: lý tưởng cho các tấm cách nhiệt và giá đỡ bảng.

Sẽ có thêm thông tin chi tiết về đặc điểm của những vật liệu khác nhau này ở phần sau của bài viết.

Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn độ dày

Khả năng tương thích với các thành phần: mặc dù FR-4 được sử dụng để sản xuất nhiều loại mạch in, độ dày của nó có ảnh hưởng đến các loại linh kiện được sử dụng. Ví dụ, các linh kiện THT khác với các linh kiện khác và yêu cầu PCB mỏng.

Tiết kiệm không gian: tiết kiệm không gian là điều cần thiết khi thiết kế PCB, đặc biệt là đối với các đầu nối USB và phụ kiện Bluetooth. Các bo mạch mỏng nhất được sử dụng trong các cấu hình mà tiết kiệm không gian là rất quan trọng.

Thiết kế và tính linh hoạt: hầu hết các nhà sản xuất thích ván dày hơn ván mỏng. Sử dụng FR-4, nếu nền quá mỏng, nó sẽ có nguy cơ bị vỡ nếu kích thước ván tăng lên. Mặt khác, ván dày hơn thì linh hoạt và có thể tạo rãnh chữ V.

Môi trường mà PCB sẽ được sử dụng phải được xem xét. Đối với một đơn vị điều khiển điện tử trong lĩnh vực y tế, PCB mỏng đảm bảo giảm ứng suất. Các bo mạch quá mỏng – và do đó quá linh hoạt – dễ bị nhiệt hơn. Chúng có thể uốn cong và tạo ra một góc không mong muốn trong các bước hàn linh kiện.

Kiểm soát trở kháng: độ dày của bo mạch ngụ ý độ dày của môi trường điện môi, trong trường hợp này là FR-4, đây là yếu tố tạo điều kiện cho việc kiểm soát trở kháng. Khi trở kháng là một yếu tố quan trọng, độ dày của bo mạch là tiêu chí quyết định cần được tính đến.

Kết nối: loại đầu nối được sử dụng cho mạch in cũng quyết định độ dày FR-4.

Tại sao nên chọn FR4?

Chi phí phải chăng của FR4 khiến chúng trở thành lựa chọn tiêu chuẩn cho việc sản xuất PCB hàng loạt nhỏ hoặc để tạo mẫu điện tử.

Tuy nhiên, FR4 không lý tưởng cho mạch in tần số cao. Tương tự, nếu bạn muốn xây dựng PCB của mình thành các sản phẩm không dễ dàng cho phép áp dụng các thành phần và không phù hợp với PCB linh hoạt, bạn nên ưu tiên một vật liệu khác: polyimide/polyamide.

Các loại FR-4 khác nhau có sẵn từ Proto-Electronics

Tiêu chuẩn FR4

Gia đình FR4 SHENGYI S1000H
Độ dày từ 0,2 đến 3,2 mm.
Dòng FR4 VENTEC VT 481
Độ dày từ 0,2 đến 3,2 mm.
Gia đình FR4 SHENGYI S1000-2
Độ dày từ 0,6 đến 3,2 mm.
Dòng FR4 VENTEC VT 47
Độ dày từ 0,6 đến 3,2 mm.
Gia đình FR4 SHENGYI S1600
Độ dày tiêu chuẩn 1,6 mm.
Dòng FR4 VENTEC VT 42C
Độ dày tiêu chuẩn 1,6 mm.
Vật liệu này là thủy tinh epoxy không có đồng, được thiết kế để sử dụng trong các tấm cách nhiệt, mẫu, giá đỡ bảng, v.v. Chúng được sản xuất bằng bản vẽ cơ khí loại Gerber hoặc tệp DXF.
Độ dày từ 0,3 đến 5 mm.