FR-4 wat bekend moet wees voor PCB-druk

1. FR4 vel, ook geskryf as FR4, is beide 'n naam en 'n standaardvlak

Die organiese substraatmateriaal wat gebruik word vir die vervaardiging van PCB's bestaan ​​uit drie komponente: hars, versterkingsmateriaal en geleidende koperfoelie.

  FR-4, as die naam, is van toepassing op die gebruik van glasveseldoek as 'n versterkingsmateriaal in die vervaardiging van gedrukte stroombaanborde, en die harsstelsel is 'n algemene term vir epoksiehars gelamineerde velle. FR-4 is net 'n algemene term vir 'n tipe plaatmetaal. Die glasveseldoek is 'n elektroniese graad glasvesel wat in 'n dun, lapagtige materiaal geweef is. Glasvesel maak dat FR-4 die nodige strukturele stabiliteit het. Hierdie veselglasdoek word omring en gebind deur epoksiehars met vlamvertragende bymiddels. Harse gee materiaal styfheid en ander fisiese eienskappe.

  Die FR-4 spesifikasie is ontwikkel deur NEMA (Electrical Manufacturers Association of America), en die algemeen gebruikte klassifikasie van PCB NEMA substraat grade word in die tabel hieronder getoon

  Die FR in die NEMA-klassifikasiestandaard verteenwoordig Vlamvertrager of Brandweerstand, wat ook bekend staan ​​as die brandgradering. Daarom is FR-gegradeerde planke almal vlamvertragende planke, en die nommer "4" onderskei die materiaal van ander materiale van dieselfde graad. 4 dui aan dat die hars epoksiehars is, die versterkingsmateriaal is veselglasdoek en die brandgradering is UL94 V-0. Die vlamvertragende graad van FR-1, FR-2 en FR-3 is UL 94V-1, en die harse en versterkingsmateriaal wat gebruik word, verskil ook.

  In die 1950's is papierfenoliese koperbeklede substrate bekendgestel en wyd gebruik in elektriese toerusting soos radio's en televisies. Hierdie materiaal het egter lae elektriese isolasie gehad en was nie vlamvertragend nie. Op daardie tydstip was daar baie brandongelukke wat veroorsaak is deur TV-elektriese foute in die Verenigde State, so NEMA het verskillende PCB-substraatgrade verdeel op grond van elektriese veiligheidsoorwegings, hoofsaaklik gebaseer op die vlambaarheid, hoë temperatuurstabiliteit, vogabsorpsie en ander aanwysers van die stroombaan bord substraat, maar het nie die elektriese eienskappe van die substraat, soos diëlektriese konstante, verlies raaklyn en ander aanwysers spesifiseer.

  FR-4 is slegs een vlak in die NEMA-substraatklassifikasie, wat slegs die materiaalkategorie verteenwoordig, nie die spesifieke materiaal nie. 'n Algemene probleem is dat FR-4 dikwels verwar word met 'n spesifieke diëlektrikum, soos die FR-4-materiaal in ons simulasiesagteware, wat 'n verstek diëlektriese konstante van 4.2 en 'n verlieshoektangens van 0.02 het. Baie medium tot lae verlies plate is egter ook FR-4 graad materiaal.

2. Hoekom is FR4 'n gewone bord in PCB-fabrieke

  Die eerste wyd gebruikte PCB-borde was papierfenoliese koperbeklede substrate, soos XPC en XXXPC, wat relatief goedkoop maar nie vlamvertragend was nie. Na die brandongelukke wat veroorsaak is deur stroombaanfoute in die 1970's, het die belangrikste elektriese toerusting vlamvertragende substrate begin gebruik. Die gebruik van papierfenoliese koperbeklede substrate FR-1 en FR-2 met vlamvertragende eienskappe het geleidelik dié van nie-vlamvertragende XPC- en XXXPC-substrate oorskry.

  In die 1980's het draagbare multimedia-toestelle gewild begin word, soos Walkmans en BPM's. PCB's het begin ontwikkel in die rigting van miniaturisering en hoë-digtheid, en die toepassing van multi-laag PCB het al hoe meer algemeen geword, wat gelei het tot die ontwikkeling van PCB substrate.

  Alhoewel papiersubstrate soos XPC en FR-1 goedkoper is as epoksie-veselglasstofsubstraat FR-4, is dit nie so goed soos FR-4 in terme van vogabsorpsie, hittebestandheid en meganiese sterkte nie. In die vroeë dae is papiersubstrate tipies vir pryssensitiewe verbruikersprodukte gebruik, terwyl FR-4 meer algemeen vir industriële produkte gebruik is.

  Maar namate verbruikerstoestelle na kleiner, ligter en dunner groottes beweeg, neem die gebruik van FR-4-panele ook toe. Met die wydverspreide gebruik van PCB's met standaarddiktes wat wissel van 1.6 mm tot 0.8 mm, het die meganiese sterkte en vogweerstand van papiersubstrate 'n probleem geword. Boonop is papiersubstrate nie geskik vir die vervaardiging van meerlaagborde nie, en met die ontwikkeling van toerustingminiaturisering neem die digtheid van PCB-bedrading toe, en die markaandeel van meerlaagborde neem ook toe. Daarom, ten spyte van die relatief hoë koste van FR-4-panele, verskuif verbruikersprodukte steeds geleidelik na FR-4-panele.

  Nog 'n belangrike rede waarom PCB-sjabloonfabrieke wyd FR-4 kies in plaas van om goedkoper papiersubstrate te gebruik, is dat papiersubstrate nie geskik is vir boorprosesse nie, net vir ponsprosesse, terwyl FR-4 baie maklik is om te verwerk.

  Met die voortdurende uitbreiding van produksiekapasiteit vir materiale soos epoksiehars en veselglasdoek, is die huidige standaard FR-4-substraat reeds 'n laekostemateriaal met uitstekende meganiese eienskappe en verwerkbaarheid, wat dit baie gewild maak onder globale laekoste elektroniese produkvervaardigers .

3. Prestasie-aanwysers van FR-4

  FR-4-substraat is 'n epoksieharsstelsel, so Tg-waarde is lank reeds die algemeenste aanwyser wat gebruik word om FR-4-substraatgrade te klassifiseer en is ook een van die belangrikste prestasie-aanwysers in die IPC-4101-spesifikasie.

Glasoorgangstemperatuur Tg

  Die Tg-waarde van 'n harsisteem verwys na die temperatuuroorgangspunt waar 'n materiaal oorgaan van 'n relatief rigiede of "glas" toestand na 'n maklik vervormbare of versagte toestand. Solank die hars nie ontbind nie, is hierdie termodinamiese verandering altyd omkeerbaar. Dit beteken dat wanneer die materiaal van 'n kamertemperatuurtoestand tot 'n temperatuur hoër as die Tg-waarde verhit word, en dan onder die Tg-waarde afgekoel word, dit kan terugkeer na 'n rigiede toestand met dieselfde eienskappe as voorheen. Wanneer die materiaal egter verhit word tot 'n temperatuur wat baie hoër is as sy Tg-waarde, kan dit lei tot onomkeerbare faseveranderinge. Die impak van hierdie temperatuur is nou verwant aan die tipe materiaal en ook aan die termiese ontbinding van die hars.

  Oor die algemeen, hoe hoër die Tg van die substraat, hoe hoër is die betroubaarheid van die materiaal. As die loodvrye sweisproses gebruik word, is dit ook nodig om die termiese ontbindingstemperatuur (Td) van die substraat in ag te neem.

  Ander belangrike prestasie-aanwysers sluit in termiese uitsettingskoëffisiënt (CTE), waterabsorpsie, adhesie-eienskappe van materiale, en algemeen gebruikte delamineringstydtoetse, soos T260- en T288-toetse.

4. Diversiteit van FR4 vel

  Wat is die spesifieke onderskeid tussen materiale in hierdie kategorie, met behulp van veselglasdoek as 'n versterkingsmateriaal, epoksiehars as die harsisteem, en FR-4 as die basismateriaal met 'n vlamvertragergradering van UL 94V-0?

Verdeel gebaseer op Tg-waarde

  Die duidelikste verskil tussen FR-4-materiale is die Tg-waarde. Volgens die Tg-temperatuur word FR-4-velle oor die algemeen verdeel in lae Tg-, medium Tg- en hoë Tg-velle.

  In die bedryf word FR-4 met Tg rondom 135 ℃ gewoonlik geklassifiseer as lae Tg-vel; Neem FR-4 met Tg by ongeveer 150 ℃ as 'n medium Tg-plaat; 

Klassifiseer FR-4 met ongeveer 170 ℃ Tg as 'n hoë Tg-plaat.

  As daar veelvuldige druktye is, veelvuldige PCB-lae (meer as 14 lae), hoë sweistemperatuur (≥ 230 ℃), hoë werktemperatuur (meer as 100 ℃), of hoë sweistermiese spanning (soos golfsoldeer) tydens PCB-verwerking, hoë Tg-plate moet gekies word.

Verdeel op grond van verliese

Gewone verliesplaat (Df ≥ 0.02)

Medium verlies plaat (0.01

Lae verlies blad (0.005

Ultra lae verlies blad (Df ＜ 0.005)