Leiterplattenmaterial Fr4 Substrat Leiterplattenherstellungsservice
Wie Sie wissen, spielt die Leiterplatte bei elektronischen Produkten eine wichtige Rolle. Daher müssen Sie überlegen, wie Sie das richtige Material für Ihre Leiterplattenherstellung auswählen. JHYPCB bietet Ihnen die niedrigstmöglichen Kosten und die besten Ergebnisse bei der Herstellung hochwertiger Leiterplatten und der hochwertigen Leiterplattenbestückung . Es gibt jedoch viele verschiedene Arten von Leiterplattenmaterialien, wie z. B. FR-4-Material , HDI-Material, Rogers-Leiterplattenmaterial usw. Im Allgemeinen verwenden wir das Standard-FR-4-Material für die Leiterplatten, um die Produktkosten zu senken. Dies ist eine gute Option, da FR-4-Material für viele Anwendungen erschwinglich und nützlich ist. FR-4-Material ist jedoch nicht die einzige Art von Leiterplattenmaterial. Ein Vergleich mit PCB-Material, FR-4-Material und Rogers-Material ist unerlässlich.
Was ist FR4?
FR4 ist ein von der NEMA (National Electrical Manufacturers Association) definierter Standard für ein glasfaserverstärktes Epoxidharzlaminat. "FR" zeigt an, dass das Material flammhemmend ist, und "4" zeigt gewebtes glasfaserverstärktes Epoxidharz an. Einseitige oder doppelseitige Leiterplattenstrukturen bestehen aus einem FR4-Kern sowie oberen und unteren Kupferschichten. Mehrschichtige Leiterplatten haben zusätzliche Prepreg-Schichten zwischen dem mittleren Kern und den oberen und unteren Kupferschichten. Der Kern besteht aus einem Substrat mit Kupferabdeckung, das auch als kupferkaschiertes Laminat (CCL) bezeichnet wird . Der Kern, das Laminat und das Prepreg können alle FR4 sein, wobei sich die Kupferbleche zwischen der Signal- und der Grundschicht befinden. FR4 ist die gebräuchlichste Materialqualität für gefertigte Leiterplatten. Die Eigenschaften und Merkmale von FR-4 oder FR4 machen es sehr vielseitig zu erschwinglichen Kosten. Vor der Explosion von mehrschichtigen Leiterplatten gab es viele alternative Leiterplattenmaterialien zu FR4. Dazu gehörten FR2, CEM 1 und CEM 3 auf Papierbasis. Die Stärke von FR4, insbesondere für mehrschichtige Leiterplatten , war jedoch ein wesentlicher Faktor für die Trennung von FR4 von Alternativen, um zum Industriestandard zu werden. Daher werden die meisten Leiterplatten mit FR4 als Basismaterial hergestellt.
FR4 Materialien und Eigenschaften
Sein Glasübergang (TG) beträgt je nach Herstellungsverfahren und verwendeten Harzen 115 ° C bis 200 ° C für die High TGs oder HiTGs. Eine Standard-FR-4-Leiterplatte weist eine FR-4-Schicht auf, die zwischen zwei dünnen Schichten aus laminiertem Kupfer angeordnet ist.
FR-4 verwendet Brom, ein sogenanntes halogenchemisches Element, das feuerfest ist. In den meisten Anwendungen ersetzte es G-10, einen anderen weniger widerstandsfähigen Verbundwerkstoff.
FR4 hat den Vorteil eines hervorragenden Widerstands-Gewichts-Verhältnisses. Es nimmt kein Wasser auf, behält eine hohe mechanische Festigkeit bei und verfügt über ein ausgezeichnetes Isolationsvermögen in trockenen oder feuchten Umgebungen.
Beispiele für FR-4
- Standard FR4: Wie der Name schon sagt, ist dies der Standard FR-4 mit einer Wärmebeständigkeit in der Größenordnung von 140 ° C bis 150 ° C.
- Hoher TG FR4: Dieser FR-4-Typ hat einen höheren Glasübergang (TG) von etwa 180 ° C.
- Hoher CTI FR4: Vergleichender Tracking-Index über 600 Volt.
- FR4 ohne laminiertes Kupfer: Ideal für Dämmplatten und Plattenhalterungen.
- Weitere Einzelheiten zu den Eigenschaften dieser verschiedenen Materialien finden Sie später in diesem Artikel.
Bei der Auswahl der Dicke zu berücksichtigende Faktoren
- Kompatibilität mit Bauteilen : Obwohl FR-4 zur Herstellung vieler Arten von gedruckten Schaltungen verwendet wird, wirkt sich seine Dicke auf die Bauteile aus. Beispielsweise unterscheiden sich THT-Komponenten von anderen Komponenten und erfordern eine dünne Leiterplatte.
- Platzsparend : Platzsparend ist beim Entwerfen einer Leiterplatte besonders für USB-Anschlüsse und Bluetooth-Zubehör unerlässlich. Die dünnsten Platinen werden in Konfigurationen verwendet, in denen Platzersparnis entscheidend ist.
- Design und Flexibilität : Die meisten Hersteller bevorzugen dicke Platten gegenüber dünnen. Wenn das Substrat bei Verwendung von FR-4 zu dünn ist, besteht die Gefahr eines Bruchs, wenn die Plattenabmessungen erhöht werden. Andererseits sind dickere Platten flexibel und ermöglichen die Erzeugung von V-Nuten.
- Die Umgebung in der Leiterplatte, die verwendet werden soll, muss berücksichtigt werden . Für ein elektronisches Steuergerät im medizinischen Bereich garantieren dünne Leiterplatten eine geringere Belastung. Zu dünne und daher zu flexible Platten sind anfälliger für Hitze. Sie können sich während der Lötschritte der Komponenten verbiegen und einen unerwünschten Winkel einnehmen.
- Impedanzkontrolle : Die Plattendicke impliziert die Konsistenz der dielektrischen Umgebung, in diesem Fall FR-4, was die Impedanzkontrolle erleichtert. Wenn die Impedanz ein wesentlicher Faktor ist, ist die Plattendicke ein bestimmendes Kriterium, das berücksichtigt werden muss.
- Anschlüsse : Die Art der für eine gedruckte Schaltung verwendeten Anschlüsse bestimmt auch die FR-4-Dicke.
Die verschiedenen Arten von FR-4, die bei JHYPCB erhältlich sind
JHYPCB STANDARD FR-4 MATERIALEIGENSCHAFTEN
- Hohe Glasübergangstemperatur (Tg) (150Tg oder 170Tg)
- Hohe Zersetzungstemperatur (Td) (> 345 ° C)
- Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) ((2,5% -3,8%)
- Dielektrizitätskonstante (bei 1 GHz): 4,25-4,55
- Verlustfaktor (bei 1 GHz): 0,016
- UL-bewertet (94V-0, CTI = mindestens 3)
- Kompatibel mit Standard- und bleifreier Montage.
- Laminatdicke von 0,005 "bis 0,125" erhältlich
- Pre-Preg-Dicken verfügbar (ungefähr nach dem Laminieren):
- (1080 Glasart) 0,0022 "
- (2116 Glasart) 0,0042 "
- (7628 Glasart) 0,0075 "
Standard FR4
- FR4 SHENGYI Familie S1000H
- Dicke von 0,2 bis 3,2 mm.
- FR4 VENTEC Familie VT 481
- Dicke von 0,2 bis 3,2 mm.
FR4 High TG- FR4 SHENGYI Familie S1000-2
- Dicke von 0,6 bis 3,2 mm.
- FR4 VENTEC Familie VT 47
- Dicke von 0,6 bis 3,2 mm.
FR4 High IRC- FR4 SHENGYI Familie S1600
- Standarddicke 1,6 mm.
- FR4 VENTEC Familie VT 42C
- Standarddicke 1,6 mm.
FR4 ohne Kupfer- Bei diesem Material handelt es sich um ein Epoxidglas ohne Kupfer, das für die Verwendung in Isolierplatten, Schablonen, Leiterplatten usw. vorgesehen ist. Sie werden unter Verwendung von mechanischen Zeichnungen vom Typ Gerber oder DXF-Feilen hergestellt.
- Dicke von 0,3 bis 5 mm.
Der Unterschied zwischen FR-4-Material und Rogers-Material
1. FR-4-Material ist billiger als Rogers-Material.
2. Im Vergleich zu FR-4-Material eignet sich Rogers-Material hervorragend für hohe Frequenzen.
3. FR-4-Material hat einen hohen Df- oder Verlustfaktor als Rogers-Material und leidet unter mehr Signalverlust.
4. In Bezug auf die Impedanzstabilität hat Rogers-Material einen größeren Bereich von Dk-Werten als FR-4-Material.
5. Für die Dielektrizitätskonstante weist FR-4 einen Dk von ungefähr 4,5 auf, was niedriger ist als das Rogers-Material mit ungefähr 6,15 bis 11.
6. Beim Temperaturmanagement weist Rogers-Material im Vergleich zu FR-4-Material eine geringere Variation auf.
Wann ist FR4 nicht das beste Material für Ihr Board?
FR4 ist in den meisten Fällen eine gute Standard- oder Standardoption für Ihr Boardmaterial. Es gibt jedoch Fälle, in denen FR4 nicht das beste Material für Ihr Board ist, wie unten aufgeführt.
- Wenn bleifreies Löten erforderlich ist
Wenn Ihre Platinen in Europa vertrieben werden und der RoHS-Richtlinie (Restriction of Hazardous Substances Directive) entsprechen müssen oder Ihr Kunde die Verwendung von bleifreiem Löten verlangt, sollten Sie andere Materialoptionen prüfen. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Reflow-Temperaturen für bleifreies PCBA (bleifreie PCB-Baugruppe) bis zu 250 ° C erreichen können, was die Tg für viele Versionen von FR4 erheblich überschreitet.- Wenn Hochfrequenzsignale verwendet werden
Bei hohen Frequenzen können FR4-Karten keine konstante Impedanz aufrechterhalten, und es können Reflexionen auftreten, die die Signalintegrität negativ beeinflussen. Dies ist eine Folge des relativ hohen Wertes für dk.- Wenn die Platine während des Betriebs extrem hohen Temperaturen ausgesetzt ist
Es ist auch nicht ratsam, FR4 zu verwenden, wenn die Leiterplatte in einer Umgebung mit extrem hohen Temperaturen betrieben werden muss. Ein Beispiel wäre in der Nähe des Motorraums eines Luft- und Raumfahrtfahrzeugs.
FR4 ist zu Recht das am häufigsten verwendete Material im Leiterplattenbau. Platinen aus FR4 sind stark, wasserbeständig und bieten eine gute Isolierung zwischen Kupferschichten, die Interferenzen minimiert und eine gute Signalintegrität unterstützt. Bei hohen Frequenzen und in Umgebungen ist FR4 jedoch nicht das beste Material für Ihre Boards. Bei JHYPCB, dem Branchenführer in schnellen, qualitativ hochwertige Leiterplatten - Prototypen und Kleinserienfertigung, sind wir in der Lage Ihrem Plattenmaterial muss für jeden Fall zu erfüllen. Wir werden mit Ihnen zusammenarbeiten, um Ihnen bei der Auswahl der Materialien zu helfen, die Ihre Entwurfsabsicht am besten umsetzen.
Um Ihnen den Einstieg in den besten Weg zu erleichtern, liefern wir Informationen für Ihre DFM-Prüfungen . Wenn Sie bereit sind, Ihr Design herstellen zu lassen, kontaktieren Sie uns per E-Mail.
Ms. Megan