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什么是FR4电路板

许多电气专业人员和与电子设备打交道的人都知道印刷电路板(PCB)的价值。这些板将传统的电子设备过渡到更简单,更高质量的产品,并提高了其性能。换句话说,PCB在许多电子电路和设备中已扮演了不可或缺的角色。此外,电子工程师还考虑了用于开发这些板的各种材料。FR4是一种这样的关键材料。不可否认,FR4是普遍用于制作PCB板的地面或骨干材料。

不幸的是,并不是每个人都知道FR4的含义,尤其是没有经验的个人。因此,本文旨在深入了解FR4电路板的含义,为什么它是常用的PCB基板,为什么要使用它以及何时避免使用这种材料。

什么是FR4电路板?

FR4电路板是PCB制造中使用的标准名称。FR是阻燃剂的缩写。值4被视为材料的典型额定值。名称FR4主要用于环氧玻璃层压板。这似乎是机织和薄布的东西。

基本上,FR4电路板通常被认为是复合结构。它的玻璃纤维成分在为FR4提供必不可少的结构稳定性方面起着至关重要的作用。玻璃纤维层位于内侧,在内侧被可抵抗火焰的环氧树脂粘结并包围。环氧树脂是必不可少的,因为它为FR4材料提供了合适的刚性。

由于FR4是PCB的主干,因此选择正确的FR4材料至关重要。一些可用的选项包括:

  • 标准FR4
  • FR4高IRC
  • FR4高TG
  • FR4无铜

在选择FR4电路板材料时,必须牢记某些方面。这样的一个方面是FR4板的厚度,以英寸,千或毫米为单位。

通常,合适的FR4材料必须很薄,以帮助开发有限空间的PCB板。考虑使用薄材料的原因是,它可以容纳许多易碎的组件,这些组件需要使用USB板,蓝牙设备和其他使用PCB板的设备来创建设备。薄的FR4材料非常适合用于创建需要节省空间的大型设备。

另外,薄的FR4材料最好用于柔性设备。例如,将薄FR4材料用于医疗和汽车PCB板是合适的,因为这些板需要一致的挠曲性。

因此,请避免选择较薄的FR4,因为它可能引发更高的电路板破裂或损坏风险。

此外,FR4材料的厚度会影响PCB的重量以及组件的兼容性。

FR4材料和Rogers材料之间的区别

有多家制造商和供应商在创建PCB板时会采用各种材料。某些出色的材料是FR4或Rogers。但是,两种材料之间存在区别。

1.价格

制作PCB板所用的材料差异很大。但是,这些材料的价格是两倍。罗杰斯(Rogers)和FR4材料的价格有所不同。最便宜的是FR4。FR4材料成本低,并且由于其较低的加工成本而受到制造商的最爱。即使FR4材料造成性能不佳的PCB板,它们也比同类产品便宜。如果您考虑处理要求和内容的整体价格,则可以评估现金的价值。

在大多数情况下,FR4材料制成的PCB板是为预算有限的人们设计的。但是,如果价格不麻烦,最好考虑使用罗杰斯(Rogers)材料创建的电路板。考虑到这一点,最好记住便宜永远是昂贵的。

2.高频率

FR4材料的优点在于它们相对便宜,可靠并且易于理解机械和电气特性。它们可用于许多设备,包括音频电路和微波设计。遗憾的是,FR4材料不是制造高频应用PCB板的合适材料。另一方面,Roger的材料是制作要求高频的PCB板的最佳方法。

3. Df /耗散

PCB的材料和成本并不是评估其价值和性能的唯一决定因素。Df或损耗因子也是决定因素。通常,可以最小化或影响使用FR4材料创建的Df PCB板。如果将FR4 PCB板与Rogers PCB板进行比较,您会发现Roger选件的损失会更大。简而言之,FR4材料比Rogers同类产品具有更高的Df值,尤其是在高频下。基本上,FR4材料可以被Df识别,当频率增加时,Df会增加。在FR4具有低Df的情况下,信号损耗会减少,并且制造容易。

4.阻抗稳定性

尽管价格相对便宜,但FR4材料很容易出现不同的介电常数,这会在基板的长度和宽度以及温度变化中发生。如果我们考虑阻抗稳定性,您将认识到罗杰的材料比其材料具有显着的介电常数范围。在需要高频和温度变化的情况下,建议使用Roger的材料。

5.介电常数

这是评估存储大量电能的可能性的方面或数量。对于介电常数,Rogers的介电值为6.15至11,高于FR4材料的介电值为4.5。这意味着,如果您考虑使用FR4材料,则可以节省多达25%的材料。FR4的其他优点是它们防水,轻便并且具有高介电强度。

6.空间应用

制作用于太空探索的PCB板所使用的材料最为重要。并非每种PCB材料都具有非凡的功能。罗杰斯(Rogers)和FR4材料是两种材料,它们在此应用中有很大不同。在太空探索中,您会发现放气,这是当气体以粉末涂料的形式被捕集和释放时发生的。这可能会导致水分或腐蚀性物质渗透到板的表面并损坏某些零件。FR4材料将在可制造性,成本,电气稳定性和耐用性方面实现令人难以置信的平衡。罗杰斯(Rogers)因其低释气特性而成为太空应用的正确选择。

7.温度管理

用于开发PCB板的材料是通过介电常数(最好称为热系数)来衡量或表征的。FR4的相对数量较少,约为2亿度/摄氏度,从而引入了出色的温度变化范围。如果PCB板在高温范围内变化很小,那么最好考虑使用Roger材料而不是FR4材料。

FR4电路板的好处

有很多考虑使用FR4电路板的原因。通常,这些板是防水的,坚固的,并提供出色的绝缘性。这发生在铜层上,从而减少了干扰并支持了出色的信号完整性。使用FR4电路板的其他好处是: 

  • 它们是便宜的材料
  • 拥有强大的介电信号,在电绝缘中起着不可或缺的作用
  • 它们重量轻,具有令人难以置信的强度与重量比
  • 该材料具有出色的电损耗特性
  • 它们为浅绿色或黄色,非常适合任何家电

何时避免在电路板上使用FR4材料

正如我们上面所讨论的,毫无疑问,FR4材料是用作PCB板基材的绝佳选择。这是事实,因为大多数工程师认为这是其板材的默认或标准选择。但是,在某些情况下应避免使用这种材料。这些情况可以是: 

  • 需要无铅焊接的地方

您在欧洲发现的大多数电路板均符合RoHS。他们还必须符合客户的需求。这意味着,如果客户希望采用无铅焊接,则必须考虑其他替代方法。这是因为无铅PCB板要求您使用250摄氏度,这可能比大多数FR4的Tg都高。

  • 高频信号要求

使FR4板材料相关的一件事是阻抗特性。但是,当暴露于高频时,此属性会受到影响,因此会对信号的完整性产生负面影响。

  • 耐高温

如果要在高温环境下开发PCB板,则采用FR4材料将毫无意义。例如,在开发用于航空航天的PCB板时,不建议使用FR4材料。

结论

不可否认,FR4是PCB板构造中最好的和最常用的材料之一。使用FR4材料制成的电路板被认为是防水,坚固的,并提供出色的绝缘性,减少干扰并支持出色的信号完整性。您需要记住,在高温环境和频率下,FR4可能是错误的选择。因此,好的事情是,要最好的PCB板登陆或开发出一块优质的板,您需要与制造商联系,以讨论正确的类型或要求。

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