Материал печатной платы FR4: характеристики, преимущества и руководство по применению

В области производства печатных плат (ПП) выбор материала подложки имеет решающее значение. Это напрямую влияет на производительность, надежность и стоимость производства печатной платы. Среди них материал FR4 стал наиболее широко используемым материалом подложки в производстве печатных плат благодаря своим комплексным преимуществам. FR4 — это композит из эпоксидной смолы и стеклоткани, сочетание которых придает ему свойства, делающие его важнейшим компонентом многих электронных устройств.

Основные характеристики FR4

1. Электрические характеристики

Материал FR4 обладает стабильной изоляцией и хорошими диэлектрическими свойствами. Эта особенность делает его пригодным для большинства средне- и низкочастотных цепей. При работе цепей средней и низкой частоты FR4 может эффективно изолировать помехи тока между линиями и обеспечивать стабильную передачу сигнала. Однако он также имеет ограничения. Из-за высоких потерь высокочастотных сигналов FR4 не подходит для сценариев применения на сверхвысоких частотах. Для электронного оборудования, обрабатывающего сверхвысокочастотные сигналы, например, для основных схем базовых станций связи 5G и оборудования спутниковой связи, необходимо выбирать материалы, более подходящие для передачи высокочастотных сигналов.

2. Механические свойства

FR4 обладает высокой прочностью и жесткостью за счет армирования стекловолокном. Благодаря этому он хорошо подходит для жестких конструкций. Независимо от того, используется ли электронное оборудование в повседневной жизни или в сложных и суровых промышленных условиях, жесткие платы FR4 сохраняют хорошую физическую форму и не подвержены деформации, что обеспечивает нормальную работу компонентов на печатной плате. Кроме того, FR4 доступен в различных вариантах толщины. Эти разнообразные спецификации могут удовлетворить потребности различных электронных устройств в многослойной компоновке плат. От простых двухслойных плат до сложных плат с десятками слоев, FR4 может обеспечить стабильную работу Физическая поддержка.

3. Тепловые характеристики

Пайка является важнейшим процессом в производстве электронных устройств. Материал FR4 обладает хорошей устойчивостью к высоким температурам и может выдерживать высокотемпературную среду бессвинцовой пайки. Это дает гарантию применения современных экологически чистых процессов сварки. FR4 имеет умеренный коэффициент теплового расширения, но при практическом применении следует уделять особое внимание его соответствию медному слою. Если коэффициенты теплового расширения не совпадают, при изменении температуры между подложкой FR4 и медным слоем будут возникать напряжения, что может привести к расслоению и растрескиванию печатной платы, что повлияет на нормальную работу оборудования.

4. Другие особенности

FR4 имеет высокий показатель огнестойкости, что имеет решающее значение для безопасности электронного оборудования. Если электронное оборудование из-за неисправности генерирует аномально высокие температуры или искры, FR4 может эффективно предотвратить распространение огня и снизить риск возникновения пожара. В то же время FR4 соответствует стандартам охраны окружающей среды. В рамках глобальной тенденции по защите окружающей среды эта особенность делает его более конкурентоспособным в сфере электронного производства. Кроме того, FR4 обладает превосходными характеристиками обработки и хорошо адаптирован к распространенным процессам изготовления печатных плат, таким как сверление и травление, что делает его удобным для производителей в производстве и обработке.

Основные преимущества FR4

1. Низкая стоимость

По сравнению с некоторыми высокочастотными материалами FR4 имеет более конкурентоспособную цену. Это делает его идеальным для крупносерийного производства. Для отраслей, чувствительных к затратам, таких как производство бытовой электроники, использование материала FR4 может не только обеспечить эксплуатационные характеристики продукции, но и контролировать издержки производства и повышать конкурентоспособность продукции на рынке. Потребность в крупномасштабном производстве еще больше снижает себестоимость единицы FR4, формируя замкнутый круг.

2. Высокая надежность

FR4 обладает превосходной химической стойкостью. Он отлично работает даже во влажной среде и при воздействии обычных химикатов. Такая коррозионная стойкость обеспечивает стабильность печатной платы при длительном использовании, что делает ее пригодной для использования в различных сложных промышленных условиях. В промышленном оборудовании нефтехимической, металлургической и других отраслей промышленности платы FR4 способны стабильно работать в течение длительного времени, снижая частоту и стоимость технического обслуживания оборудования.

3. Гибкая конструкция

FR4 совместим с различными процессами производства печатных плат, включая многослойные платы, HDI (высокоплотные межсоединения) и другие передовые процессы. Это предоставляет инженерам-электронщикам широкое пространство для проектирования. Они могут гибко выбирать соответствующие процессы в соответствии с требованиями к продукту и проектировать печатные платы с мощными функциями и компактными конструкциями. Будь то небольшое интеллектуальное носимое устройство или большая серверная материнская плата, FR4 может удовлетворить самые разные требования к дизайну.

Типичные сценарии применения FR4

1. Бытовая электроника

В сфере бытовой электроники FR4 широко используется. Являясь основным компонентом мобильного телефона, материнская плата мобильного телефона изготовлена из материала FR4, что позволяет снизить затраты, одновременно гарантируя производительность и обеспечивая легкую конструкцию мобильного телефона. Платы управления бытовой техникой, такой как холодильники и кондиционеры, изготовлены из материала FR4, что обеспечивает длительную стабильную работу. Кроме того, материал FR4 также широко используется в схемах светодиодных драйверов для обеспечения стабильного электропитания и управления сигналами для светодиодных ламп.

2. Промышленное оборудование

В промышленном оборудовании FR4 не менее важен. Контроллер ПЛК является одним из основных устройств промышленной автоматизации. Его печатная плата изготовлена из материала FR4, который может стабильно работать в сложных промышленных условиях и обеспечивать точное управление процессами промышленного производства. Плата драйвера двигателя отвечает за преобразование электрической энергии в механическую энергию для привода двигателя. Использование материала FR4 обеспечивает его безопасность и надежность в условиях высокого напряжения и сильного тока. Промышленные датчики используются для определения параметров промышленного производства, а печатные платы FR4 обеспечивают им стабильную платформу обработки и передачи сигналов.

3. Автомобильная электроника

В области автомобильной электроники FR4 в основном используется в автомобильных развлекательных системах, модулях управления кузовом (невысокотемпературные основные компоненты) и т. д. Автомобильная развлекательная система должна обрабатывать множество сигналов, таких как аудио и видео. Печатные платы FR4 отвечают требованиям по стабильности передачи сигнала и контролю затрат. Модуль управления кузовным оборудованием отвечает за управление электронным оборудованием автомобиля, таким как фары и окна. Применение материала FR4 обеспечивает его надежную работу в сложной электрической среде автомобиля.

Материал FR4 стал основным выбором при производстве печатных плат благодаря своим уникальным свойствам, значительным преимуществам и широким сферам применения. С развитием электронных технологий материал FR4 будет играть важную роль во всё большем количестве областей и будет продолжать совершенствоваться и совершенствоваться для удовлетворения растущего спроса на производство электронного оборудования.