النقاط الرئيسية
- معنى FR-4: تشير 'FR' إلى Flame Retardant (مقاوم للاشتعال)، و '4' تعبر عن راتنج الإيبوكسي المقوى بألياف الزجاج المنسوجة وفق معايير NEMA LI 1-1998 و UL94 V-0.
- ثابت العزل لمادة FR4 (Dk): يتراوح عادة بين 4.2 و 4.7 عند 1 جيجاهرتز، وينخفض مع زيادة تردد الإشارة وفقاً لنسبة الزجاج إلى الراتنج.
- العتبات الحرارية (Tg, Td): تتميز FR-4 القياسية بدرجة انتقال زجاجي ($T_g$) تبلغ $130\text{--}140^\circ\text{C}$، ومتوسطة $T_g$ عند $150^\circ\text{C}$، وعالية $T_g$ تصل إلى $170\text{--}180^\circ\text{C}$ للتجميع الخالي من الرصاص ($260^\circ\text{C}$).
- معامل التمدد الحراري (CTE): في المحور Z، تتمدد مادة FR-4 القياسية بمعدل $50\text{--}70\text{ ppm/}^\circ\text{C}$ تحت $T_g$ وتقفز إلى $250\text{--}300\text{ ppm/}^\circ\text{C}$ فوق $T_g$.
- المعايير الميكانيكية والفيزيائية: الكثافة القياسية $1.85\text{ g/cm}^3$، ومعامل يونغ 22--24 GPa، والتوصيل الحراري $0.25\text{--}0.35\text{ W/m}\cdot\text{K}$.
ما هي مادة FR-4؟ التركيب والدرجات
يعرّف مصطلح مادة FR4 للدوائر المطبوعة هيكلاً مركباً يجمع بين:
- قماش ألياف الزجاج المنسوج: خيوط زجاج E منسوجة بأنماط قياسية (106، 1080، 2116، 7628) لمنح الصلابة الميكانيكية والاستقرار البعدي.
- مصفوفة راتنج الإيبوكسي: بوليمر حراري معالج بمواد مثبطة للهب لعزل الموصلات الكهربائية وتثبيت رقائق النحاس.
بيانات خصائص مادة FR4 الفنية
| الخاصية | طريقة الفحص (IPC-TM-650) | FR-4 قياسي (Mid-Tg) | FR-4 عالي Tg | الوحدة النموذجية |
|---|---|---|---|---|
| Glass Transition Temp ($T_g$) | 2.4.24 (DSC) | 135 - 150 °C | 170 - 180 °C | °C |
| Decomposition Temp ($T_d$) | 2.4.24.6 (TGA 5% loss) | 310 - 325 °C | 340 - 355 °C | °C |
| Time to Delamination (T260) | 2.4.24.1 (TMA) | 5 - 15 min | 30 - 60+ min | min |
| Time to Delamination (T288) | 2.4.24.1 (TMA) | 0 - 2 min | 10 - 30 min | min |
| Z-Axis CTE (Below $T_g$) | 2.4.24 (TMA) | 50 - 70 | 40 - 50 | ppm/°C |
| Z-Axis CTE (Above $T_g$) | 2.4.24 (TMA) | 250 - 300 | 220 - 260 | ppm/°C |
| Z-Axis Expansion (50-260°C) | 2.4.24 (TMA) | 4.0 - 5.5% | 2.3 - 3.2% | % |
| Dielectric Constant ($D_k$, 1 GHz) | 2.5.5.9 | 4.3 - 4.6 | 4.2 - 4.5 | - |
| Loss Tangent ($D_f$, 1 GHz) | 2.5.5.9 | 0.016 - 0.022 | 0.012 - 0.018 | - |
| Volume Resistivity | 2.5.17 | 10^8 - 10^9 | 10^8 - 10^9 | MΩ·cm |
| Surface Resistivity | 2.5.17 | 10^7 - 10^8 | 10^7 - 10^8 | MΩ |
| Dielectric Breakdown | 2.5.6 | > 40 | > 45 | kV |
| Flexural Strength (Lengthwise) | 2.4.4 | > 450 | > 500 | MPa |
| Peel Strength (1 oz copper) | 2.4.8 | 1.4 - 1.8 (8 - 10) | 1.4 - 1.8 (8 - 10) | N/mm (lb/in) |
| Moisture Absorption | 2.6.2.1 | 0.15 - 0.25 | 0.10 - 0.18 | % |
| Thermal Conductivity | ASTM E1461 | 0.25 - 0.35 | 0.30 - 0.40 | W/m·K |
| Flammability Rating | UL 94 | V-0 | V-0 | Class |
الأسئلة الشائعة حول مادة FR-4
ما هي كثافة مادة FR4؟
تبلغ كثافة مادة FR-4 المعالجة عادة 1.85 جم/سم³.
ما هو ثابت العزل الكهربائي لـ FR-4 عند 1 جيجاهرتز؟
عند 1 جيجاهرتز، يتراوح ثابت العزل النسبي ($Dk$) بين 4.2 و 4.5.
متى يجب اختيار High-Tg FR-4 بدلاً من القياسي؟
تعتبر High-Tg FR-4 ($T_g \ge 170^\circ\text{C}$) ضرورية لعمليات اللحام الخالي من الرصاص RoHS، واللوحات متعددة الطبقات التي تزيد عن 6 طبقات.
موارد وأدلة تقنية ذات صلة
- /blog/glass-transition-temperature-tg - Deep dive into Tg thermal reliability thresholds
- /blog/what-is-dielectric-constant - Dielectric constant fundamentals and impedance control
- /materials - Complete substrate material catalog and high-frequency laminates
- /pcb - Full multilayer rigid PCB fabrication specifications and tolerances