نکات کلیدی
- مفهوم FR-4: عبارت 'FR' به معنای Flame Retardant (مقاوم در برابر شعله) است و '4' نشان‌دهنده رزین اپوکسی تقویت‌شده با الیاف بافته‌شده شیشه بر اساس استانداردهای NEMA LI 1-1998 و UL94 V-0 است.
- ثابت دی‌الکتریک FR4 (Dk): معمولاً در فرکانس 1 گیگاهرتز بین 4.2 تا 4.7 است و با افزایش فرکانس سیگنال کاهش می‌یابد.
- آستانه‌های حرارتی (Tg, Td): لمینت معمولی FR-4 دارای دمای انتقال شیشه‌ای ($T_g$) برابر $130\text{--}140^\circ\text{C}$ است، در نوع Mid-$T_g$ برابر $150^\circ\text{C}$ و در High-$T_g$ به $170\text{--}180^\circ\text{C}$ می‌رسد که برای لحیم‌کاری بدون سرب ($260^\circ\text{C}$) حیاتی است.
- ضریب انبساط حرارتی (CTE): در محور Z، انبساط حرارتی زیر $T_g$ حدود $50\text{--}70\text{ ppm/}^\circ\text{C}$ است و بالای $T_g$ به $250\text{--}300\text{ ppm/}^\circ\text{C}$ می‌رسد.
- پارامترهای مکانیکی: چگالی اسمی $1.85\text{ g/cm}^3$، مدول یانگ 22--24 GPa و هدایت حرارتی متعادل $0.25\text{--}0.35\text{ W/m}\cdot\text{K}$.
متریال FR-4 چیست؟ ترکیبات و گریدها
اصطلاح متریال FR4 در برد مدار چاپی نمایانگر ساختاری کامپوزیتی است که شامل دو بخش اصلی است:
- پارچه الیاف شیشه بافته‌شده: الیاف E-glass استاندارد (مانند 106، 1080، 2116، 7628) که استحکام کششی و پایداری ابعادی را تأمین می‌کنند.
- ماتریس رزین اپوکسی: پلیمر گرماسخت با مواد بازدارنده شعله بدون هالوژن یا برومینه که فویل‌های مس را پیوند داده و عایق الکتریکی ایجاد می‌کند.
دیتاشیت مشخصات فنی متریال FR4
| مشخصه | روش آزمون (IPC-TM-650) | FR-4 استاندارد (Mid-Tg) | FR-4 گرید High-Tg | واحد اندازه‌گیری |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
پرسش‌های متداول درباره FR-4
چگالی متریال FR4 چقدر است؟
چگالی لمینت پخته‌شده FR-4 معمولاً 1.85 g/cm³ است.
ثابت دی‌الکتریک FR-4 در 1 گیگاهرتز چقدر است؟
در فرکانس 1 گیگاهرتز، ثابت دی‌الکتریک ($Dk$) معمولاً بین 4.2 تا 4.5 قرار دارد.
چه زمانی باید از High-Tg FR-4 استفاده کرد؟
متریال High-Tg FR-4 ($T_g \ge 170^\circ\text{C}$) برای مونتاژ بدون سرب RoHS، بردهای چندلایه بیش از 6 لایه و محیط‌های کاری سخت صنعتی یا خودرویی الزامی است.
منابع مرتبط و راهنماهای فنی
- /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