Points cles a retenir
- Signification de FR-4 : 'FR' signifie Flame Retardant (ignifuge), et '4' designe la resine epoxyde renforcee de tissu de verre conforme aux normes NEMA LI 1-1998 et UL94 V-0.
- Constante dielectrique du FR4 (Dk) : Se situe typiquement entre 4,2 et 4,7 a 1 GHz, diminuant avec l'augmentation de la frequence. Le Dk varie selon le ratio verre/resine.
- Seuils thermiques (Tg, Td) : Le FR-4 standard a une temperature de transition vitreuse ($T_g$) de $130\text{--}140^\circ\text{C}$, le Mid-$T_g$ est a $150^\circ\text{C}$ et le High-$T_g$ atteint $170\text{--}180^\circ\text{C}$, indispensable pour le brasage sans plomb ($260^\circ\text{C}$).
- Coefficient de dilatation thermique (CTE) : Sur l'axe Z, le FR-4 standard se dilate a environ $50\text{--}70\text{ ppm/}^\circ\text{C}$ sous $T_g$, passant a $250\text{--}300\text{ ppm/}^\circ\text{C}$ au-dessus de $T_g$.
- Proprietes mecaniques : Densite nominale de $1,85\text{ g/cm}^3$, module d'Young de 22--24 GPa et conductivite thermique moderee de $0,25\text{--}0,35\text{ W/m}\cdot\text{K}$.
Qu'est-ce que le FR-4 ? Composition et categories
Le terme materiau PCB FR4 definit un composite combinant deux elements fondamentaux :
- Tissu de fibre de verre tissee : Des fils de verre E tisses selon des motifs standardises (106, 1080, 2116, 7628) offrent resistance mecanique et stabilite dimensionnelle.
- Matrice en resine epoxyde : Un polymere thermodurcissable charge de retardateurs de flamme bromes ou sans halogene assurant l'isolation electrique et le maintien du cuivre.
Fiche technique des proprietes du materiau FR4
| Propriete | Methode de test (IPC-TM-650) | FR-4 standard (Mid-Tg) | FR-4 High-Tg | Unite typique |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Questions frequemment posees sur le FR-4
Quelle est la densite du FR4 ?
La densite du composite FR-4 durci est generalement de 1,85 g/cm³ (environ 0,067 lb/in³).
Quelle est la constante dielectrique du FR-4 a 1 GHz ?
A 1 GHz, le $Dk$ relatif du FR-4 standard est couramment compris entre 4,2 et 4,5, diminuant legerement aux frequences micro-ondes.
Quand faut-il choisir le FR-4 High-Tg plutot que le standard ?
Le FR-4 High-Tg ($T_g \ge 170^\circ\text{C}$) est indispensable pour l'assemblage sans plomb RoHS, les circuits multicouches de 6 couches ou plus et les applications a environnement thermique exigeant.
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