Punti chiave
- Significato di FR-4: 'FR' significa Flame Retardant (ritardante di fiamma) e '4' indica la resina epossidica rinforzata con fibra di vetro intrecciata conforme a NEMA LI 1-1998 e UL94 V-0.
- Costante dielettrica FR4 (Dk): Varia tipicamente da 4,2 a 4,7 a 1 GHz, diminuendo con l'aumentare della frequenza del segnale in base al rapporto resina/vetro.
- Soglie termiche (Tg, Td): L'FR-4 standard ha una temperatura di transizione vetrosa ($T_g$) di $130\text{--}140^\circ\text{C}$, il Mid-$T_g$ si attesta a $150^\circ\text{C}$ e l'High-$T_g$ raggiunge $170\text{--}180^\circ\text{C}$, essenziale per la saldatura lead-free a $260^\circ\text{C}$.
- Coefficiente di dilatazione termica (CTE): Sull'asse Z, l'FR-4 standard si espande di circa $50\text{--}70\text{ ppm/}^\circ\text{C}$ sotto $T_g$, salendo a $250\text{--}300\text{ ppm/}^\circ\text{C}$ oltre $T_g$.
- Parametri meccanici: Densita tipica di $1,85\text{ g/cm}^3$, modulo elastico di 22--24 GPa e conducibilita termica modesta di $0,25\text{--}0,35\text{ W/m}\cdot\text{K}$.
Cos'e l'FR-4? Composizione e gradi
Il termine materiale PCB FR4 descrive una struttura composita che unisce:
- Tessuto in fibra di vetro: Fili in vetro E tessuti in stili standard (106, 1080, 2116, 7628) che conferiscono resistenza meccanica e stabilita dimensionale.
- Matrice epossidica termoindurente: Arricchita con ritardanti di fiamma alogenati o privi di alogeni per isolamento elettrico e adesione del rame.
Scheda tecnica delle proprieta del materiale FR4
| Proprieta | Metodo di prova (IPC-TM-650) | FR-4 standard (Mid-Tg) | FR-4 High-Tg | Unita tipica |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Domande frequenti sull'FR-4
Qual e la densita dell'FR4?
La densita nominale del laminato FR-4 polimerizzato e di 1,85 g/cm³.
Qual e la costante dielettrica dell'FR-4 a 1 GHz?
A 1 GHz, il valore di $Dk$ e comunemente compreso tra 4,2 e 4,5, diminuendo leggermente a frequenze superiori.
Quando scegliere un FR-4 High-Tg?
L'FR-4 High-Tg ($T_g \ge 170^\circ\text{C}$) e obbligatorio per profili di rifusione senza piombo RoHS, schede multistrato complesse (> 6 strati) e impieghi gravosi.
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