Ключевые выводы
- Значение FR-4: 'FR' означает Flame Retardant (огнестойкий), а '4' обозначает эпоксидную смолу, армированную стеклотканью, в соответствии со стандартами NEMA LI 1-1998 и UL94 V-0.
- Диэлектрическая проницаемость FR4 (Dk): Обычно составляет от 4,2 до 4,7 на частоте 1 ГГц и снижается с ростом частоты в зависимости от соотношения стекла и смолы.
- Термические пороги (Tg, Td): Стандартный FR-4 имеет температуру стеклования ($T_g$) $130\text{--}140^\circ\text{C}$, Mid-$T_g$ составляет $150^\circ\text{C}$, а High-$T_g$ достигает $170\text{--}180^\circ\text{C}$ для бессвинцовой пайки ($260^\circ\text{C}$).
- Коэффициент теплового расширения (CTE): По оси Z стандартный FR-4 расширяется со скоростью $50\text{--}70\text{ ppm/}^\circ\text{C}$ ниже $T_g$ и возрастает до $250\text{--}300\text{ ppm/}^\circ\text{C}$ выше $T_g$.
- Физические показатели: Плотность $1,85\text{ г/см}^3$, модуль Юнга 22--24 ГПа и умеренная теплопроводность $0,25\text{--}0,35\text{ Вт/(м}\cdot\text{К)}$.
Что такое FR-4? Состав и градации
Термин материал FR4 для печатных плат обозначает композитную структуру из двух основных компонентов:
- Тканое стекловолокно: Стеклонить E-glass (типы 106, 1080, 2116, 7628) обеспечивает механическую прочность и стабильность размеров.
- Эпоксидная смоляная матрица: Термореактивный полимер с антипиренами, обеспечивающий диэлектрическую изоляцию и фиксацию медной фольги.
Спецификация характеристик материала FR4
| Свойство | Метод испытания (IPC-TM-650) | Стандартный FR-4 (Mid-Tg) | High-Tg FR-4 | Единица измерения |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Часто задаваемые вопросы о FR-4
Какова плотность материала FR4?
Плотность отвержденного стеклотекстолита FR-4 составляет 1,85 г/см³.
Какова диэлектрическая проницаемость FR-4 на частоте 1 ГГц?
На частоте 1 ГГц относительная диэлектрическая проницаемость ($Dk$) обычно составляет 4,2--4,5.
Когда следует выбирать High-Tg FR-4 вместо стандартного?
High-Tg FR-4 ($T_g \ge 170^\circ\text{C}$) обязателен для бессвинцовой пайки RoHS, многослойных плат от 6 слоев и промышленной электроники.
Связанные ресурсы и технические руководства
- /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