Ключові висновки
- Значення FR-4: 'FR' означає Flame Retardant (вогнестійкий), а '4' позначає епоксидну смолу, армовану склотканиною за стандартами NEMA LI 1-1998 та UL94 V-0.
- Діелектрична проникність FR4 (Dk): Зазвичай становить від 4,2 до 4,7 на частоті 1 ГГц, знижуючись зі зростанням частоти сигналу.
- Термічні пороги (Tg, Td): Стандартний FR-4 має температуру склування ($T_g$) $130\text{--}140^\circ\text{C}$, Mid-$T_g$ становить $150^\circ\text{C}$, а High-$T_g$ сягає $170\text{--}180^\circ\text{C}$, що важливо для безсвинцевого паяння ($260^\circ\text{C}$).
- Коефіцієнт теплового розширення (CTE): По осі Z розширення становить $50\text{--}70\text{ ppm/}^\circ\text{C}$ нижче $T_g$ і зростає до $250\text{--}300\text{ ppm/}^\circ\text{C}$ вище $T_g$.
- Механічні показники: Густина $1,85\text{ г/см}^3$, модуль Юнга 22--24 ГПа і теплопровідність $0,25\text{--}0,35\text{ Вт/(м}\cdot\text{К)}$.
Що таке FR-4? Склад та градації
Термін матеріал FR4 для друкованих плат визначає композитну структуру з двох компонентів:
- Ткане скловолокно: Нитки E-glass (типи 106, 1080, 2116, 7628) забезпечують міцність і стабільність розмірів.
- Епоксидна полімерна матриця: Термореактивний полімер з антипіренами для діелектричної ізоляції та надійної фіксації мідної фольги.
Специфікація характеристик матеріалу FR4
| Властивість | Метод випробування (IPC-TM-650) | Стандартний FR-4 (Mid-Tg) | High-Tg FR-4 | Одиниця вимірювання |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Часті запитання щодо FR-4
Яка густина матеріалу FR4?
Густина полімеризованого склотекстоліту FR-4 зазвичай становить 1,85 г/см³.
Яка діелектрична проникність FR-4 на частоті 1 ГГц?
На частоті 1 ГГц відносна діелектрична проникність ($Dk$) становить 4,2--4,5.
Коли варто обирати High-Tg FR-4 замість стандартного?
High-Tg FR-4 ($T_g \ge 170^\circ\text{C}$) необхідний для безсвинцевого монтажу RoHS, плат від 6 шарів та надійної промислової електроніки.
Пов'язані ресурси та технічні посібники
- /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