FR4 PCB
FR4標準
裝配
fr4是什麼？
fr4典型的是玻璃纖維增強環氧樹脂層壓板，並以玻璃纖維布作為增強材料，環氧樹脂體係作為層壓板。 fr4是阻燃材料等級名稱，表示fr4材料在燃燒狀態下必須能自熄。 「FR」表示阻燃，數字「4」區別於同等級其他材料，表示樹脂為環氧樹脂，玻璃纖維布增強，符合UL94 V-0阻燃標準。 fr4 只是將材料類型分類，而不是指定特定的材料 fr4。
fr4 規格由 NEMA（美國電氣製造商協會）制定。常見的fr4 PCB NEMA基板牌號如下表所示。
| 基材類型 | 級 | 材料 | 不易燃的 |
|---|---|---|---|
| 紙基材 | XPC | 酚醛樹脂紙 | 否，UL94 HB |
| XXPC | 改質酚醛樹脂紙 | 否，UL94 HB | |
| FR-1 | 阻燃酚醛樹脂紙 | 是的，UL94 V-1 | |
| FR-2 | 阻燃酚醛樹脂紙 | 是的，UL94 V-1 | |
| 玻璃布基材 | FR-4 | 環氧樹脂玻璃布 | 是的，UL94 V-0 |
| FR-5 | 環氧樹脂玻璃布 | 是的，UL94 V-0 | |
| 複合基材 | CEM-1 | 環氧樹脂紙和玻璃布 | 是的，UL94 V-0 |
| CEM-3 | 環氧樹脂玻璃布和玻璃氈 | 是的，UL94 V-0 |
FR-4 在 PCB 製造中的主要優點和局限性
阻燃性能
FR-4 中的「FR」代表「阻燃」。在電子設備中，安全至關重要。 FR-4 含有特殊化學物質，可在事故發生時減緩火勢蔓延，保護電子設備免受損壞。這種阻燃特性使 FR-4 成為電子應用的首選材料。
優異的電氣性能
fr4 PCB表現出優異的電氣性能，具有較低的介電常數和介電損耗，確保高速訊號的高效穩定傳輸。另外，fr4的絕緣性能有效隔離了不同電路之間的干擾，增強了fr4電路板的可靠性。
機械性能
fr4板也表現出優異的機械性能，包括彎曲強度、抗衝擊性和耐熱性，確保PCB在複雜環境下的穩定性和耐用性。其拉伸強度高達 65,000 psi，壓縮強度約為 38,000 psi，使 fr4 在機械應力下表現良好。此外，其電氣性能保持穩定，在乾燥和潮濕環境下保持良好的絕緣性。
優異的加工性能
FR-4具有優異的加工性能，適用於鑽孔、切割、焊接等多種PCB生產工藝，滿足多樣化的設計要求。而且FR-4性價比高，適合大規模生產和成本控制。
穩定耐用
FR-4的穩定性和耐用性也是其受歡迎的關鍵原因。它具有出色的尺寸穩定性，這意味著它不會因溫度或濕度的變化而變形。此外，FR-4具有抗輻射、抗化學腐蝕、抗熱衝擊的能力，使其能夠在各種惡劣環境下表現良好。
環境友善
在環保意識日益增強的當今世界，FR-4的環保性意義重大。其阻燃等級達到94V-0，顯示其燃燒時產生的有害氣體極少，對環境和人體健康更友善。
FR-4的缺點
耐熱性低
在高溫環境下，Fr4的導熱性能較差。高能量元件在高負載條件下會導致損壞，影響其電氣性能並降低傳輸效率。
FR-4根據不同標準的分類
這些基板採用玻璃纖維布作為增強材料，環氧樹脂作為樹脂體系，並符合UL 94V-0阻燃等級，被歸類為fr4，這是PCB術語中的綜合材料分類。
基於 Tg 值： 樹脂體系的玻璃化轉變溫度（Tg）決定其從剛性或「玻璃態」到柔性或軟化狀態的轉變。 FR-4依其Tg值分為低Tg（約135°C）、中Tg（約150°C）和高Tg（約170°C）。
基於介電損耗 (DF)： DF 代表 fr4 中的介電損耗因數。 DF 的大小直接影響材料 fr4 高頻 表現。較低的 DF 可減少高頻傳輸期間的訊號損失，表示性能更好。
- 標準損耗材料（Df≥0.02）
- 中等損耗材料 (0.01 < Df < 0.02)
- 低損耗材料（0.005 < Df < 0.01）
- 超低損耗材料（Df<0.005）
基於供應商： 不同的 fr4 材料供應商可能表現出不同的性能特徵。 Greatpcb 提供各種 PCB 材料，包括 fr4、鋁基板和熱電分離銅基板，所有材料均可客製化，以滿足您的特定需求。
為什麼FR4是PCB製造商常用的材料
早期PCB材料
最初廣泛使用的PCB材料是紙質酚醛覆銅板，如XPC和XXXPC，因為其成本相對較低。然而，這些材料並不阻燃。 1970年代發生電路故障引發的火災事件後，主要電氣設備開始轉向使用阻燃基材。因此，具有阻燃性能的紙酚醛覆銅板，如FR-1和FR-2的使用量逐漸超過了非阻燃XPC和XXXPC板。
PCB 技術的演變
1980 年代，卡式錄音帶播放器和尋呼機等多媒體可攜式裝置開始流行，導致 PCB 尺寸越來越小、密度越來越高。多層PCB的應用也變得更普遍，帶動了PCB基板的進步。
FR-4 相對於紙基材的優勢
儘管XPC和FR-1等紙基材比fr4等環氧玻璃布基材便宜，但它們在吸濕性、耐熱性和機械強度方面較差。在早期，紙基材通常用於價格敏感的消費品，而 fr4 則較常見於工業產品。然而，隨著消費性設備變得更小、更輕、更薄，fr4 板的使用也隨之增加。隨著標準厚度從1.6毫米到0.8毫米的PCB的廣泛採用，紙基板的機械強度和防潮性成為問題。
紙質基材面臨的挑戰
紙基材不適合多層板生產。隨著裝置變得越來越小以及 PCB 佈線密度的增加，多層板的市佔率也隨之成長。因此，儘管fr4板材的成本相對較高，但消費品逐漸開始轉向使用fr4材料。
FR-4的加工優勢
PCB原型製造商廣泛選擇fr4而不是更便宜的紙基板的另一個重要原因是紙基板不適合鑽孔工藝，僅適合沖孔工藝，而fr4非常容易加工。隨著環氧樹脂、玻纖布等材料產能的不斷擴大，標準fr4板現已成為一種機械性能優異、加工性能突出的低成本材料，受到全球中低成本製造商的青睞。
摘要
綜上所述，FR-4是一種多功能材料，以其阻燃特性、優異的電氣和機械性能以及適合各種PCB製造製程而聞名。無論您是將 FR-4 板用於 FR-4 電路板還是其他 FR-4 特性，這種材料仍然是許多電子應用的首選。