Votre choix de substrat FR4 affecte tout, de l'intégrité du signal à la durée de vie du produit, pourtant de nombreux ingénieurs le traitent comme une réflexion après coup. Ils se concentrent sur la conception du circuit et la sélection des composants tout en négligeant la fondation qui fait tout fonctionner — le matériau FR4 lui-même.
Voici la réalité : Deux cartes avec des conceptions de circuit identiques peuvent fonctionner radicalement différemment en fonction des propriétés du substrat FR4. L'une maintient des signaux propres à haute fréquence tandis que l'autre souffre de bruit et de distorsion. L'une résiste à des années de cyclage thermique tandis que l'autre se délaminer après quelques mois.
Chez HILPCB Factory, nous avons vu comment les propriétés du matériau substrat font ou défont la fiabilité du produit. Ce guide explique les caractéristiques critiques du FR4 qui affectent les performances et comment les spécifier correctement pour votre application.
Comprendre la Composition du Substrat FR4
Le FR4 n'est pas un matériau unique mais un stratifié composite combinant plusieurs composants, chacun affectant les performances différemment.
Composants de Base
Système de Résine Époxydique: La matrice qui lie tout ensemble. Différentes formulations époxy fournissent différentes propriétés :
- Époxy standard : Rentable, adapté à la plupart des applications
- Époxy modifié : Propriétés thermiques ou électriques améliorées
- Époxy sans halogène : Conformité environnementale sans compromis sur les performances
Tissu de Verre: La fibre de verre tissée fournit la résistance mécanique et la stabilité dimensionnelle. Le style du tissu affecte :
- La rigidité mécanique
- L'uniformité de la constante diélectrique
- La qualité du perçage et la fiabilité des vias
Feuille de Cuivre: Bien que techniquement ne faisant pas partie du substrat, le type de cuivre affecte les performances :
- Cuivre ED (Électrodéposé) : Standard, économique
- Feuille RTF (Traité Inverse) : Meilleure adhérence pour les diélectriques minces
- VLP (Profil Très Faible) : Surface lisse pour les conceptions haute fréquence
La combinaison spécifique de ces composants détermine les performances de votre substrat FR4 à travers différents paramètres.
Spécifications des Propriétés des Matériaux
Lors de l'évaluation des substrats FR4 pour la fabrication de PCB, ces spécifications comptent :
TG (Température de Transition Vitreuse) : La température à laquelle le FR4 passe de l'état rigide à l'état caoutchouteux. Critique pour la fiabilité thermique.
TD (Température de Décomposition) : Température à laquelle le matériau commence à se décomposer. Typiquement 30-50°C au-dessus de TG.
CTE (Coefficient de Dilatation Thermique) : Dans quelle mesure le matériau se dilate avec la température. Un CTE plus faible réduit la contrainte sur les vias et les joints des composants.
Dk (Constante Diélectrique) : Affecte la vitesse de propagation du signal et l'impédance. Un Dk plus faible est généralement meilleur pour les conceptions haute vitesse.
Df (Facteur de Dissipation) : Mesure la perte diélectrique — l'énergie absorbée par le substrat à haute fréquence. Un Df plus faible signifie moins de perte de signal.
Comment les Propriétés du Substrat FR4 Affectent les Performances
La performance d'un PCB est étroitement liée au comportement électrique et mécanique de son substrat FR4. Pour les conceptions haute vitesse ou RF, la constante diélectrique (Dk) et le facteur de perte (Df) affectent directement la qualité du signal. Le FR4 standard (Dk≈4.5, Df≈0.02) fonctionne bien jusqu'à environ 2 GHz, mais au-delà, les variations provoquent une dérive d'impédance et un décalage temporel. L'utilisation de FR4 à faible perte (tolérance Dk ±2 %, Df < 0.012) assure une impédance stable et une atténuation plus faible jusqu'à 10 GHz ou plus — idéal pour les PCB HDI et les layouts haute fréquence.
La stabilité thermique définit la fiabilité à long terme. La conductivité thermique limitée du FR4 standard (~0.3 W/m·K) et son taux d'expansion plus élevé (CTE 50–70 ppm/°C) peuvent stresser les vias et les joints de soudure pendant le refusion ou le fonctionnement. Les matériaux FR4 à haute Tg (170–180 °C) offrent une expansion plus faible et une meilleure résistance mécanique, essentielles pour l'assemblage sans plomb et les conceptions d'alimentation ou multicouches. Pour les constructions à forte génération de chaleur, les configurations de PCB multicouches avec plans de cuivre et vias thermiques améliorent encore la dissipation de la chaleur.
La durabilité environnementale compte également. Le FR4 peut absorber l'humidité, augmentant le Dk, abaissant l'isolation et risquant le délaminage. L'utilisation de FR4 à faible absorption ou sans halogène, combinée à des pratiques de stockage sec et de pré-cuisson, maintient la stabilité. Tous les matériaux HILPCB portent les classements de résistance au feu UL 94 V-0 et sont conformes à IPC-4101, RoHS et REACH, assurant à la fois la performance et la confiance réglementaire sur les marchés mondiaux.
Stock de Matériaux FR4 de HILPCB — Toujours Prêt pour Votre Construction
Si vous voulez simplement savoir si nous avons des matériaux FR4 en stock, la réponse est oui — nous maintenons un grand inventaire tournant qui couvre toutes les constructions de PCB standard et avancées. Ci-dessous se trouvent quelques exemples de nos matériaux régulièrement stockés ; pour une disponibilité précise et à jour, veuillez nous contacter directement.
1. Matériaux FR4 Standard (pour l'Électronique Générale)
- Shengyi S1000-2M / S1000H – Tg 135–140 °C, parfait pour les cartes quotidiennes grand public et industrielles
- Nanya NP-155F / NP-140G – Stratifiés à Tg moyen avec une compatibilité fiable sans plomb
- Ventec VT-47 / VT-42 – Options rentables pour les prototypes et l'assemblage de petites séries
- Isola FR406 – Diélectrique stable et excellente précision de positionnement pour les conceptions de 4 à 10 couches
Ces grades FR4 standard sont toujours en stock pour le cuivre 1 oz, les cartes de 1.6 mm — le chemin le plus rapide du devis à l'expédition.
2. FR4 à Haute Tg et Amélioré (pour Environnements Sévères)
- Shengyi S1170 / S1180, Nanya NP-180T, Isola 370HR — Plage de Tg 170–180 °C pour l'automobile, l'alimentation et le contrôle industriel
- Ventec VT-481 – Stratifié sans halogène, haute Tg, répondant à RoHS et UL 94 V-0
- FR4 à Haute Conductivité Thermique – Systèmes de résine optimisés pour les applications à refusions multiples et cuivre épais
Communément réservé pour les projets automobile, alimentation ou multi-refusion. Stock réapprovisionné hebdomadairement — renseignez-vous tôt pour sécuriser les lots de panneaux.
3. Options FR4 Spécialisées et à Faible Perte
- FR4 à faible perte (Df ≤ 0.012) pour les conceptions numériques haute vitesse, RF et multicouches à impédance contrôlée
- FR4 sans halogène pour les constructions conformes à l'écologie et réglementées à l'exportation
- Empilements hybrides FR4 + PTFE pour les modules mixtes signaux et antennes
- FR4 à haute conductivité thermique utilisé dans les pilotes LED et les convertisseurs de puissance
- Stratifiés à CTE équilibré pour minimiser le voilement dans les conceptions asymétriques ou à cuivre épais
La plupart des variantes à faible perte et sans halogène sont stockées en âmes de 1.0 mm et 1.6 mm ; autres épaisseurs disponibles sur demande.
4. Vérification Rapide du Stock et Réservation
Comme les matériaux FR4 se déplacent rapidement, nous suggérons de confirmer votre lot avant de placer la construction. Envoyez vos fichiers Gerber + épaisseur cible + poids de cuivre, et nos ingénieurs :
- Confirmeront les lots de stock actuels (marque, Tg, numéro de lot)
- Fourniront la COC du matériau et la référence du fichier UL
- Réserveront l'inventaire sous le nom de votre projet
- Suggéreront des substituts équivalents si votre code préféré est en rupture de stock
Foire Aux Questions
En quoi le substrat FR4 diffère-t-il des autres matériaux PCB comme Rogers ou polyimide ? Le FR4 offre le meilleur équilibre coût-performance pour les fréquences inférieures à 5 GHz et les températures de fonctionnement inférieures à 150°C. Les matériaux Rogers offrent de meilleures performances haute fréquence mais coûtent 5 à 10 fois plus cher. Le polyimide offre une capacité de température plus élevée (jusqu'à 260°C en continu) mais est plus cher et plus cassant que le FR4.
Puis-je mélanger différentes qualités de FR4 dans une carte multicouche ? Bien que techniquement possible, nous ne le recommandons pas en raison de l'inadéquation du CTE entre les matériaux causant des contraintes de stratification et un délaminage potentiel. Pour les applications spéciales nécessitant des propriétés différentes sur différentes couches, nous pouvons concevoir des empilements appropriés, mais la construction à matériau unique est plus fiable.
Quelle est la durée de conservation du matériau substrat FR4 ? Les stratifiés cuivrés stockés correctement restent utilisables pendant 12+ mois. Les PCB finis avec finition de surface ENIG ou OSP doivent être utilisés dans les 12 mois pour une soudabilité optimale. Nous datons tous les matériaux et fournissons des recommandations de stockage avec chaque commande.
Comment spécifier les exigences de substrat FR4 dans mes fichiers de conception ? Incluez ces spécifications : Classement TG, poids de cuivre, épaisseur de carte, toute exigence spéciale (sans halogène, contrôle d'impédance, etc.). Notre équipe d'ingénierie examine toutes les spécifications pendant l'analyse DFM et recommande des alternatives si des matériaux plus appropriés sont disponibles.
La qualité du substrat FR4 affecte-t-elle le rendement d'assemblage ? Absolument. Le FR4 de mauvaise qualité avec un voilement excessif cause des problèmes de précision de placement. Une adhérence de cuivre inadéquate entraîne un soulèvement des traces pendant le soudage. Le matériau à faible TG peut se délaminer pendant le refusion. Nous utilisons uniquement du FR4 de qualité premium provenant de fournisseurs certifiés pour garantir des résultats d'assemblage cohérents.