Ваш выбор субстрата FR4 влияет на все, от целостности сигнала до срока службы продукта, однако многие инженеры относятся к этому как к второстепенному вопросу. Они сосредотачиваются на проектировании схемы и выборе компонентов, упуская из виду основу, которая заставляет все работать — сам материал FR4.
Вот реальность: Две платы с идентичными схемами могут работать кардинально по-разному в зависимости от свойств субстрата FR4. Одна сохраняет чистые сигналы на высоких частотах, в то время как другая страдает от шума и искажений. Одна выдерживает годы тепловых циклов, в то время как другая расслаивается через несколько месяцев.
На фабрике HILPCB мы видели, как свойства материала субстрата определяют надежность продукта. Это руководство объясняет критические характеристики FR4, которые влияют на производительность, и как правильно указать их для вашего приложения.
Понимание состава субстрата FR4
FR4 — это не один материал, а композитный ламинат, сочетающий несколько компонентов, каждый из которых по-разному влияет на производительность.
Основные компоненты
Эпоксидная смоляная система: Матрица, которая связывает все вместе. Различные составы эпоксидной смолы обеспечивают различные свойства:
- Стандартная эпоксидная смола: Рентабельная, подходит для большинства применений
- Модифицированная эпоксидная смола: Улучшенные тепловые или электрические свойства
- Безгалогенная эпоксидная смола: Соответствие экологическим нормам без ущерба для производительности
Стеклоткань: Тканое стекловолокно обеспечивает механическую прочность и размерную стабильность. Стиль ткани влияет на:
- Механическую жесткость
- Равномерность диэлектрической проницаемости
- Качество сверления и надежность переходных отверстий
Медная фольга: Хотя технически не является частью субстрата, тип меди влияет на производительность:
- ED (электролитическая) медь: Стандартная, экономичная
- RTF (фольга с обратной обработкой): Лучшее сцепление для тонких диэлектриков
- VLP (очень низкий профиль): Гладкая поверхность для высокочастотных проектов
Конкретная комбинация этих компонентов определяет, как ваш субстрат FR4 работает по различным параметрам.
Спецификации свойств материалов
При оценке субстратов FR4 для производства PCB важны следующие спецификации:
TG (Температура стеклования): Температура, при которой FR4 переходит из жесткого состояния в резиноподобное. Критически важно для термической надежности.
TD (Температура разложения): Температура, при которой материал начинает разрушаться. Обычно на 30-50°C выше TG.
CTE (Коэффициент теплового расширения): Насколько материал расширяется с температурой. Более низкий CTE снижает нагрузку на переходные отверстия и соединения компонентов.
Dk (Диэлектрическая проницаемость): Влияет на скорость распространения сигнала и импеданс. Более низкий Dk обычно лучше для высокоскоростных проектов.
Df (Тангенс угла диэлектрических потерь): Измеряет диэлектрические потери — энергию, поглощаемую субстратом на высоких частотах. Более низкий Df означает меньшие потери сигнала.
Как свойства субстрата FR4 влияют на производительность
Производительность печатной платы тесно связана с электрическим и механическим поведением ее субстрата FR4. Для высокоскоростных или ВЧ-проектов диэлектрическая проницаемость (Dk) и тангенс угла потерь (Df) напрямую влияют на качество сигнала. Стандартный FR4 (Dk≈4.5, Df≈0.02) хорошо работает до примерно 2 ГГц, но за пределами этого вариации вызывают дрейф импеданса и временной сдвиг. Использование мало-потерь FR4 (допуск Dk ±2%, Df < 0.012) обеспечивает стабильный импеданс и меньшее затухание до 10 ГГц или более — идеально для HDI PCB и высокочастотных компоновок.
Термическая стабильность определяет долгосрочную надежность. Ограниченная теплопроводность стандартного FR4 (~0.3 Вт/м·К) и более высокая скорость расширения (CTE 50–70 ppm/°C) могут создавать нагрузку на переходные отверстия и паяные соединения во время оплавления или работы. Материалы FR4 с высокой Tg (170–180 °C) обеспечивают меньшее расширение и лучшую механическую прочность, что необходимо для сборки без свинца и силовых или многослойных проектов. Для теплонагруженных сборок конфигурации многослойных PCB с медными слоями и тепловыми переходными отверстиями дополнительно улучшают рассеивание тепла.
Важна и экологическая долговечность. FR4 может поглощать влагу, повышая Dk, снижая изоляцию и создавая риск расслоения. Использование низкопоглощающего или безгалогенного FR4 в сочетании с практиками сухого хранения и предварительного прокаливания поддерживает стабильность. Все материалы HILPCB имеют рейтинги воспламеняемости UL 94 V-0 и соответствуют IPC-4101, RoHS и REACH, обеспечивая как производительность, так и нормативную уверенность на глобальных рынках.
Запас материалов FR4 от HILPCB — Всегда готов для вашей сборки
Если вам просто нужно знать, есть ли у нас материалы FR4 в наличии, ответ — да — мы поддерживаем большой, ротируемый запас, который покрывает все стандартные и продвинутые сборки PCB. Ниже приведены некоторые примеры наших регулярно хранящихся материалов; для точной и актуальной доступности, пожалуйста, свяжитесь с нами напрямую.
1. Стандартные материалы FR4 (для общей электроники)
- Shengyi S1000-2M / S1000H – Tg 135–140 °C, идеально для повседневных потребительских и промышленных плат
- Nanya NP-155F / NP-140G – Ламинаты со средним Tg с надежной совместимостью без свинца
- Ventec VT-47 / VT-42 – Экономичные варианты для прототипов и мелкосерийной сборки
- Isola FR406 – Стабильная диэлектрическая проницаемость и отличная точность совмещения для проектов от 4 до 10 слоев
Эти стандартные марки FR4 всегда в наличии для меди 1 унция, плат 1.6 мм — самый быстрый путь от запроса цены до отгрузки.
2. Высокотемпературный и улучшенный FR4 (для суровых условий)
- Shengyi S1170 / S1180, Nanya NP-180T, Isola 370HR — Диапазон Tg 170–180 °C для автомобильной промышленности, питания и промышленного управления
- Ventec VT-481 – Безгалогенный ламинат с высоким Tg, соответствующий RoHS и UL 94 V-0
- Высокотеплопроводный FR4 – Оптимизированные смоляные системы для многократного оплавления и применений с толстой медью
Обычно зарезервировано для проектов автомобильной промышленности, питания или многократного оплавления. Запас пополняется еженедельно — уточняйте заранее, чтобы закрепить партии панелей.
3. Специализированные и мало-потерь варианты FR4
- Мало-потерь FR4 (Df ≤ 0.012) для высокоскоростных цифровых, ВЧ и многослойных PCB-проектов с контролируемым импедансом
- Безгалогенный FR4 для экологически совместимых и экспортно-регулируемых сборок
- Гибридные stack-up FR4 + PTFE для смешанных сигнальных и антенных модулей
- Высокотеплопроводный FR4, используемый в светодиодных драйверах и преобразователях мощности
- Ламинаты со сбалансированным CTE для минимизации коробления в асимметричных проектах или проектах с толстой медью
Большинство мало-потерь и безгалогенных вариантов хранятся в сердечниках 1.0 мм и 1.6 мм; другие толщины доступны по запросу.
4. Быстрая проверка запаса и резервирование
Поскольку материалы FR4 быстро перемещаются, мы предлагаем подтвердить вашу партию перед размещением сборки. Отправьте ваши файлы Gerber + целевая толщина + вес меди, и наши инженеры:
- Подтвердят текущие партии запаса (бренд, Tg, номер партии)
- Предоставят COC материала и ссылку на файл UL
- Зарезервируют запас под именем вашего проекта
- Предложат эквивалентные заменители, если ваш предпочтительный код отсутствует на складе
Часто задаваемые вопросы
Чем субстрат FR4 отличается от других материалов PCB, таких как Rogers или полиимид? FR4 предлагает лучший баланс стоимости и производительности для частот ниже 5 ГГц и рабочих температур ниже 150°C. Материалы Rogers обеспечивают лучшую высокочастотную производительность, но стоят в 5-10 раз дороже. Полиимид предлагает более высокую температурную способность (до 260°C непрерывно), но дороже и хрупче, чем FR4.
Могу ли я смешивать разные марки FR4 в многослойной плате? Хотя технически возможно, мы не рекомендуем это из-за несоответствия CTE между материалами, вызывающего напряжение ламинации и потенциальное расслоение. Для специальных применений, требующих разных свойств на разных слоях, мы можем разработать соответствующие stack-up, но конструкция из одного материала более надежна.
Каков срок годности материала субстрата FR4? Правильно хранящиеся медные ламинаты остаются пригодными для использования в течение 12+ месяцев. Готовые PCB с отделкой поверхности ENIG или OSP должны быть использованы в течение 12 месяцев для оптимальной паяемости. Мы маркируем все материалы датой и предоставляем рекомендации по хранению с каждым заказом.
Как указать требования к субстрату FR4 в моих файлах проектирования? Включите эти спецификации: Рейтинг TG, вес меди, толщина платы, любые специальные требования (без галогенов, контроль импеданса и т.д.). Наша инженерная команда проверяет все спецификации во время анализа DFM и рекомендует альтернативы, если доступны более подходящие материалы.
Влияет ли качество субстрата FR4 на выход годных при сборке? Абсолютно. FR4 плохого качества с чрезмерным короблением вызывает проблемы с точностью размещения. Неадекватное сцепление меди приводит к отслаиванию дорожек во время пайки. Материал с низким Tg может расслоиться во время оплавления. Мы используем только FR4 премиум-класса от сертифицированных поставщиков, чтобы обеспечить стабильные результаты сборки.