O que é PCB FR4? Uma visão geral completa

Por muitos anos, o FR4 PCB tem sido o tipo mais popular de placa de circuito impresso. Ainda é, mesmo com o surgimento de vários outros substratos. Então, o que é esse material e de que é feito? Para obter mais informações sobre a placa PCB FR4, leia sua visão geral detalhada abaixo, começando com a definição.

O que é FR4 PCB?

FR4 PCB significa um tipo de placa de circuito impresso que contém FR4 como base e material pré-impregnado. A forma completa do FR4 é “retardante de chama”. Significa um material que não propagará incêndio e que esteja em conformidade com as Padrão UL94V-0 para retardamento de chama.

O número “4”, por outro lado, é usado para designar a resina reforçada com vidro que é usada para fazer o FR4. Representa um padrão que NEMA usa para denotar o material com base em suas características.

Para fazer o PCB FR4, a resina é misturada com fibras de vidro e usada para criar folhas resistentes. Para retardar a chama, são adicionados diferentes compostos. Estes podem ser à base de halogênio, como tipos bromados ou não halogênio.

Além de oferecer retardamento de chama e excelente resistência mecânica, o FR4 em placas PCB oferece isolamento e outras propriedades, como capacidade de suportar altas temperaturas.

Material PCB FR4

O material FR4 PCB é composto basicamente do seguinte: fibras de vidro, resina epóxi e diversas outras substâncias; a composição exata varia entre diferentes fabricantes. Geralmente, o uso de diferentes composições e estruturas de materiais dá origem a esses tipos de PCBs FR4.

FR4 padrão

Este é o FR4 convencional com propriedades básicas. É também um dos mais comuns quando se trata de aplicações básicas em placas de circuito. O FR4 padrão não possui as propriedades de ponta destinadas a condições mais exigentes, como temperaturas extremas e outros ambientes.

Alta Tg FR4

Tg significa transição vítrea e Temperatura Tg o nível de calor no qual um material sólido começa a mudar de estado e se tornar emborrachado ou macio. Alto TG FR4 significa um material PCB que pode suportar níveis de calor mais elevados (acima de 170°C), sem alterar a forma.

Alto CTI FR4

CTI significa Índice de Rastreamento Comparativo. Quando usado em PCBs, refere-se à capacidade do laminado de resistir à corrente que flui nos trilhos ou traços de cobre. Um CTI FR4 alto, portanto, oferece um valor resistivo mais alto para correntes indesejadas em caso de vazamentos.

Sem halogênio FR4

Um FR4 PCB sem halogênio não contém compostos de halogênio ou os contém em quantidades muito baixas (e insignificantes). Este tipo de material FR4 PCB está se tornando a norma hoje, dada a natureza tóxica dos halogênios e a mudança para placas de circuito mais seguras por parte de usuários em todo o mundo.

FR4 sem cobre

O FR4 sem cobre é uma placa que não contém camadas ou vestígios de cobre. Feito de FR4, possui todas as suas propriedades, mas não pode conduzir eletricidade. É, portanto, usado principalmente para isolamento ou, mais comumente, como placa de reforço em placas de circuito flexíveis rígidas.

Projeto de PCB FR4

Dependendo dos recursos exigidos e das necessidades da aplicação, a placa PCB FR4 pode ser feita em muitas estruturas ou designs diferentes; placas de circuito simples, dupla face e multicamadas, entre outras opções. Essas opções de design são explicadas com mais detalhes abaixo.

FR4 de face única

Este é o projeto mais básico de uma folha de PCB FR4. É composto por uma única camada de cobre apoiada pelo núcleo FR4. Básico produtos eletrônicos utilizam este tipo de placa, tornando-a uma das mais comuns. Para aplicações que exigem o empacotamento de mais componentes, é utilizada uma placa dupla face.

PCB de dupla face FR4

A placa PCB FR4 dupla face é mais avançada. Consiste em duas camadas condutoras de cobre, com o laminado FR4 entre elas. Os dois lados tornam a placa mais versátil, já que os fabricantes podem colocar componentes em ambas as superfícies. Este design é útil em aplicações de alta densidade de componentes.

PCB multicamadas FR4

A placa multicamadas é ainda mais complexa, sendo composta por mais de uma folha FR4. O número de camadas depende da aplicação e pode variar de 2 a 16 ou até mais. Para conectar as diferentes camadas, pequenos orifícios chamados vias são perfurados na placa e uma série de outros recursos são incluídos.

Propriedades do material PCB FR4

Além de ser retardador de chama e oferecer boa isolamento elétrico propriedades, os circuitos impressos feitos de FR4 oferecem diversas características diferentes. Eles podem ou não ser adequados para uma aplicação. Compreendê-los pode, portanto, ajudá-lo a fazer a escolha certa. Propriedades importantes do PCB do FR4 estão listadas abaixo:

Classificação de temperatura

O material FR4 pode suportar temperaturas acima de 345° antes de se decompor. Em termos de temperatura operacional, os PCBs feitos deste material podem funcionar em uma ampla faixa de níveis de calor, normalmente entre 50°C e 115°C. Esta propriedade torna o material perfeito para uma ampla gama de requisitos de aplicação.

Condutividade Térmica

FR4 não oferece boa condução térmica, com nível de condutividade abaixo de 1W/mK (watts por Kelvin). Isso o torna um mau condutor com baixa capacidade de dissipar calor. No entanto, a presença de cobre em um PCB feito deste material melhora a condutividade por uma pequena margem.

Constante dielétrica

Dependendo de vários fatores (composição, estrutura de trama, quantidade de resina, etc.), o material FR4 PCB pode ter um constante dielétrica (Dk) entre 3.3 e 4.8. Esses valores não são constantes e mudam com o aumento das frequências do sinal. Por exemplo, o valor Dk é 5 em 1 MHz e maior quando a frequência aumenta.

Absorção de umidade

FR4 tem uma baixa taxa de absorção de umidade. Isso lhe confere uma alta capacidade de resistir aos danos causados ​​pela água. Quando imerso em água durante vinte e quatro horas, a absorção é medida em 0.01%. Isto o torna adequado para uso em condições secas e úmidas.

Densidade

A densidade do FR4 PCB indica sua relação peso / volume. A densidade típica do FR4 é 1.85/cm³. Isso o torna um material leve, mas rígido, que pode se adequar a diversos usos, desde produtos eletrônicos domésticos até PBs para uso em dispositivos de comunicação portáteis.

Espessura do PWB FR4

A espessura pode afetar o desempenho de uma placa de circuito. Um laminado muito espesso, por exemplo, pode causar problemas de sinal. Se for muito fino, pode não ser forte o suficiente para seu componentes eletrônicos ou aplicativo. Os PCBs FR4 são construídos com espessuras padrão ou personalizados para atender aos requisitos.

Espessura Padrão

A placa de circuito FR4 padrão normalmente tem 1.57 mm de espessura. Fora dessa medição, o valor pode ir até 2.30 mm ou até mais. Existem também placas com espessura de até 0.78 mm, dependendo das necessidades da aplicação e outros requisitos.

Tolerância De Espessura

A tolerância PPCB define a variação permitida nas dimensões da placa, neste caso, sua espessura. Normalmente, isso é calculado em + ou – 10%. Por exemplo, digamos que um PCB FR4 seja necessário para medir 2 milímetros com uma tolerância de 0.05. No limite superior pode medir até 2.05 mm, mas não menos que 1.95 mm de espessura no lado inferior.

Por que escolher o PCB FR4?

FR4 é um material popular para placas de circuito impresso. Ele vem com uma série de características favoráveis ​​que o tornam excelente para diferentes usos de PCB. Dependendo da natureza da sua aplicação ou orçamento, você pode querer escolhê-lo pelos seguintes motivos:

• Baixo custo: O material FR4 PCB custa menos do que a maioria das outras opções, como substratos metálicos. Isso o torna uma escolha atraente quando se trata da maioria dos tipos de PCB, desde designs básicos até placas de circuito complexas de múltiplas camadas.
• Excelente resistência mecânica: o FR4 PCB é uma placa robusta que pode conter componentes pesados. Além de ser rígido o suficiente para uso em condições adversas.
• Resistente a humidade: ligada à resina, uma placa FR4 resiste à umidade, com uma taxa de absorção próxima de zero. Portanto, você pode usá-lo em condições úmidas.
• Retardador de chama: com classificação de inflamabilidade UL94-V0, uma placa de circuito FR4 não espalhará fogo em caso de acidentes, o que a torna uma opção de material segura.

O FR4 também tem suas limitações. Não consegue dissipar o calor de forma eficaz, por exemplo, devido à sua baixa condutividade térmica. Sua constante dielétrica também muda em frequências mais altas, o que pode não ser adequado para aplicações que exigem impedância controlada.

As alternativas FR4 incluem PCBs de alumínio e outros metais, cerâmica e poliimida, especialmente quando se trata de placas de circuito flexíveis e CEM (material epóxi composto).

Conclusão

O FR4 PCB é o tipo mais comum de placa de circuito atualmente. Sendo uma opção de baixo custo e possuindo uma série de propriedades favoráveis, é um bom laminado para uma ampla gama de utilizações de PCB. Indústrias comuns onde placas de circuito usam FR como núcleo e dielétrico pré-impregnado incluem automotivo, eletrônicos de consumo e sistemas industriais.