什么是 FR4 材料：特性、成分和制造步骤
什么是 FR4 材料：特性、成分和制造步骤
FR4材料是制造印刷电路板（PCB）最广泛使用的材料，具有出色的电气和机械性能。它由玻璃纤维布和环氧树脂组成，具有高机械强度、优异的电绝缘性、优良的热稳定性等特点。本文将详细介绍FR4材料的特性、成分和制造步骤。
什么是FR4材料？
制造印刷电路板最广泛使用的材料是 FR-4 材料，具有出色的电气和机械性能。它被视为通用印刷电路板材料 FR4。缩写 FR 代表阻燃或耐火材料。它是自熄性的。FR-4 中的数字 4 是阻燃材料的代码。FR-4 属于环氧 FR4 层压玻璃纤维类。FR-4 由玻璃纤维布组成，并用环氧树脂作为粘合剂粘合。FR4印刷电路板材料有多种颜色可供选择：蓝色、绿色、白色、黑色等。通常使用的厚度为1.6毫米和1.2毫米。FR材料有五个等级。它们是FR-1，FR-2，FR-3，FR-4和FR-5。
FR4 材料特性
高机械强度：它具有出色的机械强度。它可以承受制造过程、装配操作和其他处理操作中产生的机械应力。它在暴露于高温和其他环境因素时表现出极好的尺寸稳定性。
优异的电绝缘性：虽然 FR4 具有出色的电气绝缘性能，但它不允许电流在 PCB 上的导体之间流动。这可以防止短路、其他电气损坏和火灾。
优良的热稳定性：FR4材料的另一个特性是优异的热管理特性。
低吸湿率：FR4材料的吸湿率较低，在水中浸泡二十四小时，吸湿率为0.01%
不易燃的：FR4为自熄性阻燃材料，发生事故时火势不会蔓延。
更低的花费：FR-4 的成本低于同类产品，这使其成为所有制造商的绝佳选择。
FR-4 层压板的成分
加强: 玻璃纤维布通常是FR-4的增强层压板，提供机械支撑和电气性能。FR-4中使用的E级玻璃的典型成分如下表所示。
组分 作品 ％
二氧化硅 52-56岁
氧化钙 16-25岁
氧化铝 12-16岁
氧化硼 5-10岁
氧化钠和氧化钾 0-2岁
氧化镁 0-5岁
氧化铁 0.05-0.4岁
氧化钛 0-0.8岁
氟化物 0-1岁
Resin：FR4层压玻璃纤维树脂结构通常由双、四和多功能环氧基团组成。在树脂体系中添加固化剂、阻燃剂、填料等以加速层压板的性能。
固化剂：固化剂用于使 PCB 变硬。双氰胺（俗称 DICY）和苯酚酚醛清漆等固化剂在 PCB 行业中被广泛使用。
阻燃剂：添加它们是为了降低层压板的可燃性。它们通过形成阻隔氧气的气体屏障来抑制燃烧。如今，无卤阻燃剂被广泛使用
填料：在树脂中添加填料可降低热膨胀系数，避免镀通孔出现裂纹。填料还有助于降低材料的可燃性并降低成本。FR-4 使用的填料是二氧化硅和硅酸铝。
加速器：它们被添加到树脂体系中以加快固化速度。咪唑是用于FR-4 PCB的广泛使用的促进剂之一。
FR4材料的制作步骤
PCB 的最基本组成部分是树脂和增强复合材料。FR4印刷电路板材料是编织玻璃纤维增 强复合材料。制造 FR-4 的步骤如下。
玻璃等原材料在熔炉中熔化，形成玻璃纤维长丝，然后将它们组合起来形成纤维纱。
纱线编织成玻璃纤维布。
织物上涂有有机硅烷等偶联剂，以促进有机树脂和无机玻璃之间的粘合。树脂以原始形式从石化产品中获得。
树脂中添加了固化剂、阻燃剂和填料。
预浸料由玻璃纤维和环氧树脂制成。多个预浸料通过热结合制成层压板。
将铜箔沉积在层压板上以获得覆铜层压板。
许多预浸料和层压板被堆叠起来，形成多层板.
通孔和过孔的钻孔已完成，并镀有铜。
将阻焊层应用于电路板，露出要焊接的区域。
组件安装在 PCB 上。
波峰焊工艺将电路板焊接起来，得到最终的PCB电路。
FR4材料的缺点
不适合高频应用：电路板材料FR4介电常数随频率变化，在高速高频应用中不均匀。此外，电路板材料FR4具有较高的耗散因数，导致信号损耗较大。因此FR4材料不适用于高频应用。
操作温度比 PTFE 材料低：电路板材料 FR4 的尺寸稳定性会随着高功率、高电压和高温而降低。高温下，介电常数会发生变化，从而导致阻抗发生变化。但 PTFE 材料可以承受极高的温度，并保持稳定的介电常数。
结语
由于 FR4 材料具有多种用途，因此它是一种适合于单层和多层PCB其较低的成本、广泛的可用性和大规模的使用使其成为大多数PCB制造和设计的最佳选择。