Die Eigenschaften und Merkmale von FR-4 (oder FR4)-Materialien sorgen für große Vielseitigkeit zu einem günstigen Preis. Aus diesem Grund werden sie häufig zur Herstellung von Leiterplatten verwendet. So ist es nicht außergewöhnlich, dass wir ihnen in unserem Blog einen Artikel widmen.

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über:

  • Die Eigenschaften und Vorteile von FR-4
  • Die unterschiedlichen Typen von FR-4
  • Die Faktoren, die hinsichtlich der Dicke zu berücksichtigen sind
  • Gründe, die für FR-4 sprechen
  • Die von Proto-Electronics angebotenen FR-4-Typen

FR-4-Eigenschaften und -Materialien

FR-4 ist eine von der NEMA (National Electrical Manufacturers Association) festgelegte Norm für einen Verbundwerkstoff aus gehärtetem Epoxidharz und Glasfasergewebe.

FR ist Englisch, bedeutet „flame retardant“ (flammenhemmend) und weist darauf hin, dass das Material der Norm UL94V-0 entspricht, das die Brennbarkeit von Kunststoffen untersucht. Auf allen FR-4-Leiterplatten befindet sich der Code 94V-0. Er gewährleistet, dass sich Feuer nicht verbreitet und rasch wieder ausgeht, wenn das Material in Brand gerät.

Die Glasübergangstemperatur (Tg) liegt bei High TG oder HiTG je nach Herstellungsmethode und verwendeten Harzen bei 115 bis 200 °C. Eine Standard-FR-4-Leiterplatte besteht aus einer FR-4-Schicht zwischen zwei dünnen Schichten aus Kupferfolie.

Bei FR-4 wird Brom, ein chemisches Element und sogenanntes feuerfestes Halogen, verwendet. Es ersetzt G-10, einen weiteren Verbundwerkstoff, der jedoch in den meisten Anwendungen eine geringere Feuerfestigkeit aufweist.

FR-4 bietet außerdem ein gutes Verhältnis zwischen Feuerfestigkeit und Gewicht. Es absorbiert kein Wasser und behält seine hohe mechanische Festigkeit sowie seine gute Isolierfähigkeit in trockener und feuchter Umgebung.

Beispiele für FR-4

Standard-FR-4: Wie der Name schon sagt, handelt es sich hierbei um standardmäßiges FR-4 mit einer Hitzebeständigkeit von 140 bis 150 °C.

FR-4 High TG: Dieser FR-4-Typ verfügt über eine höhere Glasübergangstemperatur (Tg) im Bereich von 180 °C.

FR-4 High CTI: Der Comparative Tracking Index (die Kriechstromfestigkeit) liegt über 600 Volt.

FR-4 ohne Kupferfolie: Eignet sich ideal für Isolierplatten, Modelle und Leiterplattenträger.

Weitere Angaben zu den Eigenschaften dieser unterschiedlichen Materialien finden Sie weiter unten in diesem Artikel.

Faktoren, die hinsichtlich der Dicke zu berücksichtigen sind

Kompatibilität mit den Bauteilen: Obwohl FR-4 in der Herstellung zahlreicher Arten von Leiterplatten verwendet wird, wirkt sich seine Dicke auf den Typ der verwendeten Bauteile aus. THT-Bauteile unterscheiden sich beispielsweise von anderen Bauteilen und benötigen so eine dünne Leiterplatte.

Platzbedarf: Beim Design einer Leiterplatte ist es vor allem bei USB-Steckern und Bluetooth-Zubehör äußerst wichtig, Platz zu sparen. In Konfigurationen, in denen vor allem Platz gespart werden muss, kommen die dünnsten Leiterplatten zum Einsatz.

Design und Flexibilität: Die meisten Hersteller bevorzugen dickere Leiterplatten. Bei FR-4 könnte ein zu dünner Träger brechen, wenn die Leiterplatte vergrößert wird. Dickere Leiterplatten sind wiederum flexibel und ermöglichen gleichzeitig „V-grooves“ (Kerbschnitte).

Es muss berücksichtigt werden, in welcher Umgebung die Leiterplatte verwendet werden soll. Bei elektronischen Steuereinheiten im medizinischen Bereich gewährleisten dünne Leiterplatten geringere Belastungen. Zu dünne – und somit zu flexible – Leiterplatten sind hitzeempfindlicher. Sie können sich beim Verlöten der Bauteile verbiegen und verformen.

Impedanzkontrolle: Die Dicke der Leiterplatte schließt die Dicke des dielektrischen Mediums, also hier das FR-4, mit ein, was die Impedanzkontrolle erleichtert. Da die Impedanz ein wichtiger Faktor ist, stellt die Dicke der Leiterplatte ein zu berücksichtigendes Kriterium dar.

Anschlüsse: Auch der Typ der verwendeten Anschlüsse einer Leiterplatte legt die FR-4-Dicke fest. 

Gründe, die für FR-4 sprechen 

 Durch die geringen Kosten ist FR-4 die Standardoption für die Herstellung von Leiterplatten in kleinen Mengen oder für elektronische Prototypen.

FR-4 eignet sich jedoch nicht ideal für Hochfrequenz-Leiterplatten. Möchten Sie Ihre Leiterplatten in Produkte integrieren, bei denen die Verwendung von Komponenten nicht einfach ist und die sich nur wenig für eine starre Leiterplatte eignen, sollten Sie außerdem ein anderes Material bevorzugen: Polyimid/Polyamid. 

Die unterschiedlichen von Proto-Electronics angebotenen FR-4-Typen

 Standard-FR-4

  • FR4 SHENGYI Familie S1000H
    Dicke zwischen 0,2 und 3,2 mm.
  • FR4 VENTEC Familie VT 481
    Dicke zwischen 0,2 und 3,2 mm.

 FR-4 High TG

  • FR4 SHENGYI Familie S1000-2
    Dicke zwischen 0,6 und 3,2 mm.
  • FR4 VENTEC Familie VT 47
    Dicke zwischen 0,6 und 3,2 mm. 

FR-4 High IRC

  • FR4 SHENGYI Familie S1600
    Standarddicke 1,6 mm.
  • FR4 VENTEC Familie VT 42C
    Standarddicke 1,6 mm. 

FR-4 ohne Kupfer

  • Dieses Material ist ein Epoxidglas ohne Kupfer für Isolierplatten, Modelle, Leiterplattenträger etc. Diese werden anhand von Mechanikentwürfen im Gerber-Format oder DXF-Dateien hergestellt.
    Dicke zwischen 0,3 und 5 mm.