Le proprietà e le caratteristiche del materiale FR-4 o FR4 gli conferiscono una grande polivalenza a un costo accessibile. È per questo che il suo utilizzo è così diffuso per la fabbricazione di circuiti stampati. È normale, quindi, dedicargli un articolo sul nostro blog.
In quest’articolo, imparerete di più su:
- Le proprietà e i vantaggi del FR4
- I diversi tipi di FR-4
- I fattori da prendere in considerazione per la scelta dello spessore
- Perché scegliere l’FR4
- I tipi di FR4 proposti da Proto-Electronics
Proprietà e materiali del FR4
FR4 è una norma definita dalla NEMA (National Electrical Manufacturers Association) per un composito di resina epossidica rinforzato in fibra di vetro.
FR in inglese significa “ritardante di fiamma” e indica che il materiale rispetta lo standard UL94V-0 sull'infiammabilità dei materiali di plastica. Si ritrova il codice 94V-0 su tutti i PCB FR-4. Garantisce la non propagazione del fuoco e la sua rapida estinzione quando il materiale è infiammato.
La sua transizione vetrosa (TG) è nell'intervallo da 115 °C a 200 °C per le High TG o HiTG secondo i metodi di fabbricazione e le resine utilizzate. Un PCB FR-4 standard sarà composto da uno strato di FR-4 a “sandwich” tra due strati sottili di rame laminato.
L’FR-4 impiega bromo, un elemento chimico detto alogeno che presenta una resistenza al fuoco. Esso ha sostituito il G-10, un altro composito che presenta una minore resistenza nella maggior parte delle sue applicazioni.
L’FR4 possiede il vantaggio di avere un buon rapporto resistenza-peso. Esso non assorbe acqua, mantiene elevate sollecitazioni meccaniche e una buona capacità di isolamento in ambienti asciutti o umidi.
Esempi di FR-4
FR4 standard : come indica il nome, si tratta del FR-4 standard con una resistenza al calore nell'intervallo da 140°C a 150°C.
FR4 High TG : questo tipo di FR-4 possiede una transizione vetrosa (TG) più elevata, a 180 °C.
FR4 High CTI : Comparative Tracking Index superiore a 600 volt.
FR4 senza rame laminato : ideale per le piastre di isolamento, sagome e supporti di schede.
Ritrovate più dettagli sulle caratteristiche di questi diversi materiali in seguito nell’articolo.
I fattori da prendere in considerazione per lo spessore
Compatibilità con i componenti: anche se il FR-4 viene utilizzato nella fabbricazione di numerosi tipi di circuiti stampati, il suo spessore ha conseguenze sul tipo di componenti utilizzati. Ad esempio, i componenti THT si distinguono dagli altri componenti e richiedono per questo un PCB di spessore ridotto.
Risparmio di spazio: risparmiare spazio è indispensabile quando si progetta una scheda elettronica, in particolare per i connettori USB e gli accessori Bluetooth. Le schede più sottili sono utilizzate nelle configurazioni in cui il risparmio di spazio è vitale.
Design e flessibilità: la maggior parte dei fabbricanti preferiscono le schede spesse a quelle sottili. Con FR-4, un sottostrato troppo sottile rischia di rompersi se si aumentano le dimensioni della scheda. D’altra parte, le schede più spesse sono al contempo flessibili e permettono di realizzare degli “V-groove” chiamati anche scanalature.
Bisogna considerare l’ambiente in cui verrà utilizzato il PCB. Per un’unità di comando elettronico nel settore medico, dei PCB poco spessi garantiscono una sollecitazione ridotta. Le schede troppo sottili, e quindi troppo flessibili, sono più sensibili al calore. Esse possono curvarsi e assumere un angolo indesiderato durante la fase di saldatura dei componenti.
Controllo di impedenza: lo spessore della scheda implica lo spessore del mezzo dielettrico, nella fattispecie FR-4 ed è questo che facilita il controllo di impedenza. Quando l’impedenza è un fattore importante, lo spessore della scheda rappresenta quindi un criterio determinante da prendere in considerazione.
Connessioni: il tipo di connettori utilizzati per un circuito stampato determina anch’esso lo spessore del FR-4.
Perché scegliere l’FR4
Grazie al loro costo accessibile, gli FR4 costituiscono l’opzione standard per la fabbricazione delle schede elettroniche in piccola serie o per la prototipazione elettronica.
Tuttavia, l’FR4 non è ideale per i circuiti stampati ad alta frequenza. Allo stesso modo, se desiderate integrare le vostre schede elettroniche in prodotti che non permettono facilmente l’adozione di componenti e che siano poco adattati a un PCB rigido, dovreste scegliere un altro materiale: il poliimmide/poliammide.
I diversi tipi di FR-4 proposti da Proto-Electronics
FR4 standard
- FR4 SHENGYI famiglia S1000H
Spessore da 0,2 a 3,2 mm. - FR4 VENTEC famiglia VT 481
Spessore da 0,2 a 3,2 mm.
FR4 High TG
- FR4 SHENGYI famiglia S1000-2
Spessore da 0,6 a 3,2 mm. - FR4 VENTEC famiglia VT 47
Spessore da 0,6 a 3,2 mm.
FR4 High IRC
- FR4 SHENGYI famiglia S1600
Spessore standard 1,6 mm. - FR4 VENTEC famille VT 42C
Spessore standard 1,6 mm.
FR4 senza rame
- Questo materiale è un vetro epossidico senza rame destinato alla realizzazione di piastre isolanti, sagome, supporti per schede, ecc. Questi sono realizzati grazie a file di tipo Gerber o file DXF.
Spessore da 0,3 a 5 mm.
e riceverete un preventivo per il vostro progetto di PCBA entro 10 minuti!
