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El material de la placa de circuito FR4 es un material compuesto de fibra de vidrio y resina epoxídica, también conocida como resina epoxídica impregnada con tela de fibra de vidrio. Normalmente, la relación de fibra de vidrio a resina epoxídica es 1: 2. Sus ventajas incluyen una buena resistencia al calor, un rendimiento de aislamiento eléctrico estable y una alta resistencia mecánica, lo que la hace ampliamente utilizada en varios dispositivos electrónicos. CTE (coeficiente de expansión térmica) es el grado en que un material se expande en respuesta a un cambio de temperatura y se expresa generalmente en ppm/°C (partes por mil por grado Celsius). FR-4 tiene un valor de CTE de aproximadamente 15 a 19 ppm/°C, que es adecuado para la mayoría de las necesidades de encapsulación orgánica. A medida que la demanda de la industria de paquetes de bajo CTE ha aumentado, el CTE de FR-4 ha sido objeto de un mayor escrutinio.
El CTE es crítico para el rendimiento de los PCB, especialmente cuando se someten a ciclos térmicos, ya que las discrepancias de CTE entre diferentes materiales pueden iniciar tensiones que pueden conducir a fallas mecánicas. Específicamente, cuando el FR-4 se combina con otros materiales (por ejemplo, cobre), los cambios de temperatura pueden causar grietas o pelado en la interfaz debido a las diferentes velocidades de expansión de cada material. Los CTE horizontales y verticales (CTEx, CTEy, CTEz) de materiales FR-4 deben considerarse con precisión para garantizar la fiabilidad del diseño.
El proceso de fabricación de placas de circuito FR4 se puede resumir como los siguientes pasos
1.Preparación de tela de fibra de vidrio: la fibra de vidrio está conectada por Loom para formar tela de fibra de vidrio.
Procesamiento 2.Rough: Coloque el paño de fibra de vidrio preparado en un molde grande y agregue resina epoxídica, y curarlo con tecnología de prensado en caliente para formarlo.
Procesamiento 3.Precision: El paño de fibra de vidrio preprocesado se procesa a través de perforación, deposición de cobre e inspección para producir varias especificaciones y modelos de placas de circuito FR4.
FR-4 es un sustrato comúnmente utilizado para placas de circuito impreso (PCB), y su coeficiente de expansión térmica (CTE) es importante en varias aplicaciones en la industria electrónica.
1. Gestión térmica y estabilidad dimensional
El CTE del material FR-4 está generalmente en el intervalo de 50-70 x 10^-6/°C, lo que representa su estabilidad dimensional durante cambios de temperatura. Cuando un dispositivo electrónico está en funcionamiento, la generación de calor hace que el material se expanda o se contraga, y un CTE excesivamente alto puede hacer que la placa se deforme, afectando la fiabilidad. Los diseñadores deben considerar el impacto de CTE para garantizar el funcionamiento sin problemas de la placa en varias condiciones de funcionamiento.
2. confiabilidad de soldadura
En el proceso de soldadura, la placa de circuito se somete a un ciclo térmico rápido, el aumento repentino y la caída de la temperatura pueden causar un mal contacto de soldadura y una falla de conexión posterior. Elegir el material adecuado para CTE puede reducir la tensión térmica y garantizar la resistencia y fiabilidad de las juntas de soldadura. Esto es particularmente importante para el montaje de alta densidad y la miniaturización de equipos electrónicos.
3.La importancia de la aplicación en circuitos de alta frecuencia
Los circuitos de alta frecuencia tienen estrictos requisitos sobre las propiedades dieléctricas y las características de expansión térmica del material. FR-4 en aplicaciones de alta frecuencia, si el material no se selecciona correctamente, puede conducir a retraso y distorsión de la señal. El CTE adecuado permite a la placa mantener una buena integridad de señal a frecuencias de funcionamiento y es uno de los factores clave en el diseño de circuitos de alta frecuencia.
4.Consideraciones sobre la eficacia de los costos
FR-4 es una opción de menor costo y rendimiento relativamente estable en comparación con otros materiales (por ejemplo, cerámica, PTFE, etc.). Desde el punto de vista coste-beneficio, FR-4 proporciona un alto grado de economía en la producción mientras cumple con los requisitos básicos de CTE. Esta ventaja coste/rendimiento ha hecho de FR-4 el material dominante en varias áreas, especialmente en electrónica de consumo.
Una placa de aluminio es una placa revestida de cobre a base de metal con una buena función de disipación del calor. Generalmente, un solo panel consiste en una estructura de tres capas, a saber, una capa de circuito (lámina de cobre), una capa de aislamiento y un sustrato metálico. Algunos diseños para uso de gama alta también son placas de doble cara, con una estructura de una capa de circuito, capa de aislamiento, base de aluminio, capa de aislamiento y capa de circuito. Muy pocas aplicaciones son tableros multicapa, que se pueden hacer mediante la unión de tableros multicapa ordinarios con capas de aislamiento y placas de aluminio.
La diferencia entre FR-4 y la placa de aluminio
1.Rendimiento
La comparación de alambre (alambre de cobre) y corriente de fusible en diferentes materiales de sustrato, a partir de la comparación de placa de aluminio y placa FR-4, muestra que debido a la alta disipación de calor del sustrato metálico, la conductividad se mejora significativamente, lo que indica las características de alta disipación de calor de la placa de aluminio desde otra perspectiva. La disipación del calor del sustrato de aluminio está relacionada con su espesor de capa de aislamiento y su conductividad térmica. Cuanto más delgada sea la capa aislante, mayor será la conductividad térmica (pero menor la resistencia a la presión) de la placa de aluminio.
2. procesabilidad
Una placa de aluminio tiene una alta resistencia mecánica y tenacidad, que es superior a una placa FR-4. Para este propósito, las placas impresas de gran área se pueden hacer en placas de aluminio, en las que se pueden instalar componentes grandes.
3.Rendimiento de blindaje electromagnético
Para garantizar el rendimiento de los circuitos, ciertos componentes en productos electrónicos necesitan prevenir la radiación de ondas electromagnéticas e interferencias. Las placas de aluminio pueden servir como placas protectoras para proteger las ondas electromagnéticas.
4.Coeficientes de expansión térmica
Debido a la expansión térmica del FR-4 general, especialmente el grosor de la placa, la calidad de los orificios y alambres metalizados se ve afectada. La razón principal es que el coeficiente de expansión térmica del cobre en la materia prima es de 17 * 106 cm / cm-C en grosor, y el coeficiente de expansión térmica de la placa FR-4 es de 110 * 106 cm / cm-c, que tiene una diferencia significativa y es propenso a la expansión del sustrato de calentamiento, cambios en los alambres de cobre y daños a la fiabilidad del producto causados por la ruptura del agujero metálico. El coeficiente de expansión térmica de la placa de aluminio es de 50 × 106 cm / cm-C, más pequeño que la placa FR-4 ordinaria y cerca del coeficiente de expansión térmica de la lámina de cobre.
5.Campos de aplicación
La placa FR-4 es adecuada para el diseño general de circuitos y productos electrónicos ordinarios. Las placas de aluminio se usan a menudo en productos electrónicos con altos requisitos de disipación de calor, como placas de luz LED.
FR4 es una placa de resina epoxídica reforzada con fibra de vidrio, que es una de las placas más usadas en la fabricación de PCB. Tiene una excelente resistencia mecánica, resistencia al calor y rendimiento eléctrico, y puede trabajar a altas temperaturas y frecuencias. El tablero FR4 tiene un pequeño coeficiente de expansión térmica y buena estabilidad, lo que lo hace adecuado para la fabricación de productos electrónicos de alta precisión.
Una placa de aluminio es un sustrato metálico compuesto por una placa de aluminio, una capa de aislamiento y una lámina de cobre. Tiene excelente conductividad térmica y rendimiento de disipación de calor, adecuado para la fabricación de productos electrónicos de alta potencia. El rendimiento de disipación de calor de la placa de aluminio es mejor que el de la placa FR4, por lo que es adecuado para la fabricación de luces LED de alta potencia, convertidores de frecuencia de alta potencia y otros productos electrónicos.
La diversidad de placas PCB proporciona más opciones para la fabricación de productos electrónicos. Al seleccionar las placas, es necesario considerar de manera exhaustiva factores como los requisitos de rendimiento, el entorno de trabajo y el costo de los productos electrónicos. FR4 vs placa de aluminio tiene sus ventajas y desventajas, que deben seleccionarse según la situación real.
