FR-4 - FR-4

FR-4 (oder FR4 ) ist eine NEMA- Gütebezeichnung für glasfaserverstärktes Epoxidlaminatmaterial. FR-4 ist ein Verbundmaterial aus gewebtem Glasfasergewebe mit einem Epoxidharz- Bindemittel, das schwer entflammbar ( selbstverlöschend ) ist.

„FR“ steht für „flammenhemmend“ und bedeutet nicht, dass das Material der Norm UL94V-0 entspricht, es sei denn, die Prüfung wird in einem konformen Labor nach UL 94, Vertical Flame Testing in Abschnitt 8 durchgeführt. Die Bezeichnung FR-4 wurde 1968 von NEMA geschaffen.

FR-4 Glasepoxid ist ein beliebter und vielseitiger Hochdruck-Duroplast-Laminattyp mit guten Festigkeits-Gewichts-Verhältnissen. Mit einer Wasseraufnahme von nahezu null wird FR-4 am häufigsten als elektrischer Isolator mit beträchtlicher mechanischer Festigkeit verwendet. Das Material ist dafür bekannt, seine hohen mechanischen Werte und elektrischen Isoliereigenschaften sowohl unter trockenen als auch unter feuchten Bedingungen beizubehalten. Diese Eigenschaften, zusammen mit guten Herstellungseigenschaften, verleihen dieser Sorte einen Nutzen für eine Vielzahl von elektrischen und mechanischen Anwendungen.

Typenbezeichnungen für Glas-Epoxid-Laminate sind: G-10 , G-11, FR-4, FR-5 und FR-6 . Von diesen ist FR-4 die heute am weitesten verbreitete Sorte. G-10, der Vorgänger von FR-4, hat nicht die selbstverlöschenden Entflammbarkeitseigenschaften von FR-4. Daher hat FR-4 seitdem G-10 in den meisten Anwendungen ersetzt.

FR-4-Epoxidharzsysteme verwenden typischerweise Brom , ein Halogen, um die Flammbeständigkeitseigenschaften in FR-4-Glasepoxidlaminaten zu erleichtern. Bei einigen Anwendungen, bei denen eine thermische Zerstörung des Materials eine wünschenswerte Eigenschaft ist, wird dennoch G-10 nicht flammbeständig verwendet .

Eigenschaften

Welche Materialien in die Kategorie „FR-4“ fallen, ist in der Norm NEMA LI 1-1998 definiert. Typische physikalische und elektrische Eigenschaften von FR-4 sind wie folgt. Die Abkürzungen LW (längs, Kettfadenrichtung) und CW (quer, Schussfadenrichtung) beziehen sich auf die üblichen senkrechten Faserorientierungen in der XY-Ebene des Kartons (in-plane). In Bezug auf kartesische Koordinaten ist die Längsrichtung entlang der x-Achse, quer entlang der y-Achse und die z-Achse wird als Richtung durch die Ebene bezeichnet. Die unten aufgeführten Werte sind ein Beispiel für das Material eines bestimmten Herstellers. Das Material eines anderen Herstellers hat normalerweise etwas andere Werte. Die Überprüfung der tatsächlichen Werte für ein bestimmtes Material aus dem Datenblatt des Herstellers kann sehr wichtig sein, zum Beispiel bei Hochfrequenzanwendungen .

Parameter Wert
Spezifisches Gewicht/Dichte 1,850 g/cm 3 (0,0668 lb/cu in)
Wasseraufnahme −0,125 Zoll < 0,10 %
Temperaturindex 140 °C (284 °F)
Wärmeleitfähigkeit , durch die Ebene 0,29 W/(m·K), 0,343 W/(m·K)
Wärmeleitfähigkeit, in der Ebene 0,81 W/(m·K), 1,059 W/(m·K)
Rockwell-Härte 110-M-Skala
Haftfestigkeit > 1.000 kg (2.200 lb)
Biegefestigkeit (A; 0,125 Zoll) – LW > 415 MPa (60.200 psi)
Biegefestigkeit (A; 0,125 Zoll) – CW > 345 MPa (50.000 psi)
Dielektrischer Durchschlag (A) > 50 kV
Dielektrischer Durchschlag (D48/50) > 50 kV
Spannungsfestigkeit 20 MV/m
Relative Permittivität (A) 4.4
Relative Permittivität (D24/23) 4.4
Verlustfaktor (A) 0,017
Verlustfaktor (D24/23) 0,018
Dielektrizitätskonstante (ε r ) 3,9 – 4,7 , 4,4 @ 1 GHz (Lieferant Isola)
Verlusttangente (tanδ) 0,02 – 0,03, 0,030 @ 1 GHz
Glasübergangstemperatur Kann variieren, liegt aber über 120 °C
Elastizitätsmodul – LW 3,5 × 10 6  psi (24 GPa) ^
Elastizitätsmodul – CW 3,0 × 10 6  psi (21 GPa) ^
Wärmeausdehnungskoeffizient – x -Achse 1,4 × 10 − 5  K −1
Wärmeausdehnungskoeffizient – y- Achse 1,2 × 10 − 5  K −1
Wärmeausdehnungskoeffizient – z -Achse 7,0 × 10 − 5  K −1
Poissonzahl – LW 0,136
Poissonzahl – CW 0,118
LW-Schallgeschwindigkeit 3602 m/s
CW-Schallgeschwindigkeit 3369 m/s
LW akustische Impedanz 6.64 MRayl

wo:

LW
Längs
CW
Quer
PF
Senkrecht zur Laminatfläche

Anwendungen

FR-4 ist ein gängiges Material für Leiterplatten (PCBs). Eine dünne Schicht Kupferfolie wird typischerweise auf eine oder beide Seiten einer FR-4-Glasepoxidplatte laminiert. Diese werden üblicherweise als kupferplattierte Laminate bezeichnet. Die Kupferdicke bzw. das Kupfergewicht können variieren und werden daher gesondert angegeben.

FR-4 wird auch beim Bau von Relais , Schaltern , Abstandshaltern , Sammelschienen , Unterlegscheiben , Lichtbogenabschirmungen , Transformatoren und Schraubklemmenleisten verwendet .

Siehe auch

Verweise

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