ما هو FR4 ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟ نظرة عامة كاملة

لسنوات عديدة، كان FR4 PCB هو النوع الأكثر شيوعًا من لوحات الدوائر المطبوعة. ولا يزال الأمر كذلك، حتى مع ظهور عدة ركائز أخرى. إذن ما هي هذه المادة ومن ماذا صنعت؟ لمزيد من المعلومات حول لوحة FR4 PCB، اقرأ النظرة العامة التفصيلية أدناه، بدءًا من التعريف.

ما هو FR4 ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟

FR4 PCB يعني نوع من لوحات الدوائر المطبوعة التي تحتوي على FR4 كمادة أساسية ومسبقة. الشكل الكامل FR4 هو "مثبط للهب". ويعني مادة لا تنشر النار وتتوافق مع معيار UL94V-0 لتثبيط اللهب.

من ناحية أخرى، يتم استخدام الرقم "4" للراتنج المقوى بالزجاج المستخدم في صنع FR4. وهو يمثل المعيار الذي نيما يستخدم للدلالة على المادة بناء على خصائصها.

ولتصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور FR4، يتم خلط الراتينج مع الألياف الزجاجية واستخدامه لإنشاء صفائح متينة. لتثبيط اللهب، تتم إضافة مركبات مختلفة. يمكن أن تكون هذه على أساس الهالوجين، مثل الأنواع المبرومة، أو غير الهالوجينية.

بالإضافة إلى توفير مثبطات اللهب والقوة الميكانيكية الممتازة، توفر FR4 الموجودة في ألواح PCB العزل وخصائص أخرى مثل القدرة على تحمل درجات الحرارة العالية.

مادة FR4 ثنائي الفينيل متعدد الكلور

تتكون مادة FR4 PCB بشكل أساسي مما يلي: الألياف الزجاجية، وراتنجات الإيبوكسي، والعديد من المواد الأخرى؛ يختلف التكوين الدقيق عبر الشركات المصنعة المختلفة. بشكل عام، يؤدي استخدام تركيبات وهياكل مواد مختلفة إلى ظهور هذه الأنواع من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور FR4.

معيار FR4

هذا هو FR4 التقليدي ذو الخصائص الأساسية. إنها أيضًا واحدة من أكثر التطبيقات شيوعًا عندما يتعلق الأمر بتطبيقات لوحات الدوائر الأساسية. لا يمتلك معيار FR4 الخصائص المتطورة المخصصة للظروف الأكثر تطلبًا مثل درجات الحرارة القصوى والبيئات الأخرى.

ارتفاع تيراغرام FR4

Tg يعني التزجج، و درجة حرارة تي جي مستوى الحرارة الذي تبدأ عنده المادة الصلبة في تغيير حالتها وتصبح مطاطية أو ناعمة. High TG FR4 يعني أن مادة PCB يمكنها تحمل مستويات حرارة أعلى (أعلى من 170 درجة مئوية)، دون تغيير الشكل.

ارتفاع CTI FR4

يعنيCTI مؤشر التتبع المقارن. عند استخدامه على مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، فإنه يشير إلى قدرة الصفائح على مقاومة التيار المتدفق في المسارات أو الآثار النحاسية. وبالتالي، فإن ارتفاع CTI FR4 يوفر قيمة مقاومة أعلى للتيارات غير المرغوب فيها في حالة التسرب.

خالي من الهالوجين FR4

لا يحتوي FR4 ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالي من الهالوجين على مركبات الهالوجين، أو يحتوي عليها بكميات منخفضة جدًا (ولا تذكر). أصبح هذا النوع من مادة FR4 PCB هو القاعدة اليوم، نظرًا للطبيعة السامة للهالوجينات، والتحول نحو لوحات دوائر أكثر أمانًا من قبل المستخدمين حول العالم.

نحاس FR4

FR4 خالي من النحاس هو لوح لا يحتوي على طبقات أو آثار نحاسية. وهو مصنوع من مادة FR4، وله كل خصائصه، لكنه لا يستطيع توصيل الكهرباء. لذلك يتم استخدامه في الغالب للعزل أو، بشكل أكثر شيوعًا، كلوح تقوية في لوحات الدوائر المرنة الصلبة.

تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور FR4

اعتمادًا على الميزات المطلوبة واحتياجات التطبيق، يمكن تصنيع لوحة FR4 PCB في العديد من الهياكل أو التصميمات المختلفة؛ لوحات دوائر أحادية الجانب، ومزدوجة الجوانب، ومتعددة الطبقات، من بين خيارات أخرى. يتم شرح خيارات التصميم هذه بمزيد من التفاصيل أدناه.

جانب واحد FR4

هذا هو التصميم الأساسي لورقة FR4 PCB. وهو يتألف من طبقة واحدة من النحاس مدعومة بنواة FR4. أساسي المنتجات الالكترونية الاستفادة من هذا النوع من اللوحات، مما يجعله واحدًا من أكثر الأنواع شيوعًا. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب تعبئة المزيد من المكونات، يتم استخدام لوحة مزدوجة الجوانب.

FR4 ثنائي الفينيل متعدد الكلور على الوجهين

تعد لوحة FR4 PCB ذات الوجهين أكثر تقدمًا. يتكون من طبقتين نحاسيتين موصلتين، مع صفائح FR4 بينهما. يجعل الجانبان اللوحة أكثر تنوعًا، حيث يمكن للمصنعين وضع المكونات على كلا السطحين. هذا التصميم مفيد في التطبيقات ذات الكثافة العالية للمكونات.

FR4 متعدد الطبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور

تعد اللوحة متعددة الطبقات أكثر تعقيدًا، حيث تتكون من أكثر من ورقة FR4 واحدة. يعتمد عدد الطبقات على التطبيق، ويمكن أن يتراوح من 2 إلى 16، أو حتى أكثر. لتوصيل الطبقات المختلفة، يتم حفر ثقوب صغيرة تسمى فيا عبر اللوحة، ويتم تضمين مجموعة من الميزات الأخرى.

خصائص مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور FR4

بالإضافة إلى كونها مثبطة للهب وتقدم الخير عزل كهربي الخصائص، فإن الدوائر المطبوعة المصنوعة من FR4 تقدم العديد من الخصائص المختلفة. هذه قد تناسب أو لا تناسب التطبيق. وبالتالي فإن فهمها يمكن أن يساعدك على اتخاذ القرار الصحيح. خصائص FR4 PCB الهامة مذكورة أدناه:

تقييم درجة الحرارة

يمكن أن تتحمل مادة FR4 درجات حرارة أعلى من 345 درجة قبل أن تتحلل. ومن حيث درجة حرارة التشغيل، يمكن لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المصنوعة من هذه المادة أن تعمل في نطاق واسع من مستويات الحرارة، عادة ما بين 50 درجة مئوية و115 درجة مئوية. هذه الخاصية تجعل المادة مثالية لمجموعة واسعة من متطلبات التطبيق.

التوصيل الحراري

FR4 لا يقدم الخير التوصيل الحراري، مع مستوى موصلية أقل من 1 وات/م ك (وات لكل كلفن). وهذا ما يجعله موصلاً رديئاً مع قدرة منخفضة على تبديد الحرارة. ومع ذلك، فإن وجود النحاس في ثنائي الفينيل متعدد الكلور المصنوع من هذه المادة يحسن الموصلية بهامش صغير.

ثابت العزل الكهربائي

اعتمادًا على عوامل مختلفة (التركيب، وبنية النسج، وكمية الراتنج، وما إلى ذلك) يمكن أن تحتوي مادة FR4 PCB على ثابت العزل الكهربائي (دك) بين 3.3 و 4.8. ومع ذلك، فإن هذه القيم ليست ثابتة، وتتغير مع ارتفاع ترددات الإشارة. على سبيل المثال، قيمة Dk هي 5 عند 1 ميجا هرتز، وأعلى عندما يرتفع التردد.

امتصاص الرطوبة

يتمتع FR4 بمعدل امتصاص منخفض للرطوبة. وهذا يمنحها قدرة عالية على مقاومة الأضرار الناجمة عن الماء. عند غمره في الماء لمدة أربع وعشرين ساعة، يتم قياس الامتصاص بنسبة 0.01%. وهذا يجعلها مناسبة للاستخدام في كل من الظروف الجافة والرطبة.

كثافة

تشير كثافة FR4 PCB إلى نسبة الوزن إلى الحجم. الكثافة النموذجية لـ FR4 هي 1.85/سمXNUMX. وهذا يجعلها مادة خفيفة الوزن ولكنها صلبة يمكن أن تناسب العديد من الاستخدامات المختلفة، بدءًا من المنتجات الإلكترونية المنزلية وحتى أجهزة PB المستخدمة في أدوات الاتصالات المحمولة.

سمك FR4 ثنائي الفينيل متعدد الكلور

يمكن أن يؤثر السُمك على أداء لوحة الدائرة. على سبيل المثال، قد تتسبب الطبقة السميكة للغاية في حدوث مشكلات في الإشارة. إذا كانت رقيقة جدًا، فقد لا تكون قوية بما يكفي لتحملها مكونات الكترونية أو التطبيق. يتم تصنيع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور FR4 بسماكات قياسية، أو يتم تخصيصها لتناسب المتطلبات.

سماكة قياسية

يبلغ سمك لوحة الدائرة FR4 القياسية عادةً 1.57 مم. خارج هذا القياس، يمكن أن ترتفع القيمة إلى 2.30 ملم أو حتى أعلى. هناك أيضًا ألواح يصل سمكها إلى 0.78 مم، وفقًا لاحتياجات التطبيق والمتطلبات الأخرى.

التسامح سمك

يحدد تسامح PPCB التباين المسموح به في أبعاد اللوحة، وفي هذه الحالة سمكها. عادة، يتم حساب هذا عند + أو - 10%. على سبيل المثال، لنفترض أن هناك حاجة إلى FR4 PCB لقياس 2 ملم بتسامح قدره 0.05. في الحد العلوي، قد يصل سمكها إلى 2.05 ملم، ولكن ليس أقل من 1.95 ملم على الجانب السفلي.

لماذا تختار FR4 ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟

FR4 هي مادة شائعة للوحات الدوائر المطبوعة. إنه يأتي مزودًا بعدد من الخصائص المفضلة التي تجعله رائعًا لاستخدامات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المختلفة. اعتمادًا على طبيعة طلبك أو ميزانيتك، قد ترغب في اختياره للأسباب التالية:

• منخفض الكلفة: تكلف مادة FR4 PCB أقل من معظم الخيارات الأخرى مثل الركائز المعدنية. وهذا يجعله خيارًا جذابًا عندما يتعلق الأمر بمعظم أنواع ثنائي الفينيل متعدد الكلور، بدءًا من التصميمات الأساسية وحتى لوحات الدوائر المعقدة ومتعددة الطبقات.
• قوة ميكانيكية ممتازة: إن FR4 PCB عبارة عن لوحة قوية يمكنها حمل المكونات الثقيلة. هذا بالإضافة إلى كونها صلبة بدرجة كافية للاستخدام في الظروف القاسية.
• مقاومة للرطوبة: مرتبط بالراتنج، لوح FR4 يقاوم الرطوبة، مع معدل امتصاص قريب من الصفر. لذلك يمكنك استخدامه في الظروف الرطبة.
• مقاوم للهب: مع تصنيف القابلية للاشتعال UL94-V0، لن تنشر لوحة الدائرة FR4 النار في حالة وقوع حوادث، مما يجعلها خيارًا آمنًا للمواد.

FR4 له حدوده أيضًا. على سبيل المثال، لا يمكنها تبديد الحرارة بشكل فعال، نظرًا لانخفاض توصيلها الحراري. ويتغير ثابت العزل الكهربائي أيضًا عند الترددات الأعلى، والتي قد لا تناسب التطبيقات التي تتطلب ذلك مقاومة تسيطر عليها.

تشمل بدائل FR4 الألومنيوم ومركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المعدنية الأخرى، والسيراميك، والبوليميد، خاصة عندما يتعلق الأمر بلوحات الدوائر المرنة، وCEM (مادة الإيبوكسي المركبة).

المحصلة

يعد FR4 PCB هو النوع الأكثر شيوعًا من لوحات الدوائر اليوم. نظرًا لكونه خيارًا منخفض التكلفة ويمتلك مجموعة من الخصائص المفضلة، فهو يمثل صفحًا جيدًا لمجموعة واسعة من استخدامات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. الصناعات الشائعة التي تستخدم فيها لوحات الدوائر FR باعتبارها العازل الأساسي والعازل المسبق تشمل السيارات والإلكترونيات الاستهلاكية والأنظمة الصناعية.