FR4:Kapan Anda Bisa Menggunakannya dan Kapan Anda Tidak Bisa

Langsung Ke:

Apa itu Bahan Substrat FR4?

Bagaimana FR-4 Digunakan di PCB?

Cara Memilih Ketebalan FR4

Kapan Menggunakan FR4

Manajemen Suhu

Membuat Pilihan:FR4 vs Laminasi Frekuensi Tinggi

Sebagian besar insinyur listrik dan individu yang terlibat dengan papan sirkuit tercetak akrab dengan bahan FR4. FR4 adalah bahan tulang punggung di mana sebagian besar papan sirkuit kaku dibangun. Namun, banyak yang tidak mengetahui apa itu FR4, apalagi mengapa ini menjadi basis PCB paling populer.

Baca terus untuk mengetahui lebih lanjut tentang papan sirkuit tercetak FR4, seperti apa papan sirkuit tersebut, mengapa begitu populer, dan bagaimana spesifikasi PCB FR4 dibandingkan dengan opsi lain dalam industri ini.

Apa itu Bahan Substrat FR4?

FR4, juga ditulis sebagai FR-4, adalah nama dan peringkat standar. Nama ini diterapkan pada lembaran laminasi epoksi yang diperkuat fiberglass yang digunakan dalam pembuatan papan sirkuit cetak. Namun, nama tersebut juga berfungsi sebagai kelas yang digunakan untuk menilai lembaran laminasi epoksi. Penunjukan pada dasarnya menunjukkan kualitas dasar lembaran laminasi, yang berarti berbagai bahan dan desain lembaran termasuk dalam peringkat FR4. "FR" pada namanya adalah singkatan dari flame retardant, sedangkan 4 membedakan bahan dari bahan lain dari kelas yang sama.

Bahan yang secara luas disebut sebagai FR4 adalah struktur komposit. Lapisan paling dasar dari bahan ini adalah fiberglass yang ditenun menjadi lembaran tipis seperti kain. Fiberglass memberikan FR4 stabilitas struktural yang diperlukan. Lapisan fiberglass terdalam ini kemudian dikelilingi dan diikat oleh resin epoksi tahan api. Resin inilah yang memberikan kekakuan material, di antara sifat fisik lainnya.

Lembaran FR4 sangat populer di kalangan insinyur dan desainer listrik sebagai bahan dasar PCB. Biaya rendah dan keserbagunaan bahan, serta kekayaan sifat fisik yang bermanfaat, menjelaskan popularitas itu. Lembar FR4 adalah isolator listrik dengan kekuatan dielektrik yang tinggi. Mereka juga memiliki rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi dan ringan serta tahan terhadap kelembaban. Tambahkan ini ke ketahanan suhu relatifnya, dan material FR4 dapat bekerja dengan baik di sebagian besar kondisi lingkungan.

Minta Penawaran Gratis

Bagaimana FR-4 Digunakan di PCB?

Kualitas ini menjadikan FR4 sebagai bahan substrat standar yang ideal untuk proses manufaktur PCB berkualitas. Jika digunakan dengan tepat, properti ini juga dapat membentuk fondasi PCB berkualitas tinggi dan murah.

Dalam PCB, FR4 membentuk tulang punggung isolasi utama. Ini adalah dasar di mana perusahaan manufaktur membangun sirkuit. Setelah disiapkan, papan FR4 dilaminasi dengan satu atau lebih lapisan foil tembaga menggunakan panas dan perekat. Tembaga ini membentuk sirkuit dalam produk jadi dan dapat menutupi satu atau kedua sisi, tergantung pada desain papan.

PCB kompleks dapat menggunakan lebih dari satu sisi atau bahkan melapisi papan sirkuit untuk menghasilkan sirkuit yang lebih canggih. Dari sini, sirkuit digambar dan diukir sebelum ditutup dengan lapisan masker solder, mempersiapkan papan untuk lapisan sablon akhir dan proses penyolderan berikutnya.

Cara Memilih Ketebalan FR4

Saat memesan papan laminasi untuk proyek PCB, perancang atau insinyur listrik harus menentukan ketebalan FR4. Ini diukur dalam satuan berbasis inci, seperti seperseribu inci, atau thou, atau milimeter, tergantung mana yang paling sesuai untuk pengaturan. Ketebalan lembaran FR4 sangat bervariasi tergantung pada kebutuhan proyek, tetapi cenderung berkisar antara sepuluh ribu hingga tiga inci.

Sementara ketebalan papan mungkin tidak tampak seperti faktor penting dalam desain PCB, pada kenyataannya, ini adalah fitur penting. Ketebalan papan mempengaruhi beberapa aspek fungsi papan, itulah sebabnya beberapa faktor dipertimbangkan dalam menentukan ketebalan papan untuk desain. Ini termasuk yang berikut.

1. Ruang:Lebih Tipis Mungkin Lebih Baik

Jika ruang menyangkut perancang, papan FR4 yang lebih tipis cenderung lebih disukai. Ini adalah faktor utama untuk pembuatan perangkat yang lebih kecil, seperti konektor USB dan banyak aksesori Bluetooth. Bahkan untuk proyek yang lebih besar, PCB FR4 yang lebih kecil cenderung lebih disukai untuk menghemat ruang di dalam perangkat.

2. Koneksi:Yang Salah Dapat Menyebabkan Kerusakan

Desain PCB dua sisi membutuhkan konektor tepi untuk menghubungkan kedua sisi. Ini bisa menjadi faktor pembatas utama untuk ukuran akhir PCB karena konektor tepi PCB hanya cocok dengan set ketebalan PCB tertentu. Bagian penyambungan konektor harus pas di sisi PCB, jika tidak, berisiko tergelincir atau rusak pada PCB. Ini adalah salah satu alasan utama mengapa desain sirkuit datang sebelum memilih bahan untuk sirkuit.

3. Pencocokan Impedansi:Penting untuk Mempertahankan Fungsi Papan

Setiap papan berlapis-lapis bertindak sebagai kapasitor pada lapisan yang berdekatan. Inilah sebabnya mengapa ketebalan papan ini sangat penting — ketebalan bahan PCB FR4 menentukan ketebalan dielektrik, yang pada gilirannya mempengaruhi nilai kapasitansi.

Ini adalah faktor kunci khusus untuk beberapa PCB frekuensi tinggi, seperti desain RF dan microwave. Desain frekuensi tinggi berfokus pada pencocokan impedansi sebagai komponen penting untuk mempertahankan fungsi papan yang optimal, sehingga mendapatkan kapasitansi yang tepat untuk setiap lapisan sangatlah penting.

4. Fleksibilitas:Tergantung pada Aplikasi

Papan yang lebih tipis dapat melentur dalam beberapa kapasitas. Meskipun sifat yang tidak biasa, fleksibilitas dapat menjadi fitur positif atau negatif, tergantung pada aplikasinya.

Papan yang lebih fleksibel cenderung lebih disukai dalam beberapa aplikasi di mana produk secara teratur ditekan atau ditekuk. Misalnya, mereka yang menggunakan papan untuk aplikasi medis dan otomotif sering kali lebih memilih papan fleksibel karena tekanan dan pelenturan konstan yang sering dialami PCB ini.

Namun, fleksibilitas dapat merugikan proses pembuatan PCB, yang mengakibatkan masalah serius di kemudian hari dalam perakitan. Ketika ditangani oleh mesin, papan yang lebih fleksibel dapat melentur ketika ditangani oleh mesin solder, menyebabkan komponen disolder pada suatu sudut. Selain itu, pelenturan ini berpotensi merusak komponen yang baru dipasang dan sambungan yang sudah terpasang di papan.

5. Persyaratan Desain:Penggunaan yang Dimaksud Mempengaruhi Ketebalan FR4

Papan tipis tidak disukai dalam semua kasus, terutama karena keterbatasan papan tipis yang dipasang pada rencana PCB. Papan FR4 yang tipis tidak dapat menampilkan alur secara layak, dan tidak boleh terlalu besar tanpa risiko patah. Papan yang lebih tebal, bagaimanapun, dapat mencapai keduanya. Selalu perhitungkan hal ini saat menimbang opsi antara ketebalan FR4.

6. Kompatibilitas Komponen:Dapat Bekerja Dengan Rentang Kecil

Ketebalan papan juga dapat mempengaruhi kompatibilitas komponen dengan papan. Sama seperti konektor tepi, banyak komponen bekerja dengan kisaran kecil ketebalan papan. Hal ini terutama berlaku untuk beberapa komponen lubang tembus, misalnya.

7. Berat:Produk Lebih Ringan Mungkin Lebih Menarik

Ketebalan FR4 secara logis akan mempengaruhi berat PCB akhir. Meskipun bobot tidak terlalu menjadi masalah di beberapa aplikasi, hal ini sering menjadi pertimbangan dalam elektronik konsumen. PCB yang lebih ringan menghasilkan produk yang lebih ringan, yang membuatnya lebih murah untuk dikirim dan, dalam beberapa kasus, lebih menarik bagi konsumen.

Kapan Menggunakan FR4

Banyak aplikasi elektronik memilih untuk menggunakan papan FR4 berbasis epoksi. Kekuatan, keandalan, dan biaya yang relatif rendah menjadikan substrat epoksi FR4 sebagai pilihan default yang logis bagi para insinyur elektronik. Namun, FR4 tidak ideal untuk semua situasi, terutama desain frekuensi tinggi. Untuk desain ini, laminasi frekuensi tinggi cenderung menjadi pilihan yang lebih umum.

Memilih di antara bahan-bahan ini mungkin sulit, itulah sebabnya kami mencantumkan panduan yang lebih rinci di bawah ini.

Saat mencoba memutuskan apakah akan membuat PCB dengan FR-4 atau laminasi frekuensi tinggi, pertimbangkan masing-masing fitur utama berikut.

Biaya:FR4 Akan Lebih Murah

Bahan FR4 adalah dasar PCB yang sangat umum, terutama karena biayanya yang relatif rendah. Laminasi frekuensi tinggi, di sisi lain, harganya jauh lebih tinggi, yang merupakan kelemahan signifikan bagi desainer dan produsen yang terkait dengan biaya. Ini adalah faktor pembatas utama bagi perusahaan saat memilih antara FR4 dan laminasi frekuensi tinggi.

Dapatkan Harga dan Lead Time

Kehilangan Sinyal:Df Lebih Rendah Menyebabkan Kehilangan Sinyal Lebih Rendah

Kehilangan sinyal, dalam banyak kasus, merupakan bagian penting dari desain PCB, terutama dalam situasi frekuensi tinggi di mana kehilangan sinyal lebih menjadi masalah. Untuk desain ini, FR4 bukanlah pilihan yang ideal — FR4 memiliki Df, atau faktor disipasi yang lebih tinggi, daripada laminasi frekuensi tinggi. Ini berarti sirkuit FR4 akan mengalami lebih banyak kehilangan sinyal daripada sirkuit identik pada laminasi frekuensi tinggi.

Df dari FR4 adalah sekitar 0,020, sedangkan Df dari sebagian besar laminasi frekuensi tinggi adalah sekitar 0,004, seperempat dari Df FR4. Semakin rendah Df, semakin sedikit kehilangan sinyal secara keseluruhan. Masalah lainnya adalah Df dari FR4 meningkat seiring dengan meningkatnya frekuensi sinyal, yang berarti ketika frekuensi sinyal meningkat, semakin banyak kehilangan sinyal yang terjadi. Karena laminasi frekuensi tinggi memiliki karakteristik Df yang lebih stabil, laminasi mengalami lebih sedikit kehilangan pada frekuensi yang lebih tinggi.

Stabilitas Impedansi:Stabilitas Dk Penting

Impedansi stabil merupakan faktor penting lainnya untuk banyak desain, karena sering kali berarti kinerja yang lebih dapat diprediksi, terutama untuk sirkuit yang lebih besar atau desain frekuensi tinggi. Sekali lagi di area ini, FR4 dan laminasi frekuensi tinggi menawarkan hasil yang berbeda. Mempertahankan impedansi yang stabil membutuhkan material untuk mempertahankan Dk yang stabil, atau konstanta dielektrik, di seluruh material saat suhu material berubah.

Dalam hal ini, FR4 bukanlah bahan yang cocok untuk mempertahankan impedansi yang stabil, karena nilai Dknya sangat bervariasi dalam satu papan dan karena suhu papan berubah. Laminasi frekuensi tinggi tidak memiliki nilai Dk yang sangat bervariasi, tetap cukup konstan di seluruh area papan saat suhu berubah.

Manajemen Suhu:

Kinerja suhu adalah faktor lain yang perlu dipertimbangkan ketika memilih antara papan FR4 atau laminasi frekuensi tinggi untuk dasar PCB. Saat membandingkan kinerja suhu, koefisien termal konstanta dielektrik memberikan ukuran yang layak. Angka ini mengukur seberapa besar perubahan konstanta dielektrik material dengan suhu:

• Untuk FR4, nilai ini berada di sekitar 200 bagian per juta per derajat Celcius perubahan suhu
• Laminasi frekuensi tinggi memiliki koefisien termal konstanta dielektrik sekitar 40 bagian per juta per derajat Celcius.

Meskipun keduanya mungkin tampak seperti angka kecil, mereka menawarkan hasil yang sangat berbeda. Koefisien signifikan FR4 berarti Dk papan FR4 dapat sangat bervariasi di seluruh areanya. Sebagai perbandingan, koefisien yang lebih rendah untuk laminasi frekuensi tinggi menunjukkan lebih sedikit variasi suhu di seluruh area papan. Ini sangat penting untuk dipertimbangkan saat mendesain papan yang ditujukan untuk lingkungan yang lebih panas.

Konstanta Dielektrik:Pilih Nilai Dk yang Tepat

Terkadang konstanta dielektrik papan sirkuit bisa sama pentingnya dengan fitur papan lainnya. Konstanta dielektrik papan sirkuit memengaruhi ukuran saluran transmisi sirkuit, terutama di sirkuit frekuensi tinggi seperti desain RF atau gelombang mikro. Semakin kecil saluran transmisi, semakin kecil sirkuit itu sendiri.

Oleh karena itu, jika diinginkan ukuran papan sirkuit yang lebih kecil, bahan papan dengan nilai Dk yang lebih tinggi adalah pilihan terbaik. FR4 memiliki konstanta dielektrik sekitar 4,5, yang lebih rendah dari Dk bahan frekuensi tinggi, yang biasanya terletak sekitar 6,15 hingga 11. Menggunakan bahan Dk bernilai tinggi ini dapat memberikan hasil yang signifikan, memangkas 25 persen atau lebih dari ukuran papan sirkuit terakhir.

Lingkungan Operasional:

Lingkungan operasional untuk sirkuit adalah hal lain yang perlu diingat ketika memilih antara FR4 dan papan laminasi frekuensi tinggi. Ini termasuk kondisi lingkungan, seperti kelembaban dan suhu. Dalam kedua kasus, laminasi frekuensi tinggi memberikan lebih banyak kelembaban dan ketahanan panas daripada FR4, yang berarti lingkungan operasional akan memiliki dampak yang jauh lebih kecil pada fungsi sirkuit. Ini adalah pertimbangan kritis jika PCB akan beroperasi di lingkungan luar ruangan atau industri yang ekstrem.

Singkatnya, laminasi frekuensi tinggi memiliki berbagai karakteristik fisik, banyak di antaranya lebih unggul dari FR4. Satu-satunya kelemahan yang dialami laminasi frekuensi tinggi dibandingkan FR4 adalah biaya yang relatif lebih tinggi, yang merupakan faktor signifikan bagi desainer yang berfokus pada biaya. Maka, keputusan besar adalah ketika keuntungannya lebih besar daripada biaya laminasi frekuensi tinggi.

Membuat Pilihan:FR4 Versus Laminasi Frekuensi Tinggi

Jadi, dengan menggunakan semua informasi yang tercantum di atas, bagaimana seorang insinyur listrik atau perancang PCB dapat memilih antara FR4 dan laminasi frekuensi tinggi? Pertama, perancang harus membuat daftar dan membandingkan persyaratan listrik dan mekanik untuk PCB akhir, menggunakan parameter yang paling spesifik mungkin. Perancang kemudian harus memeriksa seberapa baik FR4 akan memenuhi parameter ini dibandingkan dengan laminasi yang dirancang untuk menangani sinyal frekuensi tinggi. Data yang lebih tepat untuk setiap poin di atas sudah tersedia menggunakan lembar data industri.

Singkatnya, FR4 adalah bahan yang relevan secara luas, sebagian besar populer karena biayanya yang rendah dan stabilitas mekanik dan listrik yang relatif. Meskipun bahan FR4 memiliki manfaat yang luas dan tersedia dalam berbagai ketebalan dan ukuran, bahan ini bukanlah pilihan terbaik untuk setiap aplikasi, terutama aplikasi frekuensi tinggi seperti desain RF dan microwave. Dalam kasus terakhir ini, laminasi frekuensi tinggi adalah pilihan yang lebih baik. Namun, mudah untuk melihat mengapa FR4 masih digunakan secara umum hingga hari ini.

Hubungi Millennium Circuits Limited untuk Mengetahui Apa yang Sesuai dengan Kebutuhan Anda

Jika Anda mencari papan sirkuit cetak FR4 atau papan dari bahan lain, Millennium Circuits Limited dapat membantu. MCL memasok papan dan sirkuit berkualitas tinggi dalam jumlah berapa pun dengan tetap mempertahankan kualitas ekstrem dan pengiriman tepat waktu. Sejak tahun 2005, bisnis Harrisburg, PA kami membanggakan diri dalam menyediakan layanan berkualitas tinggi yang memenuhi standar internasional tertinggi. Kami bahkan menawarkan dukungan teknis dan jadwal harga yang kompetitif.

Lihat mengapa MCL menilai 98 persen persetujuan dalam kualitas dan 99 persen persetujuan dalam kinerja pengiriman. Hubungi kami hari ini untuk mendapatkan penawaran cepat tanpa kewajiban untuk mempelajari bagaimana MCL dapat membantu Anda.

Minta Penawaran Gratis