전자 산업의 FR4 절연 재료

January 03, 2025

불꽃 지연자 4로 알려진 FR-4는 유리 섬유 강화 에폭시 라미네이트 물질입니다. 그것은 특정 재료를 나타내지 않지만 특정 화재 등급과 구성을 가진 재료 그룹의 일반적인 용어입니다.

NEMA (National Electrical Manufacturers Association) 분류 표준에 따르면 FR은 화염 지연 특성을 가진 재료를 나타 내며, 숫자 "4"는 특정 조성물을 나타냅니다 : 에폭시 수지, 바인더, 전자 등급 유리 섬유 천으로는 보강재로서 UL94 V-0 표준까지의 화염 지연 등급.

FR4 유리 섬유 보드 특성 및 세부 사항

고성능 전자 단열재에 일반적으로 사용되는 FR4 유리 섬유 보드는 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다.

안정적인 전기 절연 성능 : 전자 장비의 안전한 작동을 보장하기 위해 안정적인 전기 단열재를 제공 할 수 있습니다.

높은 평탄성 : 평활한 표면, 구덩이 없음, 표준에 따른 두께 내성, 정밀 처리에 적합합니다.

광범위한 응용 : FPC 보강 보드, 과도한 오븐용 고온 저항 보드, 탄소 다이어프램 시트, 정밀 버니어 휠, PCB 테스트 프레임 및 기타 고성능 전자 단열 제품에 적합합니다.

전기 장비 단열재 : 전기 장비 절연 파티션, 단열재, 변압기 절연 부품, 모터 단열 부품 등에 사용됩니다.

전자 스위치 단열재 : 스위치의 신뢰성과 안전을 보장하기 위해 전자 스위치 용 단열 보드.

전자 산업의 FR4 단열재는 매우 광범위한 응용 분야이며, 다음은 특정 소개입니다.

인쇄 회로 보드 (PCB) 생산 :

기존 PCB : 우수한 전기 절연 특성, 기계적 강도 및 처리 특성을 갖는 FR4는 단면, 양면 및 다층 보드의 생산을위한 주요 기판이되기 위해. 전자 구성 요소에 안정적인 장착 기반을 제공하고 회로 연결의 신뢰성과 안정성을 보장합니다.

특수 목적 PCB : FR4의 특수 처리를 통해 산업 제어, 자동차 전자 제품 및 기타 필드와 같은 환경의 부식 저항 요구 사항 중 일부에서는 화학 저항성이 우수하여 PCB 사용의 수명을 연장시킬 수 있습니다.

전자 구성 요소 포장

IC 패키징 : IC 포장 기판으로서 FR4는 칩과 외부 회로 사이의 안정적인 연결을 실현하면서 외부 환경으로부터 칩을 보호하기 위해 우수한 전기 절연 및 기계적지지를 제공 할 수 있습니다.

불연속성 구성 요소 포장 : 저항, 커패시터, 인덕터 등과 같은 개별 구성 요소의 포장에서 FR4는 구성 요소 간의 전기 절연을 보장하고 회로의 안정성 및 신뢰성을 향상시키기 위해 구성 요소 쉘 또는 브래킷을 만드는 데 사용될 수 있습니다.

전자 장비의 구조적지지 및 단열재

소비자 전자 장비 : 스마트 폰, 태블릿 PC, 랩톱 및 기타 소비자 전자 제품에서 FR4는 마더 보드 괄호, 디스플레이 브래킷 등과 같은 장비의 내부 구조를 만들기 위해 다양한 전자 장비의 구성 요소.

대형 전자 장비 : 통신 기지국, 서버 및 기타 대형 전자 장비에서 FR4는 장비의 정상적인 작동을 보장하기 위해 장비 섀시, 캐비닛 및 기타 구조 부품을 장비 섀시, 캐비닛 및 기타 구조 부품으로 만드는 데 사용될 수 있습니다. 환경.

전원 공급 장치 및 변압기

전원 공급 장치 회로 보드 : 전원 공급 장치, 선형 전원 공급 장치 등과 같은 다양한 전원 공급 장치 장비에서 FR4는 전원 공급 장치 보드를 만드는 일반적인 재료입니다. 전원 공급 장치가 작동하면 전원 공급 장치 회로의 안전하고 신뢰할 수있는 작동을 보장 할 때 발생하는 고온 및 고전압을 견딜 수 있습니다.

변압기 단열재 : FR4는 좋은 절연 및 열 저항성 특성을 가지며 변압기의 절연 층 및 골격을 만드는 데 사용될 수 있으며 변압기 권선을 효과적으로 분리하고 짧은 회로 및 누출 현상의 발생을 방지합니다.

자동차 및 항공 우주 전자 장치

자동차 전자 시스템 : FR4 단열재는 자동차 엔진 제어 장치, 차체 전자 안정화 시스템, 차량 내 엔터테인먼트 시스템 등에 널리 사용됩니다. 가혹한 환경에서 자동차 사용 요구 사항을 충족시킵니다.

항공 우주 전자 장치 : FR4 절연 재료는 항공기 비행 제어 시스템 및 위성 전자 시스템과 같은 항공 우주 전자 제품의 높은 신뢰성과 안정성에 사용됩니다.

고주파 PCB에서 FR4 재료의 한계

FR4 재료의 많은 장점에도 불구하고, 고주파 응용 분야에서의 성능은 다음과 같이 입증 된 바와 같이 불만족 스럽다.

불충분 한 유전체 상수 안정성

고주파 조건 하에서, FR4의 유전 상수 (DK)는 주파수에 따라 변동하여 신호 전송이 지연되거나 왜곡 될 수 있습니다.

더 높은 유전체 손실

FR4 재료의 유전체 손실 각 접선 (DF)은 상대적으로 크고, 고주파 신호는 전송 중에 더 많이 잃어 버리며, 이는 대역폭, 저소도 고속 신호 전송에 적합하지 않습니다.

낮은 열전도율

고주파 회로는 일반적으로 고전력 밀도가 동반되며 FR4의 열전도율은 열을 충분히 빨리 소산하기에 충분하지 않아 열전력을 유발할 수 있습니다.

신호 무결성 제한

FR4 재료의 전기적 특성의 한계로 인해 신호 반사 및 크로스 토크와 같은 문제가 고주파 환경에서 더 두드러집니다.

FR4 고주파 PCB 설계 최적화 전략

고주파 응용 분야에서 FR4 재료의 장점을 최대한 활용하기 위해 한계를 피하면서 다음과 같은 전략을 참조하십시오.

라미네이트 구조의 합리적인 설계

PCB 스태킹 설계 최적화를 통해 신호 루프 영역을 줄이고 전자기 간섭을 줄이며 신호 무결성을 향상시킵니다.

저소도 FR4 변형 재료를 선택하십시오.

낮은 유전 상수 및 손실 각 탄젠트가있는 시장에는 개선 된 FR4 재료가 있으며, 이는 고주파 요구 사항에 더 적합합니다.

정렬 임피던스의 정확한 제어

고주파 신호는 높은 임피던스 매칭이 필요하며 정렬 폭, 간격 및 유전체 두께를 조정하여 더 나은 임피던스 제어를 달성 할 수 있습니다.

방패 및지면 층의 사용

고주파 PCB 설계에 차폐 및 접지 층을 도입하면 방사 된 간섭을 효과적으로 억제하고 전자기 호환성을 향상시킬 수 있습니다.

신호 시뮬레이션 최적화

설계 초기 단계에서 신호 무결성 시뮬레이션 분석을 통해 잠재적 인 문제를 미리 찾기 위해 나중에 재 작업을 줄입니다.

FR4 대체 재료 선택

일부 극심한 고주파 시나리오에서는 FR4가 수요를 충족시키지 못할 수 있으며 다음과 같은 대체 자료를 고려할 수 있습니다.

로저스 재료

로저스 재료는 유전 상수 및 손실 각도 접선이 낮으며 고주파 및 마이크로파 응용 분야에 적합하지만 비용은 더 높습니다.

세라믹 기판

세라믹 재료는 높은 열전도율과 우수한 전기 특성을 가지므로 고주파 및 고전력 적용에 이상적입니다.

PTFE (폴리 테트라 플루오로 에틸렌) 물질

PTFE 재료는 우수한 유전체 특성을 가지며 특히 RF 및 마이크로파 회로에 적합합니다.

FR4 고주파 PCB의 실제 응용

특정한 한계에도 불구하고 FR4 재료는 여전히 다음과 같은 고주파 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

무선 통신 모듈 : Wi-Fi 모듈, Bluetooth 모듈과 같은 저렴한 무선 통신 장비에 적합합니다.

무선 주파수 식별 (RFID) 장비 : 중간 주파수 또는 저주파 RFID 시스템에서 사용됩니다.

자동차 전자 시스템 : FR4는 여전히 일부 자동차 레이더 및 센서의 주류 재료입니다.

결론

FR4 재료는 여전히 우수한 경제와 포괄적 인 성능으로 인해 고주파 PCB에서 일반적으로 사용되는 재료 중 하나입니다. 그러나 고주파 애플리케이션의 까다로운 요구에 직면하여 설계자는 전기 특성, 열 성능 및 비용 제약 조건을 고려하고 설계를 최적화하거나 대체 자료를 선택하여 고주파 회로의 성능 및 신뢰성을 보장해야합니다. . 앞으로 재료 기술 및 제조 공정의 발전으로 FR4의 성능은 고주파 전자 제품에 대한 증가하는 수요를 더 잘 충족시키기 위해 더욱 향상 될 것으로 예상됩니다.

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작가:

Ms. Tina

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