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PCB部落格 - FR-4 VS鋁板

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FR-4 VS鋁板

2023-08-04
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Author:iPCB

FR4電路板的資料是玻璃纖維和環氧樹脂的複合材料,也稱為玻璃纖維布浸漬環氧樹脂。 通常,玻璃纖維與環氧樹脂的比例為1:2。其優點包括良好的耐熱性、穩定的電絕緣效能和高機械強度,使其廣泛應用於各種電子設備。 CTE(熱膨脹係數)是資料響應溫度變化而膨脹的程度,通常以ppm/°C(千分之幾/攝氏度)表示。FR-4的CTE值約為15至19 ppm/℃,適用於大多數有機封裝需求。 隨著行業對低CTE封裝的需求新增,FR-4的CTE受到了更嚴格的審查。


CTE對PCB的效能至關重要,特別是在經歷熱迴圈時,因為不同資料之間的CTE失配會引發應力,從而導致機械故障。 具體來說,當FR-4與其他資料(如銅)結合時,由於每種資料的膨脹率不同,溫度變化可能會導致介面開裂或剝落。 為了確保設計的可靠性,需要準確考慮FR-4資料的水准和垂直CTE(CTEx、CTEy、CTEz)。


FR4電路板的製造過程可以概括為以下步驟

1.玻璃纖維布的製備:玻璃纖維通過織機連接形成玻璃纖維布。

2.粗加工:將準備好的玻璃纖維布放入大模具中,加入環氧樹脂,用熱壓科技固化成型。

3.精密加工:預處理的玻璃纖維布經過鑽孔、鍍銅和檢驗加工,生產出各種規格和型號的FR4電路板。

FR-4是印刷電路板(PCB)常用的基板,其熱膨脹係數(CTE)在電子工業的幾個應用中都很重要。

1.熱管理和尺寸穩定性

FR-4資料的CTE通常在50-70x10^-6/°C的範圍內,代表其在溫度變化過程中的尺寸穩定性。 當電子設備工作時,熱量的產生會導致資料膨脹或收縮,過高的CTE可能會導致電路板變形,影響可靠性。 設計人員需要考慮CTE的影響,以確保電路板在各種操作條件下的平穩運行。

2.焊接可靠性

在焊接過程中,電路板會經歷快速的熱迴圈,溫度的突然上升和下降可能會導致焊料接觸不良和隨後的連接失敗。 選擇合適的CTE資料可以降低熱應力,確保焊點的强度和可靠性。 這對於電子設備的高密度組裝和小型化尤為重要。

3.應用於高頻電路的重要性

高頻電路對資料的介電效能和熱膨脹特性有嚴格的要求。 FR-4在高頻應用中,如果資料選擇不當,可能會導致訊號延遲和失真。 適當的CTE使電路板在工作頻率下保持良好的信號完整性,是設計高頻電路的關鍵因素之一。

4.成本效益考慮

與其他資料(如陶瓷、PTFE等)相比,FR-4是一種成本較低、效能相對穩定的選擇。 從成本效益的角度來看,FR-4在滿足基本CTE要求的同時,在生產中提供了高度的經濟性。 這種成本/效能優勢使FR-4成為幾個領域的主導資料,特別是在消費電子產品中。


FR4與鋁板


鋁板是一種具有良好散熱功能的金屬基覆銅板。 通常,單個面板由三層結構組成,即電路層(銅箔)、絕緣層和金屬基板。 一些高端使用的設計也是雙面板,具有電路層、絕緣層、鋁基、絕緣層和電路層的結構。 很少有應用是多層板,它可以通過將普通多層板與絕緣層和鋁板粘合而製成。


FR-4與鋁板的區別

1.效能

不同基板資料上的導線(銅線)和熔斷器電流的比較,從鋁板和FR-4板的比較來看,由於金屬基板的高散熱性,導電性顯著提高,從另一個角度表明了鋁板的高散熱特性。 鋁基板的散熱與其絕緣層厚度和導熱係數有關。 絕緣層越薄,鋁板的導熱性越高(但耐壓性越低)。


2.可加工性

鋁板具有高機械強度和韌性,優於FR-4板。 為此,可以在鋁板上製作大面積印刷板,在鋁板上可以安裝大型組件。


3.電磁遮罩效能

為了保證電路的效能,電子產品中的某些組件需要防止電磁波輻射和干擾。 鋁板可以作為遮罩板來遮罩電磁波。


4.熱膨脹係數

由於一般FR-4的熱膨脹,特別是板材的厚度,會影響金屬化孔和線材的質量。 主要原因是原材料中銅的熱膨脹係數在厚度上為17*106cm/cm-C,FR-4板的熱膨脹率為110*106cm/cm2,差异顯著,容易發生加熱基板膨脹、銅線變化,以及金屬孔破裂對產品可靠性的損害。 鋁板的熱膨脹係數為50×106cm/cm-C,小於普通FR-4板,接近銅箔的熱膨脹率。


5.應用領域

FR-4板適用於一般電路設計和普通電子產品。 鋁板通常用於散熱要求高的電子產品,如LED燈板。


FR4是一種玻璃纖維增强環氧樹脂板,是PCB製造中最常用的板之一。它具有優异的機械強度、耐熱性和電力效能,可以在高溫和高頻下工作。 FR4板熱膨脹係數小,穩定性好,適合製造高精度電子產品。


鋁板是由鋁板、絕緣層和銅箔組成的金屬基板。 它具有優异的導熱性和散熱效能,適用於大功率電子產品的製造。 鋁板的散熱效能優於FR4板,囙此適用於製造大功率LED燈、大功率變頻器等電子產品。


PCB板的多樣性為電子產品的製造提供了更多的選擇。 在選擇電路板時,有必要綜合考慮電子產品的效能要求、工作環境和成本等因素。 FR4與鋁板各有優缺點,需要根據實際情況進行選擇。