PCB部落格 - FR4介電强度

典型的fr4介電强度值範圍為800v/mil至1500v/mil。 通過將PCB資料置於標準交流電源頻率的短高壓脈衝中來確定電强度。

FR4資料具有高介電强度，這有助於其電絕緣效能。 根據玻璃纖維編織方法、樹脂和厚度，Fr4的介電强度為45-70kV/mm，這意味著它需要一定的保護措施來保持其安全性。 熱膨脹係數是指資料在溫度變化下的長度變化，通常以ppm/°C表示。FR4的介電常數（Dk）在3.8至4.8 MHz的範圍內變化。

FR4是一種常用的玻璃纖維增强環氧層壓資料，具有優异的電力和機械效能。 在電子領域，FR4的介電常數是一個重要的性能參數。

FR4的介電常數通常在4到6之間，這是一個相對較高的值範圍。 這使得FR4在電子電路設計中起著重要作用。 首先，FR4的高介電常數使其能够有效地隔離電路中的不同訊號線，避免訊號之間的干擾。 其次，高介電常數還可以新增電容器的電容值，提高電路的效能。

介電强度與介電常數的關係

1.概念

a：介電强度是衡量資料在不產生介電擊穿的情况下承受高壓的能力。 將樣品放置在電極之間，通過一系列步驟提高施加的電壓，直到發生介電擊穿，以量測介電强度。

b：介電常數用於量測絕緣體在儲存電能方面的效能。它是使用絕緣材料作為介質的兩個金屬板之間的電容與使用空氣作為介質或真空的兩個相同金屬板之間電容的比值。 介電常數表示電介質的極化程度，即結合電荷的能力。 介電常數越大，束縛電荷的能力就越强。

2.溫度對介電常數的影響

溫度對物質的性質也有重大影響，因為它會影響分子之間的相互作用。 一般來說，隨著溫度的升高，分子之間的相互作用减弱，導致極化降低和介電常數降低。 然而，由於溫度升高導致分子運動加劇，在外部電場的作用下容易發生擊穿，介電强度也會相應降低。

3.聯繫方式

介電强度是指資料在電場中可以承受的最大電場強度。 如果電場強度超過資料的介電强度，資料將經歷電擊穿。 介電常數越大，資料對電場的抵抗力就越强，這也意味著資料的介電强度更高。

介電常數是一個物理量，描述了資料對電場的響應能力，反映了電場在資料中的傳播速度。 介電常數越高，資料中電場傳播的速度越慢。

FR4介電常數與頻率的關係

FR4資料的介電常數在高頻下降低，通常從5 GHz以上訊號頻率下的典型值4.7下降到接近4.0，這一變化對PCB設計至關重要。 這種變化被稱為色散，導致具有不同頻率分量的訊號以不同的速度通過PCB對準傳播，最終可能導致訊號失真。

訊號傳播速度

當介電常數隨頻率變化時，訊號的相速度和群速度受到影響。 相速度與介電常數的平方根成反比，這意味著介電常數减小會加速訊號傳播。 然而，當訊號到達接收端時，這種不一致的傳播速度可能會導致訊號不同頻率分量之間的相位差，從而最終導致信號完整性的失真和退化。

訊號損失新增

在高頻下，FR4資料的損耗因數（Df）顯著增加。 這意味著在訊號傳輸過程中，由於介電損耗，信號強度會逐漸降低，這可能會導致訊號失真。 這種損耗在高速數位信號傳輸中尤其顯著，因為頻率越高，訊號的衰减就越大。

總之，FR4資料在高頻下的介電常數變化可能導致：

訊號失真：由於不同頻率分量的傳播速度不一致，可能會觸發時延擴展，導致訊號波形失真。

訊號衰减：損耗因數的新增會導致訊號在傳輸過程中迅速退化，影響信號強度和可靠性。

資料選擇策略：在設計高頻電路時，可能需要考慮使用介電常數較低、損耗較低的資料，如陶瓷或PTFE，以保持信號完整性。

FR4介電强度是衡量資料作為絕緣體的電强度的名額，介電强度越高，其作為絕緣體的質量越好。 當電場強度超過資料的介電强度時，資料可能會經歷電擊穿或擊穿，導致電流突然新增和電力故障。