關(guān)鍵要點(diǎn)：

• PCB中使用的FR4材料隔離相鄰的銅平面而不會(huì)短路，并為結(jié)構(gòu)提供彎曲和整體彎曲強(qiáng)度。

• FR4材料在確定PCB的耐用性和可用性方面起著重要作用。

• 復(fù)合環(huán)氧材料（CEM）是FR4材料的替代品。

現(xiàn)代PCB設(shè)計(jì)有望實(shí)現(xiàn)高速、多功能和緊湊的電路板空間利用率。而且，PCB材料必須具有高質(zhì)量，耐溫度變化且易于處理。FR4材料是一種廣泛使用的PCB電介質(zhì)材料，它表現(xiàn)出許多這些理想的品質(zhì)。在本文中，我們將討論FR4材料的特性以及一些可能的FR4替代品。

印刷電路板電介質(zhì)材料

PCB介電材料對電路板的功能至關(guān)重要，特別是在PCB的集成度和性能方面。電路板的可靠性和性能受到所用PCB材料的熱、電、化學(xué)和機(jī)械性能的嚴(yán)重影響。

PCB介電材料在導(dǎo)電銅層之間形成非導(dǎo)電基板層，是任何電路板的基礎(chǔ)。PCB介電材料，又稱PCB基板材料，形成電子元器件焊接形成電子電路的平臺(tái)，走線相互連接。FR4是一種常用的PCB電介質(zhì)材料。

FR4 材料

FR4材料在確定PCB的耐用性和可用性方面起著重要作用。它被普遍接受為具有嚴(yán)格機(jī)械強(qiáng)度要求的單面，雙面和多層PCB的標(biāo)準(zhǔn)。

FR4是一種具有阻燃（FR）特性的編織玻璃纖維環(huán)氧復(fù)合材料。在單面和雙面PCB中，有FR4芯，頂部和底部銅層。FR4材料也形成多層PCB的核心，并且在放置頂部和底部銅層之前，在兩側(cè)覆蓋有預(yù)浸料材料。FR4的高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度使其適用于高功率密度電路板。

FR4材料的特性

FR4材料隔離相鄰的銅平面而不會(huì)短路，并為結(jié)構(gòu)提供彎曲和整體彎曲強(qiáng)度。FR4的性能因制造商而異，F(xiàn)R4材料可以根據(jù)性能和應(yīng)用細(xì)分為以下類型：

• 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的標(biāo)準(zhǔn)FR4材料，約為130°C。 這是最便宜和最廣泛使用的FR4材料。

• 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg左右的FR4材料約為170°C - 180°C。 這種FR4材料與無鉛回流焊技術(shù)兼容。

• 另一種與無鉛回流焊技術(shù)兼容的FR4材料是無鹵素FR4材料。

• 歸一化比較漏電起痕指數(shù) （CTI） 大于 400 的 FR4 材料。CTI是PCB中使用的電介質(zhì)材料的電擊穿性能的量度。

任何PCB設(shè)計(jì)人員都會(huì)在PCB基板中尋找某些特性。FR4 的共同特性是：

• 柔性印刷電路板基板

• 高電絕緣性，高介電強(qiáng)度

• 機(jī)械強(qiáng)度高

• 防水或防潮

• 高強(qiáng)度重量比

• 輕

• 熱穩(wěn)定性或耐溫性

對FR4替代品的需求

FR4是一種通用PCB基板材料。但是，F(xiàn)R4 可能不適用于某些情況，例如：

• PCB長時(shí)間暴露在高溫下會(huì)使FR4材料由于其導(dǎo)熱系數(shù)低而有缺陷。使用FR4替代PCB基板是航空航天工業(yè)的常見做法。

• 在遵循 RoHS 合規(guī)性的國家/地區(qū)，首選無鉛焊接。無鉛焊接需要高溫維護(hù)，而FR4材料不是此類應(yīng)用的好選擇。

• 使用FR4材料的電路板無法保持恒定的阻抗和反射，這排除了FR4在高頻應(yīng)用中的使用。在較高頻率下，在FR4板的信號傳播路徑中觀察到累積的偏斜和諧振損耗。不建議在高速電路板中使用FR4材料，以保持信號完整性和阻抗均勻性。

FR4替代品

當(dāng) FR4 材料由于信號完整性下降或強(qiáng)度要求而無法承受熱量時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須選擇替代方案。讓我們看一下本節(jié)中的一些 FR4 替代方案。

復(fù)合環(huán)氧材料 （CEM） - CEM 適用于高密度應(yīng)用。有不同的CEM材料：CEM-1，CEM-2和CEM-3。CEM-1材料是紙張，編織玻璃環(huán)氧樹脂和酚類化合物的混合體，非常適合單面PCB。它在較低的預(yù)算內(nèi)提供類似于FR4的介電性能。與CEM-1材料相比，CEM-2材料具有更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。CEM-3材料是帶電鍍孔的雙面PCB的絕佳選擇。

聚四氟乙烯（PTFE）或特氟龍 - PTFE以特氟龍的品牌名稱而聞名，通常用于涂覆不粘炊具。它是一種由碳和氟組成的合成聚合物。PTFE的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度很高，在160-280°C之間。它具有相當(dāng)好的介電強(qiáng)度，阻燃性，高防潮性，溫度穩(wěn)定性，隔熱性和電氣強(qiáng)度。PTFE基板適用于高速PCB、高頻板、衛(wèi)星和移動(dòng)通信系統(tǒng)。

金屬背板 - 金屬背板或金屬芯PCB通常用于LED照明行業(yè)。金屬背襯板在延長LED的使用壽命以及增加單個(gè)PCB上的器件數(shù)量方面非常出色，而不會(huì)超過溫度容差限制。它們具有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 輕

• 高性價(jià)比

• 高溫穩(wěn)定性

• 增強(qiáng)的耐用性

• 良好的散熱性

因此，雖然FR4是為PCB奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的最流行的材料，但設(shè)計(jì)人員可能需要在某些高功率、高頻或高溫應(yīng)用中考慮上述FR4替代品。為了幫助完成這一過程，Cadence提供了一些工具，用于編譯PCB材料的電氣和機(jī)械規(guī)格并將其與設(shè)計(jì)、仿真和文檔記錄連接起來。