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再会,FR-4gydF4y2Ba

文章作者:Bill SchwebergydF4y2Ba

无处不在的FR-4印刷电路(PC)板已经为我们服务了几十年，但现在为多ghz频段设计的多ghz产品，如5G，需要具有更好和更稳定的RF参数的层压板。gydF4y2Ba

在印刷电路板(pcb或PC板)的世界里，FR-4已经成为“必备”基板几十年了。(曾有一个行业试图将它们称为印刷电路板——pw板或pwb——但这从未流行起来。)这种防火材料(因此称为“FR”)由玻璃纤维和环氧树脂组成，颜色通常为绿色(gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba)，并有许多版本，以满足设计目标的不同需求。gydF4y2Ba

组装PCB电路板gydF4y2Ba — *图1所示。绿色的FR-4 PC板已经变得如此普遍，我们经常甚至没有意识到它的主要作用和定义它的技术标准。(图片来源:雅皮士杂志)gydF4y2Ba*

作为许多电子产品的文字和形象基础，PC板有行业标准和标准制定组织，如NEMA和gydF4y2BaIPCgydF4y2Ba这是一个全球性的印刷电路板和电子组装行业及其客户和供应商的贸易协会。有趣的是，IPC成立于1957年，当时是印刷电路研究所，后来更名为互连和封装电子电路研究所，然后更名为更匿名的IPC。(这类似于电气与电子工程协会(Institute for Electrical and Electronic Engineering，简称IEEE)的做法，后者在法律上更名为“IEEE”，而IBM则是公司名称，而不是以前的国际商业机器(International Business Machines)的昵称。)gydF4y2Ba

我不会详细介绍FR-4及其定义标准，因为有很好的在线资源(包括维基百科[参考文献]。1 - 3])。由于这种基材的广泛应用，它的标准厚度为0.031英寸(0.78毫米)，0.062英寸(1.57毫米)和0.093英寸(2.36毫米)。覆铜板的覆铜板的标准厚度通常为1盎司铜/平方英尺板或35µm(美国称“1盎司”);2盎司和3盎司以及更薄的半盎司的层压板也在使用中。有些PC板不使用预复合板，而是使用添加剂铜工艺，在需要的地方沉积铜，而不是化学或激光蚀刻在不需要的地方;每种方法都有电气、成本、轨迹密度/厚度和其他权衡。gydF4y2Ba

在许多设计中，多万博投注网址个PCB层堆叠起来，以支持越来越复杂和密集的互连，有20层或更多的板。双面和多层板有电镀通孔连接各种层，提供电气和热传导性。这些过孔(正式名称是“垂直互连接入”)有自己的变体:它们可以是通孔、埋孔或盲孔。后者只连接内部层，是故障排除和修复的噩梦。gydF4y2Ba

FR-4材料是坚固耐用的，有相当好的电气和机械规格，这些数字是相当稳定的时间和温度。不过，它确实会让钻头和剪刀很快变钝、磨损，因为它相当坚硬、具有磨蚀性(而且你在处理边缘时得到的玻璃碎片很粗糙)。gydF4y2Ba

在通孔组件时代，在表面贴装技术(SMT)芯片占领PC板之前，一个典型的板可能有数百个孔，所以这是一个重要的考虑因素;制造的PC板通常主要根据其尺寸和孔的数量定价。几乎通用的SMT设备的使用大大减少了所需的孔数，只需要安装螺丝，较大的组件，一些连接器和其他独特的附件。gydF4y2Ba

许多工程师即兴制作了小的、定制的覆盖的FR-4外壳，焊接从一端到另一端的接缝，以完全屏蔽整个电路或子电路;末gydF4y2Ba吉姆·威廉姆斯gydF4y2Ba和gydF4y2Ba鲍勃·皮斯gydF4y2Ba两者都在许多原型中展示了这种技术。它的用途不仅仅是电子产品:我曾经切下两块u形的FR-4，把它们缝进一个传家宝皮制公文包的把手里，作为加强筋，gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba；我再也不想那样做了，永远!gydF4y2Ba

*图2。多氯联苯的替代用途包括使公文包变硬。裸板也可以作为厨房桌子上的三脚架。gydF4y2Ba*

FR-4并不是第一种PCB材料。用压制酚醛棉纸制成的纸板，被称为FR-2，是离散线、手工焊接电路和FR-4之间的桥梁。(一定年龄的读者可能还记得Magnavox的广告，广告中吹嘘他们的电视是精心手工焊接的，而不是在PC板上匿名焊接的。这些酚酚板几乎总是单面的，设计师会使用顶部跳线或甚至零欧姆电阻(更好地用于机器插入)来克服使用单面板的拓扑障碍。gydF4y2Ba

生酚醛板比FR-4便宜，可以用冲孔代替钻孔，从而降低制造成本、时间和钻头磨损。它没有消失:我有拆卸许多非工作电器(是否试图修理或只是出于好奇),经常看到单面酚醛板用于大部分或所有的电路,特别是对于较大的功率组件和开关不需要FR-4的属性,(gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

图3。使用纸张和酚醛树脂(指定为FR-2)的PC板在某些应用中是FR-4的低成本替代品;它经常用于具有较大组件和较少临界设计约束的单面设计。万博投注网址(图片来源:工程项目)gydF4y2Ba

然而，FR-4作为电路板层压板的主导地位的日子可能即将结束。这是因为FR-4的基本性能属性和一致性不适合多ghz电路的严格要求。介电常数(egydF4y2Ba_rgydF4y2Ba)、损耗因子(T δ)、介电击穿电压、泄漏电流、抗拉强度、剪切强度、吸湿性、玻璃化转变温度(TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba)和z轴厚度，以及它们的温度系数。gydF4y2Ba

等公司gydF4y2Ba罗杰斯公司gydF4y2Ba．现在提供不同的千兆赫友好层合板，每一种都有特定的电气和机械特性的组合，比如它们gydF4y2BaRT /特耐用gydF4y2Ba和gydF4y2BaMagtexgydF4y2Ba家庭。他们还提供了应用笔记和文章，讨论这些板和测量的微妙之处，包括PCB通孔播放的性能5g相关的性能，[参考文献。7)。测量这些参数也很复杂:由联合宣布的一种epsilometergydF4y2Ba山铜技术gydF4y2Ba和gydF4y2Ba指南针科技集团gydF4y2Ba除了测量之外，还使用计算电磁建模来确定从3到6 GHz从0.3到3毫米厚的薄板的复介电常数，[参考文献。8、9)。gydF4y2Ba

有一件事是肯定的:即使你知道并像FR-4一样，认真的多ghz和5G设计需要考虑使用这些先进的pc板层压板，以及覆盖物理设计和评估的所有方面的极其复杂的模型和仿真。有很多东西要学。gydF4y2Ba

当你在合理的情况下使用FR-4时，你有过困难吗?例如，你是否需要更厚的铜基板?你有没有把它用于非电子或非常规的目的或修复?gydF4y2Ba

参考文献gydF4y2Ba