用于高速和高温应用的FR4替代品
关键的外卖
在pcb中使用的FR4材料隔离了相邻的铜平面而不会发生短路，并为结构提供了弯曲和整体弯曲强度。
FR4材料在建立PCB的耐用性和可用性方面起着重要作用。
复合环氧材料(CEMs)是FR4材料的替代品。
FR4是应用最广泛的PCB电介质材料
现代PCB设计被期望是高速，多功能，并有紧凑的电路板空间利用。而且，PCB材料必须是高质量的，耐温度变化，易于处理。FR4材料是一种广泛使用的PCB电介质材料，它具有许多这些理想的特性。在这篇文章中，我们将讨论FR4材料的特点以及一些可能的FR4替代品。
PCB介质材料
PCB电介质材料对于电路板的功能至关重要，特别是涉及到pcb的集成和性能时。电路板的可靠性和性能受到所使用PCB材料的热、电、化学和机械性能的严重影响。
PCB电介质材料的形成非导电基板层在导电铜层之间，是任何电路板的基础。PCB电介质材料，也称为PCB基板材料，形成电子元器件焊接形成电子电路的平台，彼此之间有迹线连接。FR4是一种常用的PCB电介质材料。
FR4材料
FR4材料在建立PCB的耐用性和可用性方面起着重要作用。它被普遍接受为单面、双面、多层pcb的标准，具有严格的机械强度要求。
FR4是一种具有阻燃(FR)性能的编织玻璃纤维环氧复合材料。在单面和双面pcb中，有FR4芯，顶部和底部铜层。FR4材料也在多层pcb中形成核心，在放置顶部和底部铜层之前，在两侧覆盖预浸料。FR4较高的玻璃化转变温度使其适用于高功率密度电路板。
FR4材料的性能
FR4材料隔离相邻铜平面而不发生短路，并为结构提供弯曲和整体弯曲强度。FR4的性能因厂家而异，FR4材料根据性能和用途可细分为以下几种:
标准FR4材料，玻璃化转变温度Tg，约为130°C。这是最便宜和最广泛使用的FR4材料。
玻璃化转变温度Tg在170℃~ 180℃左右的FR4材料。这种FR4材料与无铅回流焊技术兼容。
另一种与无铅回流焊技术兼容的FR4材料是无卤素FR4材料。
归一化比较跟踪指数(CTI)大于400的FR4材料。CTI是用于pcb的介电材料的电击穿性能的测量。
任何PCB设计人员都会在PCB基板中寻找某些特性。FR4的共同特性是:
- 柔性PCB基板
- 高绝缘，高介电强度
- 机械强度高
- 防水或防潮
- 高强度重量比
- 轻量级
- 热稳定性或耐温性
FR4替代品的需求
FR4是通用型PCB基板材料．然而，FR4在某些情况下可能不合适，例如:
- PCB长时间暴露在高温下使FR4材料由于其低导热性而有缺陷。使用FR4替代品作为PCB基板是航空航天工业的普遍做法。
- 在遵守RoHS法规的国家，无铅焊接是首选。无铅焊接需要高温维护，而FR4材料并不是这种应用的好选择。
- 使用FR4材料的电路板无法保持恒定的阻抗和反射，这就排除了在高频应用中使用FR4的可能性。在较高的频率下，在FR4板的信号传播路径中观察到累积的倾斜和谐振损耗。为保证信号完整性和阻抗均匀性，高速电路板不建议采用FR4材料。
FR4替代品
当FR4材料由于信号完整性退化或强度要求而无法承受热量时，设计师必须选择替代品。让我们在本节中看看一些FR4的替代品。
复合环氧材料(CEMs) - CEMs适用于高密度应用。有不同的CEM材料:CEM-1、CEM-2和CEM-3。CEM-1材料是纸、编织玻璃环氧树脂和苯酚化合物的混合物，适用于单面pcb。它提供了介电性能类似于FR4，但预算较低。与CEM-1材料相比，CEM-2材料具有更高的玻璃化转变温度。CEM-3材料是双面pcb镀孔的绝佳选择。
聚四氟乙烯(PTFE)或特氟龙-聚四氟乙烯是众所周知的品牌名称特氟龙，它通常用于涂层不粘锅。它是一种由碳和氟组成的合成聚合物。聚四氟乙烯的玻璃化转变温度较高，在160-280˚C之间。具有较好的介电强度、阻燃性、高防潮性、温度稳定性、绝热性和电气强度。聚四氟乙烯基板适用于高速pcb板、高频板、卫星、移动通信系统等。
金属衬底板-金属衬底或金属芯pcb通常用于LED照明行业。金属衬底板在提高led寿命以及增加单个PCB上的器件数量方面非常出色，而不会超过温度耐受极限。它们有以下优点:
- 轻量级
- 具有成本效益的
- 高温稳定性
- 增强耐用性
- 散热性好
因此，虽然FR4是最受欢迎的用于构建pcb坚实基础的材料，但在某些高功率、高频或高温应用中，设计人员可能需要考虑上述FR4替代品。为了帮助这一过程，Cadence提供了一些工具，可以将PCB材料的电气和机械规格与设计、模拟和文档进行编译和接口。
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