วัสดุ FR4 คืออะไร?

วัสดุ FR4 คืออะไร?

การเลือก วัสดุแผ่นวงจรพิมพ์ที่เหมาะสม มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และต้นทุนของโปรเจกต์อิเล็กทรอนิกส์ของคุณ วัสดุแผ่นวงจรพิมพ์ FR4 เป็นวัสดุชั้นฐานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในอุตสาหกรรมแผ่นวงจรพิมพ์ ในคู่มือนี้ เราจะพิจารณาเหตุผลที่ FR4 เป็นมาตรฐาน คุณสมบัติหลัก ข้อดี และข้อจำกัด คำแนะนำในการเลือกวัสดุ FR4 ที่เหมาะสม และการเปรียบเทียบกับวัสดุแผ่นวงจรพิมพ์ประเภทอื่น

FR4 คืออะไร

Fr4 ย่อมาจาก สารหน่วงไฟ 4 ซึ่งเป็นลามิเนตอีพอกซีที่เสริมใยแก้ว โครงสร้างคอมโพสิตนี้ทำให้ FR4 มีความแข็งแรงทางกลสูง มีฉนวนไฟฟ้าที่ดี และทนไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เป็นตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์

นิยามของ FR4: มากกว่าเพียงแค่ชื่อ

Fr4 ย่อมาจาก " สารหน่วงไฟ 4 , และหมายถึงเกรดเฉพาะของ วัสดุแผ่นเรซินอีพ็อกซี่ที่เสริมด้วยไฟเบอร์กลาส ซึ่งใช้เป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ตัวย่อ “FR” บ่งบอกถึงคุณสมบัติทนไฟ ซึ่งสำคัญต่อการปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยทางอิเล็กทรอนิกส์ ในขณะที่เลข “4” เป็นการระบุรุ่นหนึ่งในกลุ่มวัสดุทนไฟหลายระดับ (เช่น FR1, FR2, FR3 และ FR5)

FR4 ได้รับการออกแบบจาก ผ้าใยแก้วทอ ที่ยึดติดกับ เรซินอีพ็อกซี่ที่มีจุดเปลี่ยนแก้วสูง โครงสร้างคอมโพสิตนี้ทำให้เกิดวัสดุที่ มีความแข็งแรงทางกล สื่อกระแสไฟฟ้าได้น้อย และทนไฟ — ทำให้เหมาะเป็นโครงสร้างหลักสำหรับการใช้งานหลากหลายประเภทของ แผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) , จากต้นแบบชั้นเดียวไปจนถึงการออกแบบหลายชั้นที่ซับซ้อนและมีความเร็วสูง

ประเด็นสำคัญ:

• FR: สารหน่วงไฟ สำคัญต่อความปลอดภัย
• 4: บ่งบอกองค์ประกอบของอีพอกซีที่เสริมด้วยแก้ว

คุณสมบัติของวัสดุ FR4

• การหน่วงไฟ: ดับเองได้ ป้องกันการลุกลามของไฟ
• ฉนวนไฟฟ้า: มีความต้านทานไฟฟ้าสูง ใช้เป็นฉนวนสำหรับเส้นทางวงจรพีซีบี
• ความแข็งแรงทางกล: ทนทาน น้ำหนักเบา และทนต่อแรงกระแทก
• ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (Dk): 4.2–4.8 (แตกต่างกันไปตามผู้ผลิตและหนา); ส่งผลต่อความต้านทานคลื่นสัญญาณและความสมบูรณ์ของสัญญาณ
• ปัจจัยการสูญเสียพลังงาน (Df): โดยทั่วไปอยู่ที่ 0.02; มีผลต่อการสูญเสียสัญญาณ โดยเฉพาะที่ความถี่ RF
• การดูดซึมน้ำ: ต่ำกว่า 0.2%; รักษาคุณสมบัติในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น
• อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงของแก้ว (Tg): โดยทั่วไปอยู่ที่ 135–180°C

ตารางเปรียบเทียบคุณสมบัติตามผู้ผลิต

ประเภทวัสดุแผ่นวงจรพิมพ์ FR4

• FR4 แบบมาตรฐาน: สำหรับการใช้งานทั่วไป (TG 135–150°C)
• FR4 ความต้านทานอุณหภูมิสูง: ทนต่ออุณหภูมิสูงขึ้นได้ (สูงสุดถึง 180°C); เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบัดกรีไร้สารตะกั่วและอุตสาหกรรมยานยนต์
• FR4 ค่า CTI สูง: ดัชนีการติดตามเปรียบเทียบสูง; เพิ่มความต้านทานต่อการเกิดทางไฟฟ้า
• แผ่นลามิเนต FR4 ไม่มีทองแดง: ใช้สำหรับฉนวนไฟฟ้า และการใช้งานที่ไม่ต้องการการนำไฟฟ้า

ข้อดีของ FR4 ในแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB)

• ราคาถูก เหมาะสำหรับการทำต้นแบบ การผลิตชิ้นส่วนเล็กและขนาดกลาง
• น้ําหนักเบาและแข็งแรง อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักยอดเยี่ยม
• การดูดน้ำต่ำ: ทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นหรือเปียกชื้น
• เป็นฉนวนที่ดี: รักษาการแยกวงจรและความสมบูรณ์ของสัญญาณ

ข้อเสียและข้อจำกัดของแผ่นวงจรพิมพ์ FR4

• ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีอุณหภูมิสูง: อุณหภูมิสูงสุดที่ TG ทนได้ประมาณ 180°C; ไม่เหมาะสำหรับการบินและอวกาศ หรืออิเล็กทรอนิกส์กำลังที่มีสภาพรุนแรง
• การบัดกรีแบบไม่มีตะกั่ว: ยากต่อการทนต่ออุณหภูมิเกิน 250°C โดยไม่เกิดการเสื่อมสภาพจากความร้อน
• ขีดจำกัดความถี่สูง: ค่า Dk ที่แปรผันและค่า Df ที่สูงกว่า อาจส่งผลต่อวงจรความเร็วสูง คลื่นวิทยุ และไมโครเวฟ
• ปัญหาในการผลิต: มีโอกาสเกิดการเปิดผ้าใยแก้ว การแตกร้าว การเกิดจุดขาว และการแยกชั้น หากไม่ดำเนินการประมวลผลอย่างเหมาะสม

FR4 เทียบกับมาตรฐาน FR อื่นๆ

การใช้งานแผ่นวงจรพีซีบีแบบ FR4

• อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค: สมาร์ทโฟน อุปกรณ์สวมใส่ เครื่องใช้ในบ้าน
• การควบคุมอุตสาหกรรม: ระบบอัตโนมัติ เครื่องมือวัด
• แสงสว่าง LED: แผ่นวงจรพีซีบีสำหรับชุดของไฟ LED
• วงจรยานยนต์: โมดูลมาตรฐาน
• การสร้างตัวอย่างทดลอง: เนื่องจากมีราคาไม่แพงและประมวลผลได้ง่าย

IMS เทียบกับ FR4: แผ่นวงจรพีซีบีแบบ IMS (Insulated Metal Substrate) ใช้ฐานโลหะเพื่อระบายความร้อน ในขณะที่ FR4 เหมาะที่สุดสำหรับความสมบูรณ์ของสัญญาณและการใช้งานทั่วไป

FR4 ถูกใช้อย่างไรในการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB)

• แกนฉนวน: วัสดุชั้นกลางระหว่างชั้นทองแดงใน PCB แบบชั้นเดียว/สองชั้น/หลายชั้น
• การเคลือบด้วยทองแดง: ชั้นฟอยล์ทองแดงถูกยึดติดกับ FR4 แล้วกัดกร่อนเพื่อสร้างรูปแบบวงจร

วิธีเลือกความหนาของ FR4 ที่เหมาะสม

• FR4 บาง (0.2–0.6 มม.): ชุดประกอบวงจรสายเล็ก เบา และยืดหยุ่นได้
• FR4 มาตรฐาน (1.0–1.6 มม.): PCB สำหรับผู้บริโภคและอุตสาหกรรมส่วนใหญ่
• FR4 หนา (สูงสุด 3.2 มม.): วงจรไฟฟ้ากำลัง, ขั้วต่อ, ความเครียดทางกลสูง

ปัจจัยที่ควรพิจารณา:

• ข้อจำกัดด้านขนาดและน้ำหนัก
• ความสูงของชิ้นส่วน
• อิมพีแดนซ์ไฟฟ้า
• ความยืดหยุ่นหรือความแข็งที่ต้องการ

คำแนะนำในการเลือกวัสดุ FR4 ที่เหมาะสม

• เลือกค่า TG ให้สอดคล้องกับอุณหภูมิบัดกรีสูงสุด
• ตรวจสอบให้มั่นใจว่าค่า Dk สอดคล้องกันสำหรับการออกแบบที่ไวต่อสัญญาณ
• สำหรับความถี่สูงหรือแรงดันสูง ควรพิจารณาชนิด High CTI หรือ High TG
• สำหรับการใช้งานในที่ชื้นหรือกลางแจ้ง ควรเลือกชนิดที่ดูดซึมน้ำต่ำ

ปัจจัยที่มีผลต่อต้นทุนแผ่นวงจรพิมพ์ FR4

• ต้นทุนต่อตารางนิ้ว: แตกต่างกันไปตามความหนา น้ำหนักทองแดง ประเภท TG ปริมาณการสั่งซื้อ และผิวเคลือบ
• การสั่งซื้อเป็นจำนวนมาก: ต้นทุนต่อหน่วยต่ำลงเมื่อสั่งซื้อในปริมาณมาก

มาตรฐานอุตสาหกรรม: IPC-A-600 และ FR4

IPC-A-600 กำหนดมาตรฐานคุณภาพสำหรับวัสดุแผ่นวงจรพิมพ์ FR4 ครอบคลุม:

• ความยอมรับได้ของลวดลายผ้าทอที่ปรากฏ
• ลวดลายพื้นผิวและสภาพใต้ผิวที่อนุญาต
• เกณฑ์การเกิดจุดขาว การแตกร้าวเล็กๆ และการแยกชั้น เพื่อความน่าเชื่อถือของแผ่นวงจรพิมพ์

เหตุใดจึงควรเรียนรู้เกี่ยวกับวัสดุแผ่นวงจรพิมพ์ FR4

ไม่ว่าคุณจะเป็นวิศวกรออกแบบหรือผู้ตัดสินใจด้านการจัดซื้ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การเข้าใจ คุณสมบัติของวัสดุ FR4 ช่วยให้คุณ

• การเลือกที่ดีที่สุด วัสดุฐานของแผ่นวงจรพิมพ์ ให้เหมาะสมกับงบประมาณและความต้องการทางเทคนิคของคุณ
• รับประกันความยั่งยืนในระยะยาว ความน่าเชื่อถือของแผ่นวงจรพิมพ์ และความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์
• หลีกเลี่ยงปัญหาที่เกิดจาก การสูญเสียสัญญาณ , การจับคู่ความต้านทาน หรือความล้มเหลวทางกลในผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป
• การปฏิบัติตามข้อกำหนดของมาตรฐานอุตสาหกรรม เช่น UL, IPC และ RoHS

องค์ประกอบของวัสดุ FR4

มาดูรายละเอียดกันว่าอะไรทำให้ Fr4 material มีประสิทธิภาพและใช้งานได้อย่างหลากหลาย:

• ไฟเบอร์กลาส (ชั้นผ้าทอ): แกนกลางนี้ให้ความแข็งแรงสูง ความแข็งแรงทางกล ความคงตัวทางมิติ และความแข็งแรงทนทาน ทำให้ PCB รักษารูปร่างไว้ได้แม้อยู่ภายใต้แรงกดดัน การสั่นสะเทือน หรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
• เรซินอีพอกซี (ตัวยึด/แมทริกซ์): เรซินอีพอกซีทำหน้าที่เป็น 'กาว' ที่ห่อหุ้มไฟเบอร์กลาส ทำให้เกิดคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม การเป็นฉนวนไฟฟ้า และมีความต้านทานต่อสารเคมีได้อย่างยอดเยี่ยม อีกทั้ง glass transition temperature (Tg) เป็นตัวกำหนดอุณหภูมิในการใช้งานสูงสุด

ร่วมกันแล้ว องค์ประกอบเหล่านี้สร้างซับสเตรตที่มี คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ดูดซึมน้ำต่ำ และทนไฟได้แข็งแรง .

โครงสร้างของวัสดุแผ่นวงจรพิมพ์ FR4

*หมายเหตุ: ฟอยล์ทองแดงและชั้นป้องกันด้วยสารเคลือบเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างโดยรวม กระบวนการผลิต PCB , ไม่ใช่วัสดุแผ่น FR4 โดยตัวมันเอง แต่มีปฏิสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติของ FR4

คุณลักษณะสำคัญของ FR4

• ทนไฟ: ผ่านมาตรฐาน UL94-V0, ดับเปลวไฟได้เองภายใน 10 วินาทีหลังจากนำเปลวเพลิงออก
• ความแข็งแรงด้านฉนวนไฟฟ้าสูง : รักษาการแยกฉนวนไฟฟ้าระหว่างเส้นทางทองแดง
• ความแข็งแรงทางกล : มีความคงตัวของขนาดดีเยี่ยม และทนต่อการบิดงอ
• ความทนทานต่อความชื้น: ดูดซับน้ำต่ำ (<0.2%); ประสิทธิภาพไม่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญจากความชื้น
• อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงของแก้ว (Tg): ช่วงอุณหภูมิจาก 130°C (มาตรฐาน) ถึง 200°C (High-TG FR4)
• คุ้มค่า: มีอัตราส่วนราคาต่อประสิทธิภาพหนึ่งในดีที่สุดของอุตสาหกรรม

ตารางข้อมูลย่อ: FR4 ภาพรวม

FR4 ในการผลิตแผงวงจรพิมพ์

ตัวนำไฟฟ้า PCB แบบ FR4 มีความสำคัญไม่เพียงแต่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค แต่ยังรวมถึง pCB สำหรับอุตสาหกรรม ยานยนต์ การทหาร และการบินอวกาศ คุณสมบัติของวัสดุที่สมดุลช่วยให้สามารถรวมเอา ชิ้นส่วนแบบผ่านรู ขั้วต่อขอบ การใช้งานมาสก์บัดกรี และสถาปัตยกรรม PCB แบบหลายชั้น และอีกมากมาย

อ้างอิง: “หากไม่มีนวัตกรรมของแก้วเรซินอีพ็อกซี่ที่ทนไฟได้อย่าง FR4 ความน่าเชื่อถือและการเข้าถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่คงเป็นไปไม่ได้” — นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุอาวุโส ผู้ผลิต PCB ระดับโลก

วิธีการกำหนดความหนาของ FR4 สำหรับการออกแบบ PCB

เหตุใดความหนาของ FR4 จึงมีความสำคัญ

ความหนาของแผ่นวงจรพีซีบี FR4 ส่งผลโดยตรงต่อหลายด้านของความน่าเชื่อถือและการทำงานของแผ่นวงจรพีซีบี:

• ความสมบูรณ์ของสัญญาณ : ความหนาของชั้นวัสดุที่มากหรือน้อยจะมีผลต่อค่าอิมพีแดนซ์ที่ควบคุมได้ และความกว้างของเส้นทางสัญญาณ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบแผ่นวงจรความถี่สูงและคลื่นวิทยุ
• ความแข็งแรงทางกล : FR4 ที่หนากว่าให้ความมั่นคงทางกลที่ดีขึ้น รองรับชิ้นส่วนที่มีน้ำหนักมาก เช่น ขั้วต่อ และทนต่อการโค้งงอหรือการสั่นสะเทือนได้ดีขึ้น
• ประสิทธิภาพการใช้พื้นที่ : อุปกรณ์ต่างๆ เช่น สมาร์ทโฟน อุปกรณ์สวมใส่ และเครื่องมือทางการแพทย์ อาจต้องใช้แผ่นพีซีบีที่บางเพื่อให้มีขนาดกะทัดรัด
• การจัดการความร้อน : แผ่นที่หนากว่าสามารถกระจายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในงานอิเล็กทรอนิกส์กำลัง แต่ก็อาจกักเก็บความร้อนไว้หากออกแบบไม่เหมาะสม
• ค่าใช้จ่าย : โดยทั่วไป แผ่นที่หนากว่าต้องใช้วัสดุมากกว่า และอาจมีต้นทุนการผลิตและการดำเนินการผ่านกระบวนการเจาะ การชุบ และการเคลือบมากกว่า

ตัวเลือกความหนา FR4 ที่พบบ่อย

แม้ว่าจะสามารถทำเป็นความหนาตามสั่งได้ แต่ขนาดมาตรฐานจะช่วยให้กระบวนการผลิตราบรื่นขึ้น กระบวนการผลิต PCB และรับประกันความเข้ากันได้กับแนวทางการประกอบและการออกแบบทั่วไป นี่คือข้อมูลอ้างอิงอย่างรวดเร็ว:

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ: ความหนาตามมาตรฐานอุตสาหกรรมที่พบมากที่สุดสำหรับแผ่นพีซีบีชนิด FR4 คือ 1.6 มม. (0.063 นิ้ว) —เป็นการผสมผสานอย่างลงตัวระหว่างความทนทาน ความสามารถในการผลิต และความเข้ากันได้กับโปรไฟล์ของชิ้นส่วนและขั้วต่อขอบส่วนใหญ่

วิธีการเลือกความหนาของ FR4 ที่เหมาะสมสำหรับแผงวงจรพีซีบีของคุณ

ปัจจัยสำคัญในการเลือกความหนาของ FR4

ต่อไปนี้คือปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ควรพิจารณาเมื่อตัดสินใจเกี่ยวกับ ความหนาของวัสดุ FR4 สำหรับการออกแบบแผงวงจรพีซีบี:

1. การใช้งานและสภาพแวดล้อมในการใช้งานสุดท้าย

• อุปกรณ์สวมใส่และอุปกรณ์ IoT แบบหลายฟังก์ชัน มักต้องการพีซีบีที่บางมาก (0.2-0.8 มม.) เพื่อให้น้ำหนักเบาและกะทัดรัด
• พีซีบีสำหรับยานยนต์ การควบคุมอุตสาหกรรม และการทหาร/อากาศยาน ได้รับประโยชน์จาก FR4 ที่หนากว่า (1.6 มม. ขึ้นไป) เพื่อเพิ่มความทนทาน ความแข็งแรงทางกล และทนต่อการสั่นสะเทือน แรงกระแทก และความเสียหายจากสิ่งแวดล้อม
• แผ่นวงจรความถี่สูงและคลื่นวิทยุ (RF) อาจต้องใช้โครงสร้างชั้นที่แม่นยำและมีความหนาเฉพาะเพื่อควบคุมความต้านทานเชิงลักษณะ

2. ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า: ความสมบูรณ์ของสัญญาณและการต้านทานเชิงลักษณะ

• ระยะห่างระหว่างชั้น (กำหนดโดยความหนาของแกนและพรีพเรก) มีผลโดยตรงต่อการแพร่กระจายของสัญญาณ การจับคู่ความต้านทาน , และ ความสมบูรณ์ของสัญญาณ .
• การออกแบบสำหรับความเร็วสูง ใช้โปรแกรมจำลองสนามในการคำนวณความกว้างและความเว้นระยะของลายวงจรอย่างแม่นยำ ซึ่งกระบวนการนี้การเปลี่ยนความหนาของ FR4 เพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้ค่าความต้านทานเชิงลักษณะเปลี่ยนแปลงได้

3. รูปร่างและตำแหน่งติดตั้งของชิ้นส่วนประกอบ

• ชิ้นส่วนประกอบแบบเจาะผ่านหรือขั้วต่อขอบที่มีความสูง ต้องการแผ่นรองที่หนากว่าเพื่อการยึดเกาะทางกลที่มั่นคง
• แผ่นวงจรสายสอดผิว (SMT) โดยเฉพาะที่ใช้ชิ้นส่วนขนาดเล็กเป็นพิเศษ มักสามารถใช้แผ่น PCB ที่บางลงเพื่อการประกอบที่แม่นยำ

4. ความเครียดทางความร้อนและกล

• แผ่นวงจรพีซีบีสำหรับจ่ายไฟ และแผ่นที่ต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว อาจต้องการความหนาเพิ่มขึ้นเพื่อให้มีประสิทธิภาพด้าน สัมประสิทธิ์ความร้อน และการกระจายความร้อนที่ดีขึ้น
• ต้องการความยืดหยุ่นสำหรับตัวเชื่อมต่อเฉพาะจุดและชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว (เช่น แผ่นพีซีบีแบบฟเล็ก-ริกิด) ในขณะที่ความแข็งแรงจำเป็นสำหรับการใช้งานที่ต้องรับน้ำหนักหรือการใช้งานแบบพกพา

5. ข้อจำกัดด้านการผลิตและการประกอบ

• ขีดความสามารถและเครื่องมือของผู้ผลิตอาจจำกัดตัวเลือกของคุณ เนื่องจากโรงงานผลิตพีซีบีบางแห่งไม่รองรับความหนาที่กำหนดเองหรือซับสเตรตที่บางเป็นพิเศษ

ตารางสรุป: ความหนาของ FR4 และการใช้งาน

ข้อดีของการใช้วัสดุ FR4 สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB)

การเลือกซับสเตรตที่เหมาะสมเป็นพื้นฐานสำคัญของงานออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ประสบความสำเร็จ และ Fr4 material โดดเด่นในฐานะมาตรฐานอุตสาหกรรมด้วยเหตุผลที่สำคัญ ไม่ว่าคุณจะกำลังสร้างอุปกรณ์ผู้บริโภคแบบพื้นฐาน ระบบควบคุมหลายชั้นสำหรับเครื่องจักรอุตสาหกรรม หรือนวัตกรรมใหม่ในวงการ IoT FR4 ก็มีคุณสมบัติที่สามารถตอบสนองความต้องการด้านไฟฟ้า ความร้อน และกลไกได้อย่างเชื่อถือได้ ในขณะที่ยังคงมีราคาที่เอื้อมถึงได้ทั้งสำหรับผู้ผลิตขนาดใหญ่และร้านค้าที่ทำต้นแบบขนาดเล็ก

ภาพรวม: ข้อดีหลักของวัสดุ PCB ประเภท FR4

การประยุกต์ใช้งานแผ่นวงจรพิมพ์ FR4

ตารางการประยุกต์ใช้งานแผ่นวงจรพิมพ์ FR4

ทำไมโรเจอร์สจึงดีกว่าวัสดุ FR4?

เมื่อออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์สมรรถนะสูง การเลือกวัสดุชั้นฐานมีความสำคัญอย่างยิ่ง Rogers และ Fr4 เป็นวัสดุแผ่นวงจรพิมพ์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสองชนิด แต่ควรเลือกใช้ Rogers เมื่อใด และทำไม Rogers มักถูกมองว่าดีกว่า FR4 โดยเฉพาะในงานประยุกต์ขั้นสูง?

ความแตกต่างหลักระหว่างวัสดุแผ่นวงจรพิมพ์ Rogers กับ FR4

เหตุผลหลักที่ทำให้โรเจอร์สดีกว่า FR4

1. ประสิทธิภาพความถี่สูงที่เหนือกว่า แผ่นวงจรพิมพ์โรเจอร์สมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำกว่าและมีความเสถียรมากกว่า ซึ่งช่วยให้การสูญเสียและการบิดเบือนสัญญาณต่ำที่สุด แม้ในย่านความถี่สูง สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานเช่น คลื่นวิทยุ (RF), ไมโครเวฟ, 5G และการบินอวกาศ

2. การสูญเสียสัญญาณต่ำ (ปัจจัยการสูญเสียต่ำ) เนื่องจากมีมุมการสูญเสียต่ำ ทำให้วัสดุชั้นนำของโรเจอร์สสามารถส่งสัญญาณได้อย่างสะอาดและรวดเร็วกว่า ในทางกลับกัน FR4 มีแนวโน้มดูดซับสัญญาณมากกว่า ส่งผลให้เกิดการสูญเสียมากขึ้น โดยเฉพาะเมื่อความถี่เพิ่มสูงขึ้น

3. การจัดการความร้อนที่ยอดเยี่ยม วัสดุโรเจอร์สทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีกว่าและมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีกว่า FR4 ทำให้เชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมที่ต้องการสูง เช่น เรดาร์ยานยนต์และการสื่อสารผ่านดาวเทียม

4. คุณสมบัติไฟฟ้าที่สม่ำเสมอ โรเจอร์สให้พฤติกรรมสัญญาณที่สม่ำเสมอตลอดทั้งแผง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบที่ต้องการความแม่นยำ คุณสมบัติทางไฟฟ้าของ FR4 อาจเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิและความถี่

เมื่อใดควรเลือกใช้โรเจอร์สแทน FR4

• แผ่นวงจรอาร์เอฟ เวฟ ไมโครเวฟ และมิลลิเมตรเวฟ
• วงจรดิจิทัลความเร็วสูง (ศูนย์ข้อมูล การสื่อสารโทรคมนาคม อวกาศ)
• เรดาร์และเซ็นเซอร์สำหรับยานยนต์ขั้นสูง
• ทุกการใช้งานที่ต้องให้ความสำคัญกับความสมบูรณ์ของสัญญาณและการสูญเสียสัญญาณต่ำ

เมื่อใดที่ FR4 ยังคงเป็นตัวเลือกที่ดี?

• อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค และบอร์ดทั่วไปที่มีความต้องการความเร็วปานกลาง
• การใช้งานที่ต้องคำนึงถึงต้นทุน โดยไม่มีมาตรฐานความถี่สูงที่เข้มงวด