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FR4 signifie « Flame Retardant 4 » et est la désignation de qualité pour le stratifié époxy renforcé de verre, un matériau composite composé d’un tissu tissé en fibre de verre et d’un adhésif en résine époxy ignifuge. Ce matériau est connu pour son rapport résistance/poids élevé, son excellente isolation électrique et sa stabilité dans différentes conditions environnementales.

Matériau et fonction du FR4

Composition du matériau FR4 :

• Fibre de verre : L’épine dorsale du FR4 est en fibre de verre tissée, qui offre résistance structurelle, rigidité et stabilité dimensionnelle.
• Résine époxy : Les fibres de verre sont imprégnées de résine époxy, qui lie les fibres entre elles et confère au matériau des propriétés d’isolation électrique et un caractère ignifuge.
• Charges : certains matériaux FR4 peuvent également contenir des charges pour améliorer certaines propriétés (telles que la conductivité thermique) ou réduire les coûts.
• Agents de durcissement et accélérateurs : ils sont utilisés dans les mélanges de résines époxy pour contrôler le processus de durcissement et les propriétés mécaniques et thermiques finales du matériau.

Caractéristiques FR4 :

• Résistance mécanique : sa haute résistance à la traction et à la flexion le rend durable et résistant à la flexion.
• Isolation électrique : excellentes propriétés diélectriques et tension de claquage diélectrique élevée.
• Résistance thermique : Il conserve son intégrité structurelle et ses propriétés d’isolation électrique à haute température.
• Ignifuge : Il est de nature ignifuge, ce qui est essentiel pour la sécurité des applications électriques et électroniques.
• Résistance chimique : Résistant à de nombreux solvants et nettoyants utilisés dans les processus industriels.
• Résistance à l’humidité : faible absorption d’eau, maintient les performances dans des conditions humides.
• Expansion thermique : Le coefficient de dilatation thermique est relativement faible, ce qui est essentiel au maintien de l’alignement des traces de cuivre sur le PCB.
• Quelle est la différence entre le FR4 et le substrat en aluminium ?

Ingrédient matériel :

• PCB FR4 : fabriqué en stratifié époxy renforcé de fibre de verre avec une bonne résistance, résistance à la chaleur et isolation électrique.
• PCB en aluminium : ils ont un noyau métallique (généralement de l’aluminium) et peuvent également inclure une couche diélectrique thermiquement conductrice pour évacuer la chaleur des composants.
• Conductivité thermique:
• FR4 : Il a une conductivité thermique relativement faible, ce qui peut être un facteur limitant dans les applications à haute température.
• Aluminium : Une conductivité thermique élevée est l’une des caractéristiques déterminantes des PCB en aluminium, ce qui les rend idéaux pour les applications de puissance et de dissipation thermique élevées.

Dissipation de la chaleur:

• FR4 : Mauvaise dissipation thermique, pouvant provoquer des points chauds et potentiellement raccourcir la durée de vie de la carte et de ses composants.
• Aluminium : Excellentes capacités de dissipation thermique, aidant à refroidir efficacement les composants et à augmenter les performances et la durée de vie de l’appareil.

Application:

• FR4 : Utilisé dans une large gamme d’équipements électroniques standard, de l’électronique grand public aux systèmes de contrôle industriels, où les conditions extrêmes ne sont pas un problème.
• Aluminium : Couramment utilisé dans l’éclairage LED, les alimentations électriques et les systèmes automobiles où la dissipation thermique est critique.

Durabilité:

• FR4 : sensible aux fluctuations de température élevées et peut ne pas être aussi durable dans des conditions environnementales difficiles.
• Aluminium : Plus durable dans des conditions extrêmes et offre une stabilité physique supplémentaire à la planche.

Coût:

• FR4 : Généralement moins cher que les PCB en aluminium, ce qui en fait un choix rentable pour une variété d’applications.
• Aluminium : En raison du prix et du processus de fabrication de l’aluminium, le coût peut être plus élevé, mais cela peut être compensé par ses performances dans des applications spécifiques.

Conclusion

Dans le monde complexe de la conception électronique, le FR4 se distingue par son isolation électrique supérieure, son caractère ignifuge et sa rentabilité, ce qui le rend omniprésent dans les équipements électroniques standards. Sa polyvalence et sa fiabilité continuent de soutenir son adoption généralisée dans tous les domaines, de l’électronique grand public aux systèmes industriels complexes. L’avenir se construit aujourd’hui sur les circuits imprimés, et le FR4 reste un matériau clé dans cette construction. Pour ceux qui sont prêts à exploiter le potentiel du FR4 dans leurs produits, les opportunités sont infinies.