转：电路板基材的分别

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注：原文也是机翻


介紹

如果你曾經考慮過製作或設計 印刷電路板 （PCB），你可能看過這樣的術語 FR1, FR2, FR3， 和 FR4。這些標籤指的是 PCB 製造中使用的不同類型的基材。雖然它們乍看之下可能令人困惑，但每種類型都有自己的特點和理想用例。

選擇正確的材料不僅僅是勾選一個方框——它直接影響 PCB 的性能、它能承受的熱量，甚至它的使用壽命。這就是為什麼在深入研究下一個電子專案之前了解基礎知識非常重要。

現在，讓我們仔細看看這些 FR 材料是什麼以及它們在 PCB 製造中的重要性。

PCB材料中的「FR」是什麼意思？

在PCB材料中， “FR”代表阻燃。這意味著材料經過處理 防止著火這對於安全來說很重要——尤其是對於在使用過程中會發熱的電子設備。

有官方標準來測試材料的阻燃性。兩種常見的是 UL 94 和 IEC 60695。這些標準有助於顯示材料燃燒的速度以及其阻火效果。例如， UL 94 V-0 等級 意味著材料可以快速停止燃燒並且不會滴落燃燒的部分。

防火性能很重要，因為 PCB 經常需要處理熱量 來自電氣元件。使用正確的 FR 材料有助於防止損壞、降低火災風險並確保您的設備更安全、更可靠。

快速比較表：FR1、FR2、FR3、FR4

在深入研究每種材料之前，我們先來快速比較一下 FR1, FR2, FR3， 和 FR4。這張表可以讓你清楚了解他們的 核心差異，這樣您就可以輕鬆地看到哪一個最適合您的 PCB 專案。

如你看到的， FR1 和 FR2 是簡單電路板的低成本選擇，而 FR4 提供最佳的全方位性能，使其成為現代 PCB 製造中最廣泛使用的材料。 FR3 介於兩者之間，提供不錯的熱性能和電氣性能，適合更經濟實惠的配置。

接下來，我們將更詳細地分解每種材料，以便您更好地了解它們的優勢、局限性和最佳用例。

FR1：紙+酚醛樹脂

FR1 是最基本且最經濟實惠的 PCB 材料之一。它由 紙基基材 與…結合 酚醛樹脂，給它一個 TG（玻璃化轉變溫度） 大約 130°C.

這種材料通常用於簡單的, 單層PCB—想想計算器、玩具或小型電池供電的小工具。這也是 符合 RoHS 標準 而且相當容易加工，使其成為超低成本消費性電子產品的首選。

優點：

• 非常實惠
• 易於切割和成型
• 適用於低功耗、低頻應用
  

缺點：

• 不適用於多層或通孔 PCB
• 耐熱、耐濕性有限
• 已不符合現代高性能需求
  

FR2：棉紙+酚醛樹脂

FR2 與 FR1 非常相似，但使用 棉紙 代替普通紙張，具有更好的機械強度。然而，其 TG較低， 大約 105°C，使其成為 耐熱性較差 比 FR1。

雖然 FR2 曾經被廣泛使用，但現在被認為已經過時了。許多製造商完全停止生產它，特別是因為 FR1 可以更有效地處理類似的任務。

優點：

• 低成本
• 相較於 FR1 略有機械改進
• 仍在一些遺留系統中使用
  

缺點：

• TG 低於 FR1
• 現代PCB生產很少使用
• 鑽孔和熱性能差
• 
  

FR3：編織玻璃纖維+環氧樹脂

FR3 帶來顯著的升級。它使用 編織玻璃纖維布 作為基礎並將其與 環氧樹脂 而不是酚類。這提高了其 TG高達140–170°C使其具有更好的耐熱和抗電應力性能。

它比 FR1 和 FR2 更耐用，因此是 經濟實惠的 PCB 仍然需要更高的熱穩定性。 FR3 曾用於工業電子、軍事裝備和 早期的高速設計，但由於 FR4 的興起，如今它已不太常見。

優點：

• TG更高，絕緣性更好 比FR1/FR2
• 適用於要求更高的單層應用
• 仍然是一個負擔得起的選擇
  

缺點：

• 不建議用於多層 PCB
• 缺乏 FR4 的全部性能
• 在現代生產中越來越不常見
  

FR4：編織玻璃纖維+溴化環氧樹脂

FR4 是黃金標準 在 PCB 材料中。它用於 超過 90% 的所有 PCB 這得歸功於其強度、耐熱性和電氣性能的出色平衡。用 編織玻璃纖維 和 溴化環氧樹脂，它支持廣泛的 TG範圍從130°C到180°C+，取決於等級。

無論您正在開發單層原型、多層高速電路板，還是需要 通孔電鍍, FR4 可以處理。它還具有很強的阻燃性，獲得了 UL 94 V-0 等級 在大多數配方中。

優點：

• 最佳全面表現 滿足大多數 PCB 需求
• 支援多層、高速和高溫設計
• 出色的耐用性、可靠性和訊號完整性
  

缺點：

• 更貴 比 FR1–FR3 更差（但值得）
• 對於非常基本的低功耗應用來說可能有點過度
  

獎勵：FR5 怎麼樣？

儘管 FR4 是大多數 PCB 應用的首選材料，還有另一個值得一提的參與者——FR5。把它想像成 高效能升級 至 FR4。

它使用相同的 編織玻璃纖維基底，但有一個 高Tg環氧樹脂 可以承受更極端的溫度和更惡劣的環境。

FR5 主要出現在 專業應用 常規材料無法滿足要求的領域包括航空航天系統、軍用級電子產品或高速數位電路，這些領域都需要頂級材料熱穩定性 和 訊號完整性.

對於日常的 PCB 專案來說，FR5 可能有些過度。但如果你正在設計一些東西 惡劣的環境 或者 精密電子，這是值得牢記的材料。

選擇阻燃材料時要考慮的關鍵因素

有這麼多 FR 材料可供選擇，如何為您的 PCB 挑選合適的材料？別擔心——你並不是唯一一個問這個問題的人。無論你是在設計一個基本的小工具還是高端的通訊設備，這裡有一些 關鍵因素 你需要記住：

1. 電路複雜度與訊號頻率

電路越複雜，對材料的要求就越高。如果你正在與 高速訊號 或需要在多層上保持訊號完整性，你需要一種類似 FR4 甚至 FR5 可支援穩定的電氣性能。處理低頻訊號的簡單電路可以透過 FR1 或 FR2.

2.環境條件

你的 PCB 是否會面臨 高溫、潮濕或震動？如果是，那麼您將需要具有更好的熱穩定性和機械強度的基板。

FR4 在這方面提供了良好的平衡，但如果您正在設計 惡劣的工業或航空航天環境，FR5 可能更合適。

3. PCB層數與厚度

有些材料不適合複雜的構造。 FR1、FR2 和 FR3 最適合 單層板 並且可能難以進行通孔電鍍或堆疊。

另一方面， FR4 非常適合 多層PCB，為鑽孔、電鍍和維護電路板完整性提供堅實的支援。

4.合規性和認證

如果您的專案需要滿足 業界標準-喜歡 UL 94 用於阻燃或 RoHS 合規性—然後確保您所選擇的材料符合資格。例如，FR4 通常滿足 UL 94 V-0，使其成為大多數電子產品的安全可靠的選擇。

5. 成本與效能的權衡

最後，一切都歸結為平衡。儘管 FR1 和 FR2 雖然價格實惠，但性能有限。

FR4 前期成本可能會更高，但它的多功能性往往使它成為 長遠來看最具成本效益的選擇，尤其是當您處理更高效能或多層電路板時。

FR4 材料變體及其用例

FR4 已經是一種堅固可靠的材料，但它也 不同版本 以滿足特定需求。讓我們快速了解最常見的類型及其用途。

標準FR4

這是最常用的類型。它非常適合 日常PCB，例如家用電子產品、照明產品和基礎工業產品中發現的產品。如果您的專案不需要太花俏的東西，標準 FR4 通常就足夠了。

高Tg FR4

“玻璃化轉變溫度」代表 玻璃化轉變溫度—基本上，材料在開始軟化之前可以承受多少熱量。 高Tg FR4 可以承受更高的熱量（超過 170°C），因此更適合汽車、工業或無鉛焊接。一個常見的例子是 FR408HR。

RF專用FR4

如果你的主機板需要承載 高頻訊號，例如 無線上網, 藍牙， 或者 電信設備，你需要 RF級FR4。這些類型，例如 RF-35 或者 格泰克，有助於減少訊號損失並保持一切順利運作。

為什麼變體很重要

隨著 PCB 變得越來越複雜並且設備尺寸越來越小，擁有合適的材料不僅有幫助，而且至關重要。選擇正確的 FR4變體 幫助您：

• 保持訊號完整性 在高頻下
• 防止電路板故障 在熱應力下
• 確保長期可靠性 在惡劣的環境中
  

因此，雖然常規 FR4 覆蓋範圍很廣，但它 專業版本 使得進一步突破設計和性能的界限成為可能。

通孔和表面貼裝相容性

在 PCB 上安裝元件時，有兩種常用方法 通孔 和 表面貼裝技術（SMT）。雖然兩者都被廣泛使用， PCB材質 在這些方法的表現中扮演重要角色——尤其是在 鑽孔 和 電鍍.

FR4 較適合通孔技術。得益於其 玻璃纖維底座，它可以處理 鑽孔機械應力 無開裂。

它也很好地保持了 電鍍這對於在層之間建立強大、可靠的連接非常重要。

這使得 FR4 成為 多層板 和 複雜的組裝體 精度和強度至關重要。

另一方面， FR1、FR2 和 FR3 對於通孔設計來說並不理想。這些材料是用 紙張或較弱的樹脂體系，可以 撕裂、破裂或變形 當鑽孔時。結果如何？孔品質差、連接不牢固、故障風險較高—尤其是在需要持久耐用或耐熱的電路板上。

所以如果你的設計涉及 通孔元件，與 FR4 是一種更安全、更可靠的選擇。它旨在滿足現代組裝方法的需求，並有助於確保長期更好的性能。

按材料分類的用例推薦
不確定要為您的專案選擇哪種 FR 材料？這是一個 快速簡便的指南 幫助您將正確的材料與正確的應用類型相匹配。每種方式都有其優勢——所以這完全取決於你的董事會需要做什麼。

如果你的專案比較基礎且注重預算， FR1 或 FR2 可能就足夠了。對於要求更高的情況，尤其是在熱量、訊號性能或可靠性方面，FR4 是您的最佳選擇。那麼對於最極端的情況呢？那就是 FR5 閃閃發光。

關於 FR1、FR2、FR3 和 FR4 PCB 材料的常見問題解答FR4 比 FR1、FR2 和 FR3 好嗎？

是的， FR4 是最廣泛使用的 PCB 材料 因為它的 強度、阻燃性以及對複雜多層設計的支持。雖然 FR1 到 FR3 適用於更簡單的項目，但 FR4 對於大多數應用來說更加通用且可靠。

我可以將 FR1 或 FR2 用於多層 PCB 嗎？

不， 不建議將 FR1 和 FR2 用於多層 PCB。它們最適合 基本的單層設計 並且可能有鑽孔或耐熱性問題。對於多層板，FR4 是更好的選擇。

哪種 FR 材料最適合高頻 PCB？

對於高頻或射頻應用， 專用 FR4 變體 喜歡 RF-35 或者 格泰克 建議。他們提供 更低的訊號損失 並且更好 電氣性能 比標準 FR 材料。

FR1 或 FR2 能承受高溫嗎？

並不真地。 FR1和FR2耐熱性較低，Tg 值約為 105–130°C。它們適合低功率應用，但不適合熱量或溫度變化很大的環境。

PCB 材料中的 Tg 是什麼？它為什麼重要？

Tg代表玻璃轉變溫度，這是 PCB 材料因熱而開始軟化的點。一個 更高的Tg 意味著更好 耐熱性。例如， FR4 具有較高的 Tg 比FR1或FR2更佳，使其更適合高溫應用。

結論
每種阻燃材料都有自己的用途。 FR1 和 FR2 適用於簡單、低成本的電路板。 FR3 可以滿足稍微更嚴苛的需求。但 FR4 是最受歡迎的選擇 因為它平衡了成本、強度和性能。如果你的專案需要處理極端高溫或高速， FR5 是要走的路。

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