Qué es una placa de circuito impreso FR4

QUE ES UNA PLACA DE CIRCUITO IMPRESO DE FR4

FR4 es una placa de circuito impreso basado en material laminado epoxi reforzado con vidrio. Es el material más utilizado porque es barato en comparación con otros materiales y se puede usar en muchas aplicaciones.  

Tipos de FR4

Puedes encontrar diferentes placas FR4:

• Placas de una sola capa, con solo cobre en la parte superior del sustrato, o doble capa, con dos capas de cobre, una en cada lado.

• Con diferentes espesores de sustrato. Se puede encontrar grosor desde 0,1 mm hasta 3,2 mm. El espesor requerido dependerá de la aplicación que se utilizará. Los grosores más delgados típicos se utilizan en placas multicapa en las que se utiliza la placa FR4 para distribuir señales a otras placas, a fin de no aumentar el grosor de la PCB. Los espesores más altos se utilizan cuando se requiere una alta robustez de la PCB porque se diseña una PCB grande.

• Con diferente espesor de capa de cobre. Los espesores típicos de cobre son 17, 35 o 70 um.

• Se pueden comprar diferentes tamaños de paneles el uso de uno u otro dependerá del equipo que tenga el fabricante y del tamaño final de las PCB solicitadas. Los tamaños típicos de paneles son 12x18 pulgadas, 18x24 pulgadas y 21x29 pulgadas. Cuando estés diseñando un panel, debes tener en cuenta que no se puede usar todo el panel para diseñar tus PCBs. Se utilizarán alrededor de 2 pulgadas de largo y 2 pulgadas de ancho para otros fines, como agujeros fiduciales y otras tareas del fabricante y también para evitar que el panel pueda doblarse si el trabajo se realiza cerca de los bordes.

Propiedades de FR4

• Tiene una tangente de pérdida dieléctrica de alrededor de 0.017 a 0.025, mientras que, por ejemplo, los laminados de Rogers tienen valores típicos de 0.002 y las PCBs de alúmina tienen valores de alrededor de 0.0002. La tangente de pérdida dieléctrica indica las pérdidas de inserción del material con la frecuencia. Como puede verse, FR4 tiene valores más altos y esta es la razón por la que se puede usar solo para aplicaciones de baja frecuencia. Debido a que en altas frecuencias, las pérdidas de inserción de las líneas son más altas, en comparación con otras opciones más caras.

• Otro parámetro importante es la constante dieléctrica. El valor típico es de alrededor de 4,6. Este valor depende ligeramente del fabricante y también del grosor del sustrato, pero es un valor que generalmente proporciona buenos resultados cuando se realizan cálculos a partir de él. A partir de este parámetro, se puede obtener la relación impedancia/espesor de la línea. Esto es muy útil al diseñar RF y circuitos digitales.

• Es resistente a las llamas.

• Apenas tiene cero absorción de agua.

• Tiene una ruptura dieléctrica muy alta, superior a 60KV. Esto implica que se requiere un voltaje muy alto para cambiar las propiedades del material.

• Mantiene sus propiedades eléctricas y mecánicas en diferentes condiciones ambientales tanto secas como húmedas.

• Las temperaturas típicas en las que FR4 puede funcionar son de -55 a +125ºC.

• Hay versiones mejoradas de FR4 que proporcionan otras características tales como valores dieléctricos más bajos o rangos de temperatura más altos. Estas placas no son estándares y no todos los vendedores los ofrecerán.

Usos del FR4

• FR4 se utiliza en todo el mundo para diferentes aplicaciones, comerciales, civiles, automotrices o incluso militares.

• Se utiliza para aplicaciones de CC, digitales y RF de baja frecuencia.

• Prácticamente, el total de placas de CC se realiza con FR4, ya que es el material más barato, con muy buen rendimiento y porque es el material que todos los fabricantes tienen la posibilidad de usar.

• FR4 es una muy buena opción para aplicaciones digitales, en las cuales se utilizan FPGA, microcontroladores, ADC, DCA, buses, etc.

• Las placas FR4 se pueden utilizar para aplicaciones de baja frecuencia. Hasta 1-2 GHz, las propiedades de este material se pueden comparar con otras opciones más caras como los laminados Rogers o la alúmina. Desde MHz hasta 1 GHz, los resultados serán un poco peores, pero los diferentes precios pueden ayudar a decidir la opción FR4. A partir de 2 GHz, las diferencias son mayores y típicamente se seleccionan otros materiales. Con FR4 y los componentes correspondientes, se puede diseñar y fabricar correctamente un amplio catálogo de circuitos de RF como amplificadores, interruptores, atenuadores, etc.