news 2026/1/10 5:02:37

PCB FR-4材料是什么?分享从成分到应用

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张小明

前端开发工程师

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PCB FR-4材料是什么?分享从成分到应用

作为 PCB 行业的老工程师,我经常遇到刚入行的朋友问:“为什么大部分 PCB 都用 FR-4 材料?它到底有什么特别之处?” 其实,FR-4 是目前 PCB 行业应用最广泛的基材,没有之一。小到手机充电器,大到工业控制主板,几乎都能看到它的身影。今天就用大白话给大家全面解析 FR-4 材料,从成分、性能到应用,一次性讲清楚。

​首先,我们来搞懂 FR-4 的定义。FR-4 的全称是Flame Retardant Grade 4,翻译过来就是 “阻燃等级 4”。它是一种由环氧树脂和玻璃纤维布复合而成的绝缘基材,属于刚性 PCB 基材。这里的 “阻燃” 是关键特性,根据 UL94 标准,FR-4 材料达到 V-0 级阻燃等级,意思是材料燃烧时会自行熄灭,不会持续燃烧,这对于电子产品的安全性至关重要。

从成分来看,FR-4 主要由两部分组成:玻璃纤维布环氧树脂。玻璃纤维布是骨架,提供了基材的机械强度和尺寸稳定性;环氧树脂是粘合剂,将玻璃纤维布粘合在一起,同时提供绝缘性能和阻燃性能。根据不同的应用需求,厂家还会在环氧树脂中添加不同的填料,比如氢氧化铝、二氧化硅等,来调整材料的介电常数、热膨胀系数等性能。

接下来,我们聊聊 FR-4 的核心性能。首先是机械性能,FR-4 基材的抗弯强度高,不易变形,能够满足 PCB 在装配和使用过程中的机械应力要求。其次是电气性能,FR-4 的介电常数(εr)通常在 4.2-4.7 之间,介质损耗角正切(tanδ)在 0.015-0.025 之间,这个性能对于中低频电路来说完全足够。第三是热性能,FR-4 的玻璃化转变温度(Tg)通常在 120℃-170℃之间,Tg 值越高,材料在高温下的稳定性越好。比如,常规 FR-4 的 Tg 值在 120℃左右,而高 Tg FR-4 的 Tg 值可以达到 150℃以上,适合需要过波峰焊或回流焊的高温工艺。第四是阻燃性能,如前所述,FR-4 达到 UL94 V-0 级阻燃等级,符合大部分电子产品的安全标准。

那么,FR-4 材料适合哪些应用场景呢?它的应用范围非常广泛,几乎覆盖了所有中低频、中低功率的电子产品。比如消费电子领域的手机主板、平板电脑主板、充电器 PCB;工业控制领域的 PLC 主板、变频器 PCB;汽车电子领域的车载导航主板、车灯控制 PCB;以及通信领域的路由器主板、交换机 PCB 等。可以说,只要不是高频高速的特殊应用,FR-4 都是首选基材。

当然,FR-4 也不是万能的。它的缺点主要是在高频高速应用中,介质损耗会明显增加,导致信号衰减。比如,当信号频率超过 5GHz 时,FR-4 的介质损耗就会影响信号传输质量,这时候就需要选用高频基材,如 PTFE、罗杰斯等。此外,FR-4 的热膨胀系数相对较高,在高温环境下可能会出现尺寸变化,影响元器件的焊接可靠性。

最后,给大家提个醒,选择 FR-4 材料时,一定要根据产品的实际需求来选择合适的规格。不要盲目追求高规格,否则会增加成本;也不要为了节省成本而选择低规格,否则会影响产品的性能和可靠性。

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