El FR4 ha sido el material estándar para las placas de circuito impreso durante décadas. Su combinación de prestaciones eléctricas, resistencia mecánica y precio asequible lo hace adecuado para todo tipo de aplicaciones, desde sencillos productos de consumo hasta complejas placas multicapa.
Aunque hoy en día existen muchos laminados especializados, el FR4 sigue siendo la primera opción para la mayoría Diseños de placas de circuito impreso porque ofrece un buen equilibrio entre fiabilidad y coste de fabricación.
Tabla de contenidos
Qué significa FR4
«FR» significa «retardante de llama», mientras que el número 4 hace referencia a la clasificación definida por la norma NEMA.
El FR4 está fabricado con tejido de fibra de vidrio impregnado con resina epoxi. Tras el curado a calor y presión, el material forma un sustrato aislante rígido capaz de soportar capas de cobre y componentes electrónicos.
El material ofrece:
- Buena resistencia mecánica
- Propiedades eléctricas estables
- Excelente aislamiento
- Resistencia a la humedad
- Bajo coste de fabricación
Estas características explican por qué el FR4 es el material predominante en el Sector de los circuitos impresos.
Cómo se utiliza el FR4 en la fabricación de placas de circuito impreso
El FR4 actúa como material dieléctrico entre las capas de cobre.
Entre las estructuras típicas se incluyen:
Placas de una sola cara
Se utiliza en:
- Adaptadores de corriente
- Electrodomésticos
- Productos LED
Placas de doble cara
Común en:
- Controladores industriales
- Electrónica del automóvil
- Equipos de comunicación
Placas multicapa
Se utiliza habitualmente para:
- Servidores
- Productos sanitarios
- Equipos de red
- Sistemas embebidos
Las placas multicapa modernas, con entre 4 y 20 capas, se fabrican habitualmente utilizando laminados FR4 y prepregs.
Propiedades habituales del material FR4
Aunque las especificaciones varían según el fabricante, los materiales FR4 estándar suelen presentar las siguientes características.
| Propiedad | Valor típico |
|---|---|
| Constante dieléctrica (Dk) | 4.2-4.8 |
| Factor de disipación (Df) | 0.015-0.025 |
| Temperatura de transición vítrea | 130–170 °C |
| Conductividad térmica | 0,3–0,4 W/m·K |
| Resistividad volumétrica | >10¹² Ω·cm |
| Índice de inflamabilidad | UL94 V-0 |
Estos valores son adecuados para la mayoría de los productos electrónicos de baja y media velocidad.
FR4 de TG estándar y de TG alto
Un parámetro importante del FR4 es la temperatura de transición vítrea (TG).
Materiales estándar de TG
Los valores típicos de la temperatura de transición vítrea (TG) oscilan entre 130 °C y 140 °C.
Las aplicaciones incluyen:
- Electrónica de consumo
- Electrodomésticos
- Productos industriales generales
Materiales con alto contenido en TG
Los laminados con un TG elevado suelen presentar valores superiores a 170 °C.
Ofrecen un mejor rendimiento en las siguientes situaciones:
- Montaje sin plomo
- Altas temperaturas de funcionamiento
- Varios ciclos de reflujo
Los materiales con un TG elevado suelen encontrarse en:
- Electrónica del automóvil
- Fuentes de alimentación
- Servidores
- Equipos de telecomunicaciones
Enlace interno: PCB de FR4 con alto valor de TG
Ventajas del FR4
Hay varios factores que hacen que el FR4 sea el sustrato más utilizado en el sector.
Eficiencia de costes
El FR4 es considerablemente más barato que los laminados de RF y los materiales especiales.
Proceso de fabricación consolidado
Prácticamente todos los fabricantes de placas de circuito impreso ofrecen la fabricación de FR4.
Estabilidad mecánica
La estructura de fibra de vidrio ofrece una excelente rigidez y estabilidad dimensional.
Amplia disponibilidad
Los principales proveedores, como Shengyi, Kingboard, ITEQ e Isola, ofrecen numerosas gamas de productos FR4.
Apto para la mayoría de las aplicaciones
Para frecuencias inferiores a varios gigahercios, el FR4 suele cumplir los requisitos eléctricos sin que ello suponga un coste excesivo.
Limitaciones del FR4
A pesar de su versatilidad, el FR4 no es adecuado para todas las aplicaciones.
Mayor pérdida de señal
En comparación con los laminados de baja pérdida, el FR4 presenta una mayor pérdida dieléctrica a altas frecuencias.
Conductividad térmica limitada
El rendimiento en cuanto a la disipación del calor es relativamente bajo.
Variación Dk
La constante dieléctrica varía en función de la frecuencia y de las condiciones de fabricación, lo que puede afectar a la uniformidad de la impedancia.
No es ideal para aplicaciones de radiofrecuencia
Los diseños de microondas y ondas milimétricas suelen requerir materiales especializados.
Marcas populares de material FR4
Varios fabricantes de laminados dominan el mercado.
Shengyi
Se utiliza ampliamente en Asia y es conocido por su calidad constante.
Kingboard
Uno de los mayores proveedores de laminados para placas de circuito impreso del mundo.
ITEQ
Se utiliza con frecuencia en redes y aplicaciones industriales.
Isola
Productos muy populares en América del Norte y de gran fiabilidad.
Ventec
Ofrece materiales para aplicaciones de alta velocidad y gestión térmica.
Diferentes fabricantes ofrecen calidades equivalentes, lo que permite a los ingenieros optimizar los costes y la flexibilidad de la cadena de suministro.
Aplicaciones típicas del FR4
Las placas de FR4 se utilizan en casi todos los sectores de la industria electrónica.
Electrónica de consumo
- Dispositivos inteligentes
- Electrodomésticos
- Adaptadores de corriente
Equipamiento Industrial
- Sistemas PLC
- Inversores
- Controladores de automatización
Electrónica automotriz
- Módulos de control de la carrocería
- Sensores
- Sistemas de infoentretenimiento
Dispositivos médicos
- Equipos de monitorización
- Instrumentos portátiles
Productos de comunicación
- Enrutadores
- Interruptores
- Módulos de red
A menos que se trate de altas frecuencias o temperaturas extremas, el FR4 sigue siendo una opción práctica y económica.
Cuando el FR4 ya no es suficiente
A medida que las velocidades de transmisión de datos y las frecuencias siguen aumentando, los ingenieros se topan a menudo con las limitaciones del FR4 convencional.
Aplicaciones como:
- Infraestructura 5G
- Servidores de alta velocidad
- Sistemas de radar
- Módulos RF
puede que se necesiten materiales con:
- Menor pérdida dieléctrica
- Valores de Dk más estables
- Rendimiento térmico mejorado
En estos casos, el Rogers, el PTFE, el Megtron y otros materiales de baja pérdida se convierten en opciones más adecuadas.
Preguntas más frecuentes
R: No exactamente. El FR4 es un material compuesto fabricado con tejido de fibra de vidrio y resina epoxi. La fibra de vidrio aporta resistencia, mientras que la resina proporciona aislamiento.
R: La mayoría de los materiales FR4 tienen una constante dieléctrica comprendida entre 4,2 y 4,8, dependiendo de la frecuencia y del sistema de resina.
R: El FR4 funciona bien en muchas aplicaciones de velocidad media. Los circuitos de velocidad extremadamente alta o de radiofrecuencia pueden requerir materiales de baja pérdida.
R: El FR4 de alto TG hace referencia a materiales con una temperatura de transición vítrea superior a 170 °C, lo que proporciona una mayor estabilidad térmica.
R: Entre los principales proveedores se encuentran Shengyi, Kingboard, ITEQ, Isola y Ventec.