我们在PCB板厂下单时，往往会有一个FR-4的板材类型供选择，貌似每家板厂的板材库中，FR-4这种板材类型是必备的，那什么是FR-4呢？

一、FR-4，也写成FR4，它既是一个名称，也是一个标准等级

用于制造PCB的有机基板材料包括3个组成部分：树脂、增强材料以及导电铜箔。

FR-4 覆铜板的组成

FR-4作为名称，它适用于印刷电路板制造中使用玻璃纤维布作为增强材料，树脂体系为环氧树脂的层压板的统称，FR-4只是一类板材的统称。其中的玻璃纤维布是电子级玻璃纤维被编织成一个薄薄的、像布一样的材料。玻璃纤维使FR-4具有必要的结构稳定性。这个玻璃纤维布被有阻燃添加剂的环氧树脂所包围和束缚。树脂使材料具有刚性，以及其他物理特性。

FR-4规格由NEMA（美国电器制造商协会）制定，常用的 PCB NEMA基材等级分类见下表所示

常见的 NEMA PCB 基材等级分类

NEMA 分类标准中的FR 表示Flame-Retardant (阻燃的) 或者 Fire-Resistant （防火的），也即防火等级，所以FR等级的板材都是阻燃板材，而数字“4”则是将该材料与其他同等级的材料区分开来，4表示树脂为环氧树脂，增强材料为玻璃纤维布，阻燃等级为 UL94 V-0 的这么一类板材。而FR-1、FR-2、FR-3的阻燃等级是UL 94V-1，采用的树脂和增强材料也有所不同。

在1950年代，纸质酚醛覆铜基板问世并大量应用于收音机以及电视机等电气设备，但这种材质电气绝缘性较低，而且不阻燃。当时美国发生了多起因电视机电气故障引起的火灾事故，所以NEMA出于电气安全方面的考虑，划分了不同的PCB基材等级，主要基于电路板基材的可燃性、高温稳定性和吸湿性等指标进行等级划分，但没有规定基材的电气性能，如介电常数以及损耗角正切等指标。

这里要强调一下，FR-4只是NEMA基材等级分类里的一个等级，只代表材料类别，而不是具体材料。一个常见的问题是，FR-4经常与一个特定的电介质相混淆，比如我们仿真软件里的FR-4材料，其默认介电常数为4.2，损耗角正切为0.02，但很多中低损耗的板材也是FR-4等级的材料。

二、为什么FR4是PCB板厂的常备板材

最开始广泛使用的PCB板材是纸质酚醛覆铜基板，比如XPC、XXXPC，因为材料的价格相对便宜，但它们是非阻燃的材料，在1970年代出现的因电路故障引发的火灾事故之后，主要的电气设备开始转向使用阻燃性基材，具有阻燃特性的纸质酚醛覆铜基板FR-1、FR-2的使用逐渐超过非阻燃的XPC、XXXPC基板。

1980年代多媒体随身设备开始流行，比如随身听，BP机等，PCB开始朝着小型化和高密度化发展，多层板PCB的应用也越来越普遍，进而带动了PCB的基材的发展。

纸基板如XPC、FR-1虽然比环氧玻纤布基板FR-4便宜，但在吸湿性、耐热性和机械强度方面都不如FR-4。早期，纸基板通常用于价格敏感的消费类产品而FR-4更多用于工业类产品。

但随着消费类设备朝着更小、更轻、更薄的方向发展，FR-4板材的使用也在增加。随着标准厚度为1.6毫米至0.8毫米的PCB开始广泛使用， 这时，纸基板的机械强度和防潮性就成了问题。此外，纸基板不适用于多层板的生产，而且随着设备小型化的发展，PCB布线密度越来越高，多层板的市场占比也越来越高。因此，尽管FR-4板材的成本相对较高，但消费类产品依然是渐渐的转向了FR-4板材。

而PCB样板厂广泛选择FR-4而没有采用成本更为低廉的纸基板的另一个重要原因是纸基板不适合采用钻孔工艺，只适合采用冲孔工艺，而FR-4则非常易于加工。

随着环氧树脂以及玻璃纤维布等材料产能的持续扩展，目前标准的FR-4基材已经是一种低成本的材料，具有出色的机械性能和优秀的可加工性，使其深受全球中低成本电子产品制造商的欢迎。

三、 FR-4的性能指标

FR-4基材是环氧树脂体系，所以长期以来，Tg值是最常见的用来划分FR-4基材等级的指标，也是IPC-4101规范中最主要的性能指标之一。

玻璃化转变温度Tg

树脂体系的Tg值，指的是材料从一个相对刚性或“玻璃”状态转变为易变形或软化状态的温度转变点。只要树脂没有发生分解，这种热力学变化总是可逆的。这就是说，当材料从常温状态加热到高于Tg值温度，然后冷却至Tg值以下时，它可以变回到之前性质相同的刚性状态。但是，当材料被加热到的温度远高于其Tg值时，可能会导致不可逆的相态变化。这种温度造成的影响，与材料的类型有很大关系，与树脂的热分解也有关系。

通常来说，基材的Tg越高，意味着材料的可靠性越高。如果式采用的无铅焊接工艺，还需考虑基材的热分解温度（Td）。

其他重要的性能指标包括热膨胀系数（CTE）、吸水率、材料的附着力特性，以及常用的分层时间测试，如T260和T288测试。

四、 FR-4的多样性

使用玻璃纤维布作为增强材料，树脂体系为环氧树脂而且阻燃等级为UL 94V-0的基材都是FR-4，那这么一大类的材料有什么具体的区分没？

根据Tg值进行划分

FR-4材料最明显的区别在于Tg值，根据Tg温度，一般把FR-4板材分为低Tg、中Tg和高Tg板材。

在业界，通常把135℃左右Tg的FR-4归为低Tg板材;把150℃左右Tg的FR-4为中Tg板材;把170℃左右Tg的FR-4归为高Tg板材。

如果PCB加工时压合次数多、或PCB层数多（超过14层）、或焊接温度高（≥230℃）、或工作温度高（超过100℃）、或焊接热应力大（如波峰焊接），应选择高Tg板材。

根据损耗划分

FR-4可以分为:

普通损耗板材（Df≥0.02）

中损耗板材（0.01

低损耗板材(0.005

超低损耗板材(Df＜0.005)

根据供应商来划分

不同板材供应商的FR-4等级的材料也会有不同的性能差异，而且同一供应商的FR-4等级下也有不同的产品规格划分，所以，对于所选用板材最为精确的指定便是精确到具体材料供应商的具体产品名称。

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