在PCB的板材選擇時(shí)，常常提到的FR-4是對(duì)一類玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂材料的簡(jiǎn)稱。但嚴(yán)格來(lái)講FR-4不是一種材料名稱，而是材料的防火等級(jí)。
FR-4 PCB
FR-4的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)是由NEMA（美國(guó)電器制造商協(xié)會(huì)）制定，NEMA分類標(biāo)準(zhǔn)中的FR表示Flame-Retardant (阻燃的) 。FR-4表示樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂，增強(qiáng)材料為玻璃纖維布，阻燃等級(jí)為UL94 V-0的板材。
目前電路板所用的FR-4等級(jí)材料的種類非常多，但多數(shù)都是以四功能(Tera-Function)的環(huán)氧樹(shù)脂加上填充劑(Filler)以及玻璃纖維所做出的復(fù)合材料。
PCB的基材不同，阻燃等級(jí)也不相同，劃分如下：
酚醛紙基板是以酚醛樹(shù)脂為粘合劑，以木漿纖維紙作為表層增強(qiáng)材料。XPC、XXPC為非阻燃型，F(xiàn)R-1、FR-2、FR-3為阻燃型。成本低，主要用在玩具，收音機(jī)，電話，計(jì)算器等產(chǎn)品。
環(huán)氧玻璃纖維布基板，俗稱：環(huán)氧板、玻纖板、纖維板，F(xiàn)R-4。是以環(huán)氧樹(shù)脂做粘合劑，以電子級(jí)玻璃纖維布做增強(qiáng)材料的一類基板，F(xiàn)R-4，F(xiàn)R-5均為阻燃型。
環(huán)氧玻纖布覆銅板強(qiáng)度高，耐熱性能好，介電性好，是覆銅板中用途最廣，用量最大的一類。廣泛用于移動(dòng)通訊，數(shù)字電視，消費(fèi)電子等產(chǎn)品中。
CEM系列覆銅板，常見(jiàn)的是其中CEM-1和CEM-3。CEM系列的復(fù)合基覆銅板在機(jī)械性和制造成本上，介于環(huán)氧-玻纖布基板和酚醛-紙基板之間。
目前CEM-3覆銅板的電氣性能，已經(jīng)不亞于一般FR-4型玻纖布基環(huán)氧型覆銅板。CEM-3在機(jī)械鉆孔加工性方面，較優(yōu)于FR-4。有的CEM-3產(chǎn)品，在耐漏電起痕性（CTI）、板的尺寸精度、尺寸穩(wěn)定性等方面，已優(yōu)于一般FR-4產(chǎn)品。
FR-4基材的指標(biāo)包括：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、基材的熱分解溫度（Td）、損耗因子（Df）、介電常數(shù)（Dk）、相對(duì)漏電起痕指數(shù)（CTI）、熱膨脹系數(shù)（CTE）、吸水率、材料的附著力特性等。
以Isola、Nelco和Ventec的FR-4板材為例：
Tg值，指的是材料從一個(gè)相對(duì)剛性“玻璃”狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐鬃冃螤顟B(tài)的溫度點(diǎn)。只要沒(méi)達(dá)到熱分解溫度（Td），這種熱力學(xué)變化是可逆的，當(dāng)冷卻至Tg值以下時(shí)，材料可以變回剛性狀態(tài)。當(dāng)超過(guò)熱分解溫度時(shí)，F(xiàn)R-4會(huì)發(fā)生分解失效。
業(yè)界通常根據(jù)Tg值，把FR-4板材劃分為高、中、低三檔：
低Tg FR-4：Tg值在135℃左右；
中Tg FR-4：Tg值在150℃左右；
高Tg FR-4：Tg值在170℃左右。
如果PCB加工時(shí)壓合次數(shù)多、PCB層數(shù)多、焊接溫度高（≥230℃）、工作溫度高（超過(guò)100℃）、焊接熱應(yīng)力大（如波峰焊接），時(shí)應(yīng)選擇高Tg板材。
介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角是介質(zhì)的兩個(gè)基本屬性，這兩個(gè)參數(shù)會(huì)隨著頻率的改變而變化，損耗因子（Df）越大，其衰減越大。介電常數(shù)（Dk）影響更多的是阻抗。
FR-4可以根據(jù)損耗因子（Df）分為:
普通損耗板材：Df≥0.02
中損耗板材：0.01≤Df<0.02
低損耗板材：0.005≤Df<0.01
超低損耗板材：Df＜0.005
相對(duì)漏電起痕指數(shù)（Comparative Tracking Index），用來(lái)度量絕緣材料的電擊穿（電痕破壞）性能。漏電起痕發(fā)生在絕緣材料表面，由于介質(zhì)損耗的存在，電介質(zhì)發(fā)熱升溫，引起電介質(zhì)分解碳化，最終延伸至電極導(dǎo)致短路。
材料的CTI值與其絕緣性能正相關(guān)。高CTI值意味著要求的爬電距離更低，兩個(gè)導(dǎo)體間的距離會(huì)更近。
對(duì)于飛機(jī)船舶等工作場(chǎng)景，高壓大電流工作條件的產(chǎn)品，對(duì)于絕緣條件要求高可以選擇CTI高的FR-4板材。
盡管FR-4價(jià)格低廉、具有可加工性好、電性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，但是在高速、高頻和高功率等應(yīng)用場(chǎng)景，F(xiàn)R-4就表現(xiàn)出了自身的局限性。
當(dāng)信號(hào)的傳播速率提升，傳播距離變長(zhǎng)時(shí)，信號(hào)的板內(nèi)傳播損耗在layout時(shí)就必須重視。FR-4的損耗因子Df值約為0.020，而大多數(shù)高速板材的Df值約為0.004，僅為FR-4的Df值的四分之一。Df值越小，信號(hào)傳播損耗越小。
隨著信號(hào)頻率的增加，F(xiàn)R-4的損耗因子Df會(huì)大幅增加。如下圖對(duì)比了FR-4和Rogers RO4350B（高速材料）每英寸走線信號(hào)損耗（dB）的關(guān)系。
從圖中可以看出，隨著信號(hào)頻率的增加，F(xiàn)R-4的信號(hào)損耗幾乎呈線性增長(zhǎng)，而高頻板材的損耗則逐漸收斂。因此在高速PC設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)信號(hào)的傳輸頻率選擇匹配的板材。
介電常數(shù)（Dk）影響PCB走線的阻抗，阻抗不連續(xù)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)出現(xiàn)上升沿過(guò)沖，反射，振鈴等現(xiàn)象。介電常數(shù)（Dk）同樣會(huì)隨著頻率的增加而變化，F(xiàn)R-4材料參數(shù)的偏差最高會(huì)達(dá)到10%，而高速材料會(huì)控制到2%。
材料本身的特性決定了FR-4板材的阻抗控制的上限，因而需要考慮PCB上阻抗線的阻抗控制精度能否滿足設(shè)計(jì)要求。
在產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)階段，PCB的熱設(shè)計(jì)也是關(guān)鍵一環(huán)，如何設(shè)計(jì)散熱通路？不同材料的導(dǎo)熱率是多少？都需要考慮到。
PCB的熱導(dǎo)率（κ、λ 或 κ）定義為熱量從熱源傳遞到 PCB較冷區(qū)域的速率。FR-4的導(dǎo)熱率一般在0.3~0.4 W/m·K范圍內(nèi)，熱導(dǎo)性能較差。在高功率場(chǎng)景下，可以考慮使用導(dǎo)熱率高的板材，也可以使用嵌銅柱、埋銅塊或者使用金屬基板來(lái)增強(qiáng)PCB的導(dǎo)熱率。
FR-4不能長(zhǎng)時(shí)間暴露于高溫環(huán)境中，板材容易發(fā)生變形彎曲。比如無(wú)鉛回流焊的加工溫度最高會(huì)達(dá)到250°C，已經(jīng)高出很多FR-4板材的Tg值。
基板受熱后產(chǎn)生的的脹縮應(yīng)力會(huì)造成元器件出現(xiàn)焊接斷裂，虛焊等現(xiàn)象。特別是PCBA上出現(xiàn)尺寸大于 3.2×1.6mm的元器件時(shí)，尤其要注意選擇低膨脹系數(shù)的板材。
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