Giải thích về các loại tấm sợi thủy tinh Epoxy khác nhau: G10, FR4, G11 & FR5

Đối với hộp điều khiển bộ pin 400V, tấm sợi thủy tinh epoxy không phải là một vật liệu đơn lẻ - cấp độ của nó quyết định liệu nó có trụ được sau 40.000 giờ luân chuyển nhiệt hay bị hỏng trong tháng đầu tiên.

Tấm sợi thủy tinh Epoxy, còn được gọi là tấm vải thủy tinh epoxy, được làm bằng cách xếp chồng các lớp vải sợi thủy tinh dệt đã tẩm nhựa epoxy và ép chúng dưới nhiệt và áp suất. Kết quả là một tấm cách điện cứng được sử dụng trong các bộ pin lithium, thiết bị điện, thiết bị cố định PCB và các bộ phận máy biến áp. Nhưng không phải tờ nào cũng hoạt động giống nhau. Cấp NEMA - G10, FR4, G11 hoặc FR5 - xác định hệ thống nhựa, nhiệt độ liên tục tối đa và khả năng chống cháy.

Điều gì xác định lớp tấm sợi thủy tinh Epoxy?

Các loại tấm sợi thủy tinh Epoxy được xác định bởi hệ thống nhựa, nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg), lớp nhiệt và hiệu suất điện môi.

Các ký hiệu NEMA như G10 và FR4 không phải là thuật ngữ thương hiệu. Chúng là các xếp hạng được tiêu chuẩn hóa xác định cách thức hoạt động của tấm laminate dưới tác dụng của nhiệt, ngọn lửa và điện áp. Ba thông số quan trọng nhất:

Nhiệt độ hoạt động liên tục

Lớp nhiệt đặt nhiệt độ tối đa mà tấm có thể chạy vô thời hạn. G10 hỗ trợ 105°C (Loại A), FR4 hỗ trợ 135°C (Loại B), G11 hỗ trợ 150°C (Loại F) và FR5 hỗ trợ 170°C (Loại F).

Xếp hạng dễ cháy UL94

UL94 đo lường tốc độ dập tắt của vật liệu sau khi đánh lửa. FR4 và FR5 có xếp hạng V-0, nghĩa là chúng tự dập tắt trong vòng chưa đầy 10 giây. G10 và G11 chỉ được xếp hạng HB.

Độ bền điện môi

Đây là điện áp tại đó vật liệu bị hỏng. Cách điện cao áp yêu cầu giá trị trên 10 kV/mm. Độ đặc của hàm lượng nhựa càng cao thì đường điện môi xuyên qua tấm càng đáng tin cậy.

Tại Dongli New Materials, tấm cách nhiệt bằng sợi thủy tinh epoxy được sản xuất với hàm lượng nhựa được kiểm soát chặt chẽ và hồ sơ nhiệt ép được giám sát. Điều này làm giảm các khoảng trống bên trong có thể đóng vai trò là đường dẫn đánh thủng điện trong các ứng dụng điện áp cao.

Sơ lược về bốn lớp chính

Bốn loại tấm sợi thủy tinh epoxy phổ biến nhất là G10, FR4, G11 và FR5, mỗi loại được tiêu chuẩn hóa theo các yêu cầu về nhiệt độ, khả năng chống cháy và cơ học khác nhau.

Tấm cách nhiệt sợi thủy tinh nhựa Epoxy Điện trở hồ quang: 180 giây không theo dõi (ASTM D495), được chỉ định cho thiết bị đóng cắt và công tắc tơ điện áp cao. Xem sản phẩm →

G10 và EPGC201 tương đương IEC của nó là các loại có mục đích chung được xếp hạng cho hoạt động liên tục ở 105°C. Chúng mang lại hiệu suất cơ học mạnh mẽ nhưng chỉ có xếp hạng UL94 HB, điều này hạn chế chúng trong các ứng dụng yêu cầu khả năng tự dập tắt.

FR4 là loại được chỉ định rộng rãi nhất cho cách điện và điện tử. Nó mang xếp hạng UL94 V-0 và duy trì ổn định kích thước ở 135°C. FR4 là lựa chọn mặc định cho vật liệu cách nhiệt PCB, bộ tách pin và tấm gắn bảng điều khiển.

G11 là loại chịu nhiệt độ cao, độ bền cao được định mức ở 150°C. Nó mang lại độ bền uốn vượt trội và được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ và thiết bị công nghiệp nặng, nơi khả năng chịu nhiệt quan trọng hơn khả năng chống cháy.

FR5 kết hợp hiệu suất nhiệt của G11 với khả năng chống cháy của FR4. Nó chịu được hoạt động liên tục ở 170°C và được sử dụng trong các bộ biến tần kéo và thiết bị điện tử công suất cao.

Trong khi G10 vẫn phổ biến trong các bộ phận cách nhiệt giá rẻ thì FR4 đã thay thế phần lớn nó trong các thiết bị cố định PCB và bộ phận pin do yêu cầu về V-0. G11 và FR5 được dành riêng cho các ứng dụng trong đó nhiệt là hạn chế chính - điển hình là hàng không vũ trụ, bộ biến tần lực kéo hoặc thiết bị hàn.

Làm thế nào để chọn đúng lớp

Chọn loại tấm sợi thủy tinh epoxy bằng cách so sánh ba hạn chế: nhiệt độ hoạt động liên tục, yêu cầu về tính dễ cháy UL94 và khả năng tiếp xúc với độ ẩm.

• Bắt đầu với nhiệt độ liên tục. Một vỏ bọc kín có điện trở nguồn có thể dễ dàng đạt tới nhiệt độ không khí 110°C. Điều đó loại bỏ G10 và buộc bạn phải hướng tới FR4 hoặc cao hơn.
• Kiểm tra yêu cầu UL94. Điện tử tiêu dùng, hệ thống điện xe và nhiều tiêu chuẩn công nghiệp bắt buộc phải có V-0. Chỉ FR4 và FR5 thỏa mãn điều đó.
• Xem xét tiếp xúc với độ ẩm. FR4 hấp thụ 0,30% nước sau 24 giờ ngâm, G10 hấp thụ gần 0,50%. Sàn nhà máy ẩm đòi hỏi khả năng hấp thụ thấp hơn.
• Hành vi gia công trọng lượng. Chip FR4 và FR5 có độ mài mòn cao hơn G10, do đó độ mòn của ống lót máy khoan cao hơn khoảng 20%. Lập kế hoạch cho dụng cụ cacbua.

Kiểm soát và xử lý chất lượng

Các dấu hiệu chất lượng quan trọng đối với tấm sợi thủy tinh epoxy là tính nhất quán của hàm lượng nhựa, hàm lượng rỗng và độ ổn định kích thước sau khi gia công.

Một tấm vải thủy tinh epoxy được chế tạo tốt giữ hàm lượng nhựa trong khoảng ±2% trên bề mặt tấm. Việc phân phối nhựa không đúng thông số kỹ thuật tạo ra các điểm nóng cục bộ, độ bền điện môi không đồng đều và hiện tượng cong vênh sau khi phay CNC. Tỷ lệ nhựa trên sợi rất quan trọng vì nó trực tiếp kiểm soát chất lượng liên kết giữa các lớp và khả năng chịu đựng chu trình nhiệt của vật liệu. Hướng dẫn kỹ thuật này về tỷ lệ nhựa và sợi epoxy prereg bao gồm các tham số điều khiển tương tự ở dạng prepreg.

Khi tìm nguồn cung cấp tấm cách nhiệt, hãy xác minh các biện pháp kiểm soát sản xuất sau:

• Mật độ từ 1,85 đến 2,0 g/cm³ tùy thuộc vào hàm lượng thủy tinh.
• Hàm lượng rỗng dưới 0,5% đối với cách điện cao áp. Các túi khí cực nhỏ là nguyên nhân hàng đầu gây ra sự cố điện môi.
• Chất lượng cạnh sau khi gia công. Sự tách lớp hoặc các vết nứt nhỏ trên các cạnh cắt là dạng hư hỏng phổ biến ở các bộ phận cách nhiệt.

Chuẩn bị sợi carbon Epoxy Hiện nay, 70% sản phẩm composite tiên tiến được làm từ prereg được xếp chồng lên nhau và xử lý. Preregs là bán thành phẩm được lưu trữ và chuẩn bị sau... Xem sản phẩm →

Dongli New Materials vận hành một cơ sở rộng 32.000 m2 với các xưởng có nhiệt độ không đổi và phòng sạch 100.000 lớp. Môi trường phòng sạch giúp ngăn ngừa ô nhiễm hạt trên bề mặt tấm trong quá trình xếp và ép.

Câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt giữa G10 và FR4 là gì?

G10 được xếp hạng cho hoạt động liên tục ở 105°C với tính dễ cháy UL94 HB, trong khi FR4 hỗ trợ 135°C và đáp ứng UL94 V-0. Đối với các thiết bị điện chịu ứng suất nhiệt, FR4 là sự lựa chọn an toàn hơn.

Tấm sợi thủy tinh epoxy có thể được sử dụng ngoài trời?

Các tấm Epoxy không ổn định với tia cực tím và sẽ bị thoái hóa trên bề mặt sau ánh nắng trực tiếp kéo dài. Sử dụng chúng trong nhà hoặc phủ lớp phủ bảo vệ chống tia cực tím.

FR4 có nghĩa là gì?

FR4 là viết tắt của Chất chống cháy cấp 4 trong hệ thống NEMA. Nó sử dụng nhựa epoxy với các chất phụ gia chống cháy brôm và là vật liệu tiêu chuẩn để cách nhiệt nền PCB.

Làm cách nào để biết đơn đăng ký của tôi cần lớp nào?

So sánh ba con số: nhiệt độ không khí liên tục cao nhất tại bộ phận đó, yêu cầu UL94 của bạn và mức độ tiếp xúc với độ ẩm. Sau đó ghép chúng với bảng điểm. Nhà sản xuất vật liệu có thể chạy thử nghiệm độ bền điện môi trên các mẫu để xác nhận lựa chọn.