Verschiedene Qualitäten von Epoxid-Glasfaserplatten werden erklärt: G10, FR4, G11 und FR5

Bei einem 400-V-Batteriepack-Steuerkasten ist die Epoxid-Glasfaserplatte kein einzelnes Material – ihre Qualität bestimmt, ob sie 40.000 Stunden Temperaturwechsel übersteht oder im ersten Monat ausfällt.

Epoxidglasfaserplatten, auch Epoxidglasgewebelaminat genannt, werden hergestellt, indem Schichten aus gewebtem, mit Epoxidharz imprägniertem Glasfasergewebe gestapelt und unter Hitze und Druck gepresst werden. Das Ergebnis ist eine starre Isolierplatte, die in Lithiumbatteriesätzen, elektrischen Geräten, Leiterplattenbefestigungen und Transformatorkomponenten verwendet wird. Aber nicht jedes Blatt erbringt die gleiche Leistung. Die NEMA-Klasse – G10, FR4, G11 oder FR5 – definiert das Harzsystem, die maximale Dauertemperatur und die Flammhemmung.

Was zeichnet eine Epoxid-Glasfaserplattensorte aus?

Die Qualitäten von Epoxid-Glasfaserplatten werden durch das Harzsystem, die Glasübergangstemperatur (Tg), die Wärmeklasse und die dielektrische Leistung definiert.

NEMA-Bezeichnungen wie G10 und FR4 sind keine Markenbezeichnungen. Dabei handelt es sich um standardisierte Werte, die angegeben werden, wie sich ein Laminat unter Hitze-, Flammen- und Spannungsbelastung verhält. Die drei Parameter, die wichtigsten sind:

Kontinuierliche Betriebstemperatur

Die Wärmeklasse legt die maximale Temperatur fest, bei der die Platte unbegrenzt betrieben werden kann. G10 unterstützt 105 °C (Klasse A), FR4 unterstützt 135 °C (Klasse B), G11 unterstützt 150 °C (Klasse F) und FR5 unterstützt 170 °C (Klasse F).

UL94-Entflammbarkeitsklasse

UL94 misst, wie schnell ein Material nach der Entzündung erlischt. FR4 und FR5 haben eine V-0-Einstufung, was bedeutet, dass sie in weniger als 10 Sekunden selbstverlöschend sind. G10 und G11 sind nur HB-zertifiziert.

Spannungsfestigkeit

Dies ist die Spannung, bei der das Material zerfällt. Für die Hochspannungsisolierung sind Werte über 10 kV/mm erforderlich. Je höher die Konsistenz des Harzgehalts ist, desto zuverlässiger ist der dielektrische Pfad über die Folie.

Bei Dongli New Materials wird die Epoxidglasfaser-Dämmplatte mit streng kontrolliertem Harzgehalt und einem überwachten Press-Wärmeprofil hergestellt. Dadurch werden interne Hohlräume reduziert, die bei Hochspannungsanwendungen als elektrische Durchschlagspfade wirken könnten.

Die vier Hauptklassen im Überblick

Die vier gängigsten Epoxid-Glasfaserplattenqualitäten sind G10, FR4, G11 und FR5, jeweils standardisiert für unterschiedliche Temperatur-, Flammschutz- und mechanische Anforderungen.

Epoxidharz-Glasfaser-Dämmplatte Lichtbogenfestigkeit: 180 Sekunden ohne Nachführung (ASTM D495), spezifiziert für Hochspannungsschaltanlagen und Schütze. Produkt anzeigen →

G10 und sein IEC-Äquivalent EPGC201 sind Allzwecktypen, die für einen Dauerbetrieb bei 105 °C ausgelegt sind. Sie bieten eine starke mechanische Leistung, verfügen jedoch nur über die Einstufung UL94 HB, wodurch sie für Anwendungen, die selbstverlöschendes Verhalten erfordern, eingeschränkt sind.

FR4 ist die am häufigsten spezifizierte Sorte für elektrische und elektronische Isolierung. Es trägt die Einstufung UL94 V-0 und bleibt bei 135 °C formstabil. FR4 ist die Standardwahl für PCB-Isolierung, Batteriepack-Trenner und Steuerplatinen-Montageplatten.

G11 ist eine Hochtemperatursorte mit hoher Festigkeit, die für 150 °C ausgelegt ist. Es bietet eine hervorragende Biegefestigkeit und wird in der Luft- und Raumfahrt sowie in schweren Industrieanlagen eingesetzt, wo Hitzebeständigkeit wichtiger ist als Flammschutz.

FR5 kombiniert die thermische Leistung von G11 mit der Flammhemmung von FR4. Es verträgt einen Dauerbetrieb bei 170 °C und wird in Traktionswechselrichtern und Hochleistungselektronik spezifiziert.

Während G10 in kostengünstigen Isolierteilen immer noch üblich ist, hat FR4 es aufgrund der V-0-Anforderung in Leiterplattenhalterungen und Batteriesatzkomponenten weitgehend ersetzt. G11 und FR5 sind für Anwendungen reserviert, bei denen Wärme die Hauptbeschränkung darstellt – herkömmliche Luft- und Raumfahrt, Traktionswechselrichter oder Schweißgeräte.

Wählen Sie also die richtige Note aus

Wählen Sie die Qualität der Epoxid-Glasfaserplatten aus, indem Sie drei Einschränkungen vergleichen: Dauerbetriebstemperatur, UL94-Entflammbarkeitsanforderung und Feuchtigkeitseinwirkung.

• Beginnen Sie mit kontinuierlicher Temperatur. Ein versiegeltes Gehäuse mit Leistungswiderständen kann problemlos eine Lufttemperatur von 110 °C erreichen. Dadurch wird G10 entfernt und Sie werden zu FR4 oder höher gezwungen.
• Überprüfen Sie die UL94-Anforderung. Unterhaltungselektronik, Fahrzeugelektrik und viele Industriestandards schreiben V-0 vor. Nur FR4 und FR5 erfüllen diese Anforderungen.
• Berücksichtigen Sie die Einwirkung von Feuchtigkeit. FR4 absorbiert nach 24-stündigem Eintauchen 0,30 % Wasser, G10 absorbiert schnell 0,50 %. Ein feuchter Pflanzenboden erfordert eine geringere Aufnahme.
• Gewichtsbearbeitungsverhalten. FR4- und FR5-Späne sind abrasiver als G10-Späne, sodass der Verschleiß der Bohrbuchse etwa 20 % höher ist. Planen Sie Hartmetallwerkzeuge.

Qualitätskontrolle und Verarbeitung

Die wichtigsten Qualitätsmerkmale für Epoxid-Glasfaserplatten sind die Konsistenz des Harzgehalts, der Hohlraumgehalt und die Dimensionsstabilität nach der Bearbeitung.

Ein gut gefertigtes Epoxid-Glasgewebelaminat hält den Harzgehalt auf der gesamten Plattenoberfläche innerhalb von ±2 %. Eine Harzverteilung außerhalb der Spezifikation führt zu lokalen Hotspots, ungleichmäßiger Durchschlagsfestigkeit und Verzug nach dem CNC-Fräsen. Das Harz-zu-Faser-Verhältnis ist wichtig, da es direkt die Verbindungsqualität zwischen den Schichten und die Fähigkeit des Materials, thermischen Zyklen standzuhalten, steuert. Dieser technische Leitfaden zu Epoxid-Prepreg-Harz-zu-Faser-Verhältnissen deckt die gleichen Kontrollparameter in Prepreg-Form ab.

Überprüfen Sie bei der Beschaffung von Isolierplatten die folgenden Produktionskontrollen:

• Dichte je nach Glasgehalt zwischen 1,85 und 2,0 g/cm³.
• Hohlraumgehalt unter 0,5 % für Hochspannungsisolierung. Mikroskopisch kleine Lufteinschlüsse sind die Hauptursache für dielektrische Durchschläge.
• Kantenqualität nach der Bearbeitung. Delamination oder Mikrorisse an Schnittkanten sind eine häufige Fehlerursache bei Isolationsbauteilen.

Epoxid-Kohlefaser-Prepreg Derzeit bestehen 70 % der fortschrittlichen Verbundprodukte aus gestapelten und ausgehärteten Prepregs. Prepregs sind Halbzeuge, die nach der Herstellung gelagert und aufbereitet werden. Produkt anzeigen →

Dongli New Materials betreibt eine 32.000 m² große Anlage mit Werkstätten mit konstanter Temperatur und einem Reinraum der Klasse 100.000. Die Reinraumumgebung trägt dazu bei, Partikelkontaminationen auf der Laminatoberfläche während des Auflegens und Pressens zu verhindern.

FAQ

Was ist der Unterschied zwischen G10 und FR4?

G10 ist für einen Dauerbetrieb bei 105 °C mit UL94 HB-Entflammbarkeit ausgelegt, während FR4 135 °C unterstützt und UL94 V-0 erfüllt. Für elektrische Geräte unter thermischer Belastung ist FR4 die sicherere Wahl.

Können Epoxid-Glasfaserplatten im Freien verwendet werden?

Epoxidlaminate sind nicht UV-stabil und zersetzen sich bei längerer direkter Sonneneinstrahlung an der Oberfläche. Verwenden Sie sie im Innenbereich oder tragen Sie einen UV-beständigen Schutzanstrich auf.

Wofür steht FR4?

FR4 steht für Flame Retardant Grade 4 im NEMA-System. Es verwendet Epoxidharz mit bromierten flammhemmenden Zusätzen und ist das Standardmaterial für die Basisisolierung von Leiterplatten.

Woher weiß ich, welche Notiz meine Bewerbung benötigt?

Vergleichen Sie drei Zahlen: Ihre höchste kontinuierliche Lufttemperatur am Teil, Ihre UL94-Anforderung und die Feuchtigkeitseinwirkung. Vergleichen Sie sie dann mit der Notentabelle. Ein Materialhersteller kann Durchschlagsfestigkeitstests an Proben durchführen, um die Wahl zu bestätigen.