PCB Blog - fr4基板材料の良い耐熱性について

fr4は一般的に使用されるPCB基板材料、良い耐熱性を持っいる基板材料で、温度を必要とする回路基板に適している。

fr4は難燃グレード4として知られている、難燃性エポキシガラスクロスベースの銅張積層板のグレード標準は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂材料の略の "難燃"（難燃性）レベル4です。それは、エポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維布で構成されています。

ガラス繊維クロスにエポキシ樹脂を含浸させ、銅箔で被覆したもので、機械的強度、電気的特性、コストパフォーマンスに優れ、エレクトロニクス業界で広く使用されており、プリント基板製造に使用される最も一般的な基板材料の一つとなっている。

その意味を説明させていただきます：

難燃性（Flame Retardant）：難燃性とは、炎にさらされたときに炎の伝播を遅らせたり、自己消火したりする材料の能力のことで、火災のリスクを低減する。

電子機器に使用される材料、特にPCB基板材料は、機器が異常な状況下で火災によるより深刻な問題を引き起こさないように、良好な難燃性を持つ必要があります。

FR-4グレード4：FR-4にはグレードがあり、グレード4は難燃性の高い材料です。

国際電気標準会議（IEC）の規格によると、FR-4グレード4は材料の垂直燃焼速度が30mm/分以下であることを意味します。

FR-4グレード4の材料は難燃性の面でより信頼性が高く、電子機器の製造に広く使用されています。

したがって、FR-4という用語は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂材料のクラスの略称であり、良好な難燃性を持つ一般的で信頼性の高いPCB基板材料である。

その安定した性能と比較的低い生産コストのため、FR-4材料は、ほとんどの汎用電子機器の製造に広く使用されています。

FR-4はPCB基板材料の王冠である、その利点は、電子機器や市場の需要の様々な性能要件を満たすために、

その良好な総合的な性能、広い応用範囲と成熟した製造プロセスにあるPCB基板材料の王である。

FR-4は優れた総合性能を有し、優れた耐熱性、耐湿性、耐化学性と機械的強度を有するだけでなく、

良好な誘電性、難燃性と寸法安定性を有し、各種電子機器の性能要求を満たすことができる。

FR-4は応用範囲が広く、片面、両面回路基板だけでなく、多層回路基板、

さらには高密度相互接続（HDI）回路基板にも使用でき、電子技術の急速な発展とニーズの多様化に適応できる。

FR-4は、成熟した製造プロセスを持って、その生産技術は、回路基板の品質と一貫性を確保するために、

非常に完璧なされているだけでなく、サプライヤーの富と低価格を持って、回路基板とリスクを製造するコストを削減することができます。

FR4基板材料の以下の主要パラメータを理解することで、FR4基板材料の性能と電子製品における重要な役割を理解することができます。

第一に、誘電率である。

誘電率は材料の電気絶縁性能を測定する重要なパラメータの一つである。

fr4基板材料の場合、その誘電率は材料中の電磁波の伝搬速度と波長を決定します。

誘電率が小さいほど、電磁波は材料中を速く伝播し、周波数も高くなります。

FR4基板材料の誘電率が1に近づくと、材料のインピーダンス整合性能が良くなり、信号伝送の速度と品質を向上させることができる。

第二に、熱膨張係数である。

熱膨張係数は、温度変化による材料の長さ変化を測定する重要なパラメータの一つである。

FR4基板材料の場合、その熱膨張係数は温度変化による変形の有無を決定し、電子製品の安定性と信頼性に影響を与える。

FR4基板材料の熱膨張係数を適切に制御することで、温度変化による応力集中や部品間のミスマッチを避けることができる。

第三に、ガラス転移温度である。

ガラス転移温度とは、材料がガラス状態から固体状態になる臨界温度を指す。

FR4基板材料の場合、そのガラス転移温度は高温における材料の機械的特性と絶縁特性を決定する。

ガラス転移温度が高いほど、高温環境下でもFR4基板材料が良好な物理的・電気的特性を維持できることを保証でき、電子製品の信頼性と安定性を向上させることができる。

第四に、電気絶縁破壊強度である。

電気絶縁破壊強度は、材料が電界の作用下で耐えられる最大電圧を指す。

FR4基板材料の場合、電気絶縁破壊強度は材料の絶縁容量と信頼性を決定する。

電気絶縁破壊抵抗が高いほど、材料はより高い動作電圧に耐えることができ、電気絶縁破壊による機器の損傷や誤作動を効果的に防ぐことができます。

電子製品で一般的に使用される基板材料として、FR4基板材料には製品性能に大きな影響を与える重要なパラメータがあります。

誘電率、熱膨張係数、ガラス転移温度、電気絶縁破壊抵抗は、FR4基板材料の性能を示す重要な指標です。

これらのパラメータを合理的に制御することにより、電子製品の信号伝送速度、安定性、信頼性を向上させることができる。

将来の応用において、FR4基板材料の主要パラメータの研究と更なる最適化は、電子製品の開発により良いサポートと保証を提供するための重要な方向性である。

FR4材料は、以下の理由でPCB製造に広く選択されています：

1.安定した電気特性：fr4材料は、高い誘電率と低い誘電正接を含む良好な電気特性と機械的強度を持っています。

これにより、良好な信号伝送を提供し、電力損失を抑制し、使用中のPCBをより安定させ、回路基板の安定性と信頼性を確保することができます。

さらに、FR-4シートは平坦度が高く、表面が滑らかで、ピットがなく、厚み公差が標準的であるため、高性能の電子絶縁要求への応用に適している。

2.優秀な絶縁の特性：FR4 材料に効果的に回路層間の干渉を隔離し、よい電気分離を提供し、回路層間の短絡を防ぐことができるよい絶縁の特性があります。

これにより、複雑な回路や高密度のレイアウトでも良好な性能を維持することができる。

3.耐熱性：FR-4板材の耐熱温度範囲は通常130℃~ 180℃であり、耐熱性能は良好であり、比較的高い温度でその構造と性能の安定を保持でき、大部分の環境条件に適応できる。

FR 4材料は優れた耐熱性を持ち、比較的高温で動作することができる。

これにより、工業機器、自動車電子、通信機器など、さまざまな応用分野に適用され、これらの環境の中で温度が高い場合でも良好な性能を維持することができます。

4.優れた機械的特性：FR4材料は高い強度と硬度を持ち、基板が外力や振動に抵抗できるよう、十分な構造的支持と安定性を提供します。

これは、現代の電子機器、特にモバイル機器や自動車用電子機器などの分野で重要な特性です。

5.安価：FR4材料は比較的安価で、広く入手可能であり、豊富な経験に裏付けられている。

このため、PCB製造の主な選択肢の一つとなっている。

6.加工性：FR-4シートは加工性能がよく、穴あけ、切断、曲げなどの加工が容易で、複雑な多層基板構造を実現するのに便利です。

また、コストが比較的低く、大量生産と使用に適している。

fr4材料に加えて、高周波材料、高温度材料など、特定の性能要件を満たすために他の材料を選択することができるいくつかの特別なニーズのアプリケーションがあります。

しかし、全体的には、FR4材料は、良好な全体的な性能と費用対効果を持っているため、PCB基板製造において最も一般的に使用される耐熱材料の一つとなっている。