PCBニュース - fr 4材料の性能と密度

現在使用されているほとんどの電子機器はプリント基板に埋め込まれている。PCB回路基板は電子製品の性能と機能への貢献が非常に重要である。そのため、それらは完璧でなければなりません。プリント基板の一部として、材料は様々な要素を考慮しなければならない。プリント基板を製造するための材料を選択します。このうち、FR 4材料はPCB加工において大きな魅力を得ており、プリント基板を製造するのに最も一般的な材料である。FR 4において、FRは難燃剤を表し、数字4はその材料を他の材料と区別する等級を表す。FR 4はPCB加工用の薄い編組ガラス繊維強化エポキシ樹脂積層板である。FR 4がPCB加工でこんなに人気があるのは何ですか。FR 4材料の有益な特性は何ですか。

1.電気性能が良い

基板材料の電気的性質は、材料中の電気信号の伝播速度に重要なので、信号完全性とインピーダンスの考慮において重要な役割を果たしています。FR 4材料は高い誘電強度を有し、これはその電気絶縁性能に寄与する。FR 4の誘電率（Dk）は、ガラス繊維の製織方法、樹脂、厚さに応じて3.8〜4.8 MHzの範囲で変化する。

2.燃えにくい

難燃剤は様々な製造プロセスに適しており、予測可能な結果を生成することができる。FR 4材料は優れた熱、電気、機械的特性を有し、多くの電子応用の第一選択となっている。

3.吸湿性

これはFR 4材料の重要な特性の1つです。水に浸漬すると、材料の吸湿率は0.10%と低くなる。また、FR 4材料は耐高温性を有し、強い防湿性に加えて広い温度範囲に耐えることができる。

4.コスト効果

FR 4材料は一般的なpcb基板である。安定した物理的および化学的性質に加えて、コストが相対的に低いという特徴もある。これはコストを心配するPCBメーカーやデザイナーに有利です。

5.Fr 4材料密度：

FR-4基材はエポキシ樹脂系であるため、Tg値は長い間FR-4基材の等級を分類するための最も一般的な指標であり、IPC-4101規格における主要な性能指標の一つでもある。

6.ガラス転移温度Tg

樹脂系のTg値は、材料が相対剛性または「ガラス状態」から変形可能または軟化可能な状態に変化する温度遷移点を意味する。樹脂が分解されない限り、この熱力学的変化は常に可逆的である。これは、材料を室温からTg値より高い温度に加熱し、その後Tg値より低い温度に冷却すると、以前と同じ性能を持つ剛性状態に戻すことができることを意味している。しかし、材料がTg値をはるかに上回る温度に加熱されると、不可逆的な相転移を引き起こす可能性がある。この温度による影響は、材料の種類や樹脂の熱分解に大きく依存する。

一般に、基材のTgが高いほど、材料の信頼性が高いことを意味する。このスタイルで無鉛溶接プロセスを採用する場合は、基材の熱分解温度（Td）も考慮する必要がある。

他の重要な性能指標としては、熱膨張係数（CTE）、吸水率、材料接着特性、およびT 260およびT 288などの一般的な層状時間試験が挙げられる。

FR 4材料の密度は、ブランド、厚さ、製造プロセスに応じて、通常1.9〜2.2 g／cm 3の間にある。厚いFR 4板は、構造により多くの材料が含まれているため、通常はより高い密度を持っています。

FR 4の密度は回路基板の熱伝導性と機械的強度に直接影響を与える。より高い密度は一般的により良い熱安定性を意味し、これは高出力密度電子部品にとって特に重要である。しかし、密度が大きすぎると回路基板の重量が増加し、軽量化設計のニーズに影響を与える可能性もある。

低密度FR 4材料の密度は通常1.6〜1.7 g／cm 3の範囲であり、航空宇宙や携帯機器などの重量に敏感な用途に適している。低密度材料は全体構造の重量を軽減するだけでなく、ある程度良好な電気性能を維持している。

回路基板の設計寿命に対するFR 4材料密度の影響

1.材料密度と熱管理

FR 4材料の密度は直接その熱伝導性に影響する。より高密度の材料は、より良好な熱安定性を有することが多く、これは、回路基板の性能が高温動作環境においてより長い時間維持することができ、それによって熱膨張による機械的応力が減少し、それによって設計寿命が延長されることを意味する。逆に、低密度FR 4材料は過熱と熱応力の増加を招き、回路基板の寿命を短縮する。

2.材料強度と機械的衝撃抵抗性

FR 4の密度はその機械的強度と剛性に関係している。より高密度のFR 4材料は一般的により大きな耐機械的衝撃性を有し、これは回路基板が頻繁な振動や衝撃に曝される応用において特に重要である。材料が十分に強固でない場合、回路基板が割れたり破断したりして、電気性能に影響を与え、設計寿命に悪影響を与える可能性があります。

3.電気特性と性能安定性

FR 4の密度は誘電強度や絶縁などの電気特性にも影響する。より高密度のFR 4は一般的に優れた電気的分離を提供し、これは高周波用途と高圧環境に特に重要である。これらの条件下では、低密度の材料は破壊や漏電を招き、回路の全体的な性能と安全性に影響を与える可能性があります。

4.コストと材料の選択

高密度のFR 4材料も通常は比較的高価であるが、回路基板の長期安定性を確保する上で、高密度の材料を選択することは、より経済的で合理的な決定である可能性がある。短期的に材料コストを削減すると、長期的な故障やメンテナンスコストの増加につながり、その価値よりも高くなる可能性があります。

PCB加工におけるFR 4材料選択の重要なガイドライン？FR 4材料の厚さはPCB加工において重要な役割を果たしている。回路基板加工にFR 4材料を選択する際には、材料の厚さ以外にもいくつかの重要な指標を考慮する必要があります。動作温度が150℃を超えると、高性能FR 4積層板を選択するのは常に良い習慣である。前述したように、これらの材料は製造性を維持しながら、より優れた耐熱性と低膨張率を提供する。PCB機能を信頼性の高いものにするために、空間的に制限された薄いFR 4材料を考慮します。これらの軽量材料は、USBコネクタ、Bluetoothアクセサリ、その他のデバイスの精密コンポーネントの製造をサポートしています。

薄いFR 4材料は、空間が常に限られた用途に広く使用されている。これらの材料はより優れた柔軟性を提供することで知られているため、医療や自動車業界で使用されている複雑で薄いPCBの製造に使用されています。異なる周波数で均一な誘電率を持つ材料を選択します。FR 4はこれに適用されます。回路基板が破断したり破損したりする危険性が高いため、溝付きの薄いPCB材料を使用することは避けてください。同じ要件のため、FR 4はさまざまな仕様と構成で製造され、提供されています。それらの有利な物理的及び化学的性質はそれらの普及を促進した。将来の電子アプリケーションでFR 4を検討する予定がある場合は、材料の選択を含む技術援助を提供する可能性のある業界参加者に相談することをお勧めします。