PCBブログ - FR-4 VSアルミニウム板

FR 4基板の材料はガラス繊維とエポキシ樹脂の複合材料であり、ガラス繊維布含浸エポキシ樹脂とも呼ばれる。一般に、ガラス繊維とエポキシ樹脂の割合は1：2である。その利点は良好な耐熱性、安定した電気絶縁性能、高い機械的強度を含み、様々な電子機器に広く応用されている。CTE（熱膨張係数）は材料が温度変化に応答して膨張する程度であり、通常ppm/°C（数千分の1/摂氏度）で表される。FR-4のCTE値は約15 ~ 19 ppm/℃であり、ほとんどの有機パッケージ需要に適している。低CTEパッケージに対する業界の需要が増加するにつれて、FR-4のCTEはより厳しい審査を受けた。

CTEはPCBの性能にとって極めて重要であり、特に熱サイクルを経験する場合、異なる材料間のCTE不整合が応力を引き起こし、それによって機械的故障を引き起こすためである。具体的には、FR-4が銅などの他の材料と結合すると、各材料の膨張率が異なるため、温度変化により界面が割れたり、はがれたりする可能性があります。設計の信頼性を確保するためには、FR−4材料の水平および垂直CTE（CTEx、CTEy、CTEz）を正確に考慮する必要がある。

FR 4基板の製造プロセスは、以下のように要約することができる

1.ガラス繊維布の製造：ガラス繊維は織機を介して接続されてガラス繊維布を形成する。

2.粗加工：用意したガラス繊維布を大金型に入れ、エポキシ樹脂を加え、熱プレス技術で硬化成形する。

3.精密加工：前処理したガラス繊維布はドリル、銅めっきと検査加工を経て、各種規格と型番のFR 4回路基板を生産した。

FR−4はプリント基板（PCB）によく用いられる基板であり、その熱膨張係数（CTE）は電子産業のいくつかの応用において重要である。

1.熱管理と寸法安定性

FR−4材料のCTEは、通常、温度変化の間の寸法安定性を表す50−70 x 10 ^−6/°Cの範囲内にある。電子機器が動作すると、熱の発生により材料が膨張または収縮し、高すぎるCTEにより回路基板が変形し、信頼性に影響を与える可能性がある。設計者は、さまざまな動作条件での回路基板の円滑な動作を確保するために、CTEの影響を考慮する必要があります。

2.溶接信頼性

溶接中、回路基板は急速な熱サイクルを経て、温度の急激な上昇と下降ははんだ接触不良とその後の接続失敗を引き起こす可能性がある。適切なCTE材料を選択することで、熱応力を低減し、溶接点の強度と信頼性を確保することができます。これは電子機器の高密度組立と小型化に特に重要である。

3.高周波回路への応用の重要性

高周波回路は材料の誘電特性と熱膨張特性に厳しい要求がある。FR−4は高周波用途において、材料の選択が適切でない場合、信号遅延と歪みを引き起こす可能性がある。適切なCTEは回路基板を動作周波数で良好な信号完全性を維持させ、高周波回路を設計する重要な要素の一つである。

4.コスト効果の考慮

FR-4はセラミックス、PTFEなどの他の材料に比べてコストが低く、性能が比較的安定している選択です。コスト効果の観点から見ると、FR-4は基本的なCTE要件を満たすと同時に、生産において高度な経済性を提供している。このコスト/パフォーマンスの利点は、FR-4を、特にコンシューマーエレクトロニクス製品において、いくつかの分野の主要な材料にする。

アルミニウム板は良好な放熱機能を有する金属基銅被覆板である。一般に、単一のパネルは、回路層（銅箔）、絶縁層、金属基板の3層構造からなる。一部のハイエンドで使用されているデザインも2重パネルで、回路層、絶縁層、アルミニウム基、絶縁層、回路層の構造を持っています。一般的な多層板を絶縁層とアルミニウム板に接着することによって製造することができる多層板はほとんど使用されていません。

FR-4とアルミニウム板の違い

1.パフォーマンス

異なる基板材料上の導線（銅線）とヒューズ電流の比較は、アルミニウム板とFR-4板の比較から、金属基板の高放熱性により導電性が顕著に向上し、別の角度からアルミニウム板の高放熱特性を示した。アルミニウム基板の放熱は、絶縁層の厚さと熱伝導率に関係している。絶縁層が薄いほどアルミニウム板の熱伝導性は高くなる（ただし耐圧性は低い）。

2.加工性

アルミニウム板は高い機械的強度と靭性を有し、FR-4板より優れている。そのため、アルミニウム板に大面積プリント板を作製し、アルミニウム板に大型ユニットを取り付けることができる。

3.電磁遮蔽性能

回路の性能を保証するために、電子製品の一部のコンポーネントは電磁波の放射と干渉を防ぐ必要があります。アルミニウム板は電磁波を遮蔽板として遮蔽することができる。

4.熱膨張係数

一般的なFR−4の熱膨張、特に板材の厚さにより、金属化孔と線材の品質に影響を与える。主な原因は原材料中の銅の熱膨張係数が厚さで17*106 cm/cm-Cであり、FR-4板の熱膨張率は110*106 cm/cm 2であり、差が顕著であり、加熱基板の膨張、銅線の変化、及び金属孔の破裂による製品信頼性への損害が発生しやすい。アルミニウム板の熱膨張係数は50×106 cm/cm-Cで、通常のFR-4板より小さく、銅箔の熱膨張率に近い。

5.応用分野

FR-4ボードは、一般的な回路設計と一般的な電子製品に適しています。アルミニウム板は通常、LEDランプ板などの放熱要求の高い電子製品に使用される。

FR 4はガラス繊維強化エポキシ樹脂板であり、PCB製造において最も一般的な板の一つである。優れた機械的強度、耐熱性、電気的性質を持ち、高温と高周波で動作することができる。FR 4板は熱膨張係数が小さく、安定性がよく、高精度電子製品の製造に適している。

アルミニウム板は、アルミニウム板、絶縁層、銅箔からなる金属基板である。それは優れた熱伝導性と放熱性能を持ち、大電力電子製品の製造に適している。アルミニウム板の放熱性能はFR 4板より優れているため、高出力LEDランプ、高出力インバータなどの電子製品の製造に適している。

PCBボードの多様性は、電子製品の製造により多くの選択肢を提供している。回路基板を選択する際には、電子製品の性能要件、作業環境、コストなどを総合的に考慮する必要があります。FR 4とアルミニウム板にはそれぞれ長所と短所があり、実際の状況に応じて選択する必要がある。