PCBブログ - FR 4誘電強度

典型的なfr 4誘電体強度値は800 v/mil〜1500 v/milの範囲である。PCB材料を標準交流電源周波数の短高圧パルスに配置することで電気強度を決定した。

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。ガラス繊維の編組方法、樹脂、厚さによって、Fr 4の誘電強度は45-70 kV/mmであり、これはその安全性を維持するために一定の保護措置が必要であることを意味する。熱膨張係数とは、温度変化における材料の長さ変化を指し、通常ppm/°Cで表される。FR 4の誘電率（Dk）は3.8〜4.8 MHzの範囲で変化する。

FR 4は一般的なガラス繊維強化エポキシ積層材料であり、優れた電気的及び機械的特性を有する。電子分野では、FR 4の誘電率は重要な性能パラメータである。

FR 4の誘電率は通常4〜6の間であり、これは比較的高い値範囲である。これにより、FR 4は電子回路設計において重要な役割を果たす。まず、FR 4の高誘電率により、信号間の干渉を回避するために、回路中の異なる信号線を効果的に分離することができる。次に、高誘電率はキャパシタの容量値を増加させ、回路の性能を向上させることもできる。

誘電強度と誘電率の関係

1.概念

a：誘電強度は材料が誘電破壊を発生させずに高圧に耐える能力を測定する。試料を電極間に配置し、誘電破壊が発生するまで印加電圧を一連のステップで高めて誘電強度を測定した。

b：誘電率は絶縁体の電気エネルギー貯蔵における性能を測定するために用いられる。絶縁材料を媒体として用いた2つの金属板間の容量と、空気を媒体として又は真空として用いた2つの同じ金属板間の容量との比である。誘電率は誘電体の分極の程度、すなわち結合電荷の能力を表す。誘電率が大きいほど、電荷を束縛する能力が強くなります。

2.誘電率に対する温度の影響

温度は物質の性質にも重大な影響を与える。分子間の相互作用に影響を与えるからだ。一般に、温度が高くなるにつれて分子間の相互作用が弱まり、分極の低下と誘電率の低下をもたらす。しかし、温度上昇による分子運動の激化により、外部電場の作用下で破壊が発生しやすくなり、誘電強度もそれに応じて低下する。

3.連絡先

誘電強度とは、材料が電界中で耐えることができる最大電界強度を指す。電界強度が材料の誘電強度を超えると、材料は電気ショックを受ける。誘電率が大きいほど、材料の電界に対する抵抗力が強くなり、これは材料の誘電強度が高いことを意味する。

誘電率は物理量であり、材料中の電界の伝播速度を反映して、材料の電界に対する応答能力を記述している。誘電率が高いほど、材料中の電界伝播の速度は遅くなる。

FR 4誘電率と周波数の関係

FR 4材料の誘電率は高周波で低下し、通常は5 GHz以上の信号周波数での典型的な値4.7から4.0近くに低下し、この変化はPCB設計にとって重要である。この変化は分散と呼ばれ、異なる周波数成分を有する信号が異なる速度でPCBアラインメントを介して伝播する結果、信号歪みを引き起こす可能性がある。

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周波数とともに誘電率が変化すると、信号の位相速度と群速度が影響を受ける。相速度は誘電率の平方根に反比例し、これは誘電率の減少が信号伝播を加速させることを意味する。しかし、信号が受信側に到達すると、このような不均一な伝播速度は、信号の異なる周波数成分間の位相差をもたらし、最終的には信号完全性の歪みと劣化をもたらす可能性がある。

信号損失増加

高周波では、FR 4材料の損失因子（Df）が顕著に増加した。これは、信号伝送中に誘電損失により信号強度が徐々に低下し、信号歪みを引き起こす可能性があることを意味している。この損失は、周波数が高いほど信号の減衰が大きくなるため、高速デジタル信号伝送において特に顕著である。

要するに、高周波でのFR 4材料の誘電率変化は、

信号歪み：異なる周波数成分の伝播速度が一致しないため、遅延拡散をトリガし、信号波形歪みを引き起こす可能性がある。

信号減衰：損失因子の増加は信号が伝送過程で急速に退化し、信号強度と信頼性に影響を与える。

材料選択戦略：高周波回路を設計する際、信号完全性を維持するために、セラミックスやPTFEなどの誘電率が低く、損失が低い材料を使用することを考慮する必要がある場合があります。

FR 4の誘電強度は絶縁体としての材料の電気強度を測定する指標であり、誘電強度が高いほど絶縁体としての品質が良い。電界強度が材料の誘電強度を超えると、材料が電気的に破壊されたり、破壊されたりして、電流が急激に増加したり、電気的に故障したりする可能性があります。