PCB材料選択ガイド

ジャンプ先：

• 熱特性
• 電気的特性
• PCB材料の選択に対する電力と熱の影響
• フレックスおよびリジッドフレックスボード
• MillenniumCircuitsLimitedからPCBを購入する

すべてのPCB材料タイプで、目的は電気を伝導し、銅の伝導層の間に絶縁を提供することです。 FR-4は、このカテゴリで最も広く使用されている材料です。ただし、ボードのニーズは常にさまざまなPCB材料特性に依存します。次のPCB材料選択ガイドを読んで、さまざまなPCB材料タイプの熱的、電気的、化学的、および機械的特性に関して何を探すべきかを学びます。

PCB材料オプション、分類、および基板特性に関する考慮事項

熱特性

• ガラス転移温度（Tg）： PCB基板は、特定のしきい値を超える温度にさらされると軟化します。基板は、熱から外されると硬化して自然な状態に戻ります。この変換を基板に適用できる範囲は、ガラス転移温度（Tg）として知られています。これは、摂氏で表される単位です。
• 分解温度（Td）： 特定のしきい値を超える温度にさらされると、PCB基板が分解します。その過程で、PCBは全体の質量の5％以上を失います。このプロセスが発生する温度範囲は、分解温度（Td）と呼ばれ、摂氏で示されます。材料がガラス転移温度から取り除かれると、Tg変換の影響は自己逆転しますが、基板に対する分解温度の影響は永続的です。そのため、作業環境の温度範囲を処理できるPCB材料を使用するのが最適です。 PCB基板をはんだ付けするのに必要な温度は、一般に200°Cから250°Cの間です。理想的には、Tgはその範囲より低く、Tdは高くする必要があります。
• 熱膨張係数（CTE）： PCBの膨張率は、CTEとして知られています。基板がそのTgを超える温度にさらされると、材料のCTEも上昇します。これは、百万分率（ppm）で測定されます。基板は一般に銅層よりも高いCTEを持ちます。この違いは、熱が加えられたときに相互接続の問題の原因となることがあります。 PCB材料の周りのガラス織物の制約により、CTEは通常X軸とY軸で10〜20ppmの範囲にあります。温度がTgしきい値を超えても、CTEは同じままです。これは材料が膨張する方向であるため、CTEは軸全体で最小限に抑える必要があります。安全のために、70ppm以下のCTEをお勧めします。

• 熱伝導率（k）： PCBの熱伝導特性は、熱伝導率（k）と呼ばれます。材料の熱伝導率は、PCBが熱を伝達する能力と直接相関しています。 kレベルが低い場合、熱伝達のレベルも低くなり、その逆も同様です。熱伝導率は、ケルビン（K）でワット/メートル（W / M）で測定されます。多くの誘電体材料の熱伝導範囲は0.3〜6 W / mkです。比較すると、銅のkレベルは386 W/Mです。 -ºC。そのため、銅層はPCB内の誘電体よりも速く熱を運びます。

電気的特性

• 誘電率または比誘電率（ErまたはDk）： 誘電率の電気的性能を決定する最も重要な2つの要因は、インピーダンスとシグナルインテグリティです。 PCB材料の誘電率（Er）または比誘電率（Dk）は、一般に3.5〜5.5です。材料のErレベルは周波数に依存し、通常、周波数が上がると低下します。 Dkレベルは、特定のPCB材料では他の材料よりも変化が少ないです。材料が高周波を伴うアプリケーションで安全であるためには、広範囲の周波数にわたって安定した誘電率を維持する必要があります。

• 誘電正接または誘電正接（TanδまたはDf）： 損失接線が低い場合、材料の損失は少なくなります。プリント回路基板に使用される材料の誘電正接（Tanδ）は、一般に0.02〜0.001の範囲です。前者の図は、より広く使用されている材料に適用されます。ただし、後者の数値は一般的にハイエンドの素材に適用されます。 Tanδも周波数とともに増加します。デジタル回路に関しては、損失タンジェントは一般的に重要性の低い要素です。この規則への期待には、周波数レベルが1Ghzを超えるすべてのアプリケーションが含まれます。損失接線は、アナログ信号にとってより重要です。
• 体積抵抗率（ρ）： 誘電体の絶縁または電気に対する抵抗は、その体積抵抗（ρ）として知られています。抵抗率の高いPCB材料は、電荷を促進する可能性が低くなります。オームメーター（Ω-m）（およびオームセンチメートル（Ω-cm））は、特定の誘電体の抵抗率を測定するために使用されます。すべての誘電体絶縁体と同様に、プリント回路基板上の材料は、抵抗率が高く、できれば10 ³ の範囲である必要があります。 〜10 ¹⁰ メガオーム-センチメートル。熱、寒さ、湿気などの外部要因は、材料の抵抗率に影響を与える可能性があります。
• 表面抵抗率（ρS）： 絶縁および電気に対する誘電体の表面抵抗は、表面抵抗率（ρS）と呼ばれます。材料のρレベルと同様に、ρSは高くなければならず、できれば10 ³ の範囲である必要があります。 〜10 ⁹ 正方形あたりのcMegaohms。 ρと同様に、材料のρSレベルは、極端な温度や湿気の影響を受ける可能性があります。
• 電気的強度： プリント回路基板のZ方向全体で、絶縁破壊に耐える絶縁耐力は電気強度と呼ばれ、ボルト/ミルで測定されます。ほとんどのPCB材料の電気強度は、800 V / mil〜1500 V/milです。

無料見積もりをリクエストする

PCB材料の選択に対する電力と熱の影響

化学的性質

• 可燃性仕様（UL94）： プラスチックの難燃性（プラスチックの可燃性とも呼ばれます）は、デバイスおよびアプライアンスの部品のプラスチック材料の可燃性の安全性に関する基準（UL94）で最高から最低にランク付けされています。 UL94のPCB材料の要件では、火炎燃焼で10秒を超えて試験片を燃焼させることはできないと規定されています。 5つの標本のセットの場合、組み合わせた標本は、炎の燃焼で50秒を超えて燃焼することはできません。
• 吸湿： 液体に沈められたとき、この種の暴露に耐える誘電体の能力は、吸湿と呼ばれます。 PCB材料の大部分は、0.01パーセントから0.20パーセントの間の吸湿値を持っています。誘電体の電気的および熱的特性は、両方とも材料の吸湿によって影響を受けます。
• 塩化メチレン耐性： PCB材料の耐薬品性は、塩化メチレン耐性（MCR）と呼ばれ、塩化メチレン吸収に対する誘電体の抵抗を最も直接的に測定します。誘電体のMCRは0.01％から0.20％であることがよくあります。

フレックスおよびリジッドフレックスボード

機械的特性

• 剥離強度： プリント回路基板の誘電体層と銅層の間の結合能力は、剥離強度として知られています。 PCB製造段階では、次の3つの条件下で、厚さ1オンスの銅トレースの剥離強度がテストされます。熱応力後、高温、および化学物質への暴露後。
• 曲げ強度： 誘電体が破損することなく物理的応力に耐える能力は、曲げ強度と呼ばれ、1平方メートルあたりのキログラムまたは1平方インチあたりのポンドで測定されます。プリント回路基板の曲げ強度をテストするために、端だけが支えられている間に中央に力が加えられます。絶縁耐力は、PCB材料の応力/ひずみ比と、各方向での保持力を決定する引張弾性率によっても測定されます。引張弾性率は、ヤング率と呼ばれることが多く、PCBの応力に耐える能力の尺度として、一部のメーカーでは曲げ強度の代わりに使用されます。
• 密度： 誘電体の密度は、グラム/立方センチメートル（g / cc）で測定されます。または、PCB密度をポンド/立方インチ（lb / in ^ 3）で測定することもできます。
• 層間剥離までの時間： 層間剥離の原因となる影響に対する誘電体の抵抗の持続時間は、「層間剥離までの時間」と呼ばれ、特定のしきい値を超える温度にさらされたときにPCBの層が互いにほどけるまでにかかる時間を決定します。 PCB材料は、ラミネートであれグラスファイバーであれ、熱衝撃や湿気にさらされると剥離する可能性があります。

フレックスおよびリジッドフレックスボードの詳細を読む

HDIに関する考慮事項の資料

低品質の銅箔や誘電体などの要因は、PCBのメカニズムに影響を与える可能性があります。誘電体材料を適切に選択することで、回路基板が誤った信号を送信するのを防ぐことができます。

誘電体の分子的性質により、システムが損失を受けやすくなる可能性があります。信号が生成されるたびに、分子内の磁場が振動します。この影響は、信号周波数の高さによって決まります。振動が発生すると、エネルギーが熱になり、その結果、システムで失われます。

銅導体もシステム内の損失の原因となる可能性があります。電子が導体の中心から外れると、周波数が高くなります。たとえば、ニッケル仕上げの銅導体では、銅ではなくニッケルに大量の電流が流れるため、損失が発生します。完全に銅で構成された導体は、マイクロリッジが存在する場合、電流を上下に送り、抵抗を引き起こす可能性があるため、損失が発生する可能性もあります。

HDIボードについてもっと読む

どの機能を選択できますか？

システムでの損失を防ぐために、次の両方のカテゴリのオプションをチェックして、高周波に最適な材料を選択していることを確認してください。

• 基板： プリント回路基板の基板には、エポキシやグラスファイバーなどのさまざまな材料が含まれています。高周波の回路を生成するには、基板の誘電率が低い必要があります。
• フォイル： 銅に適用できる箔にはいくつかの種類があります。抵抗を最も確実に最小化できる銅を選択してください。

低品質でミスマッチな基板とフォイルはコストのかかる損失につながる可能性がありますが、正しい選択は長期的なPCBパフォーマンスを得るのに役立ちます。

ベストプラクティスとその他の考慮事項

高周波のアプリケーションに最適な基板とフォイルを選択するには、特定の方法を念頭に置く必要があります。

• 誘電率を一致させる： プリント回路基板では、異なる誘電率のDkを互いに一致させる必要があります。 Dkが矛盾する場合、問題が発生する可能性があります。不一致のDKの例としては、織物層とペアになった樹脂があります。
• 熱膨張係数（CTE）の一致： 温度に関係する基板の品質の中で、CTEが最も重要です。 Dkと同様に、2つの基板間のCTEは一致する必要があります。そうしないと、2つの基板が異なる速度と一貫性で拡張する可能性があります。製造プロセス中に、CTEが異なると欠陥が発生する可能性があります。 PCBが使用されている場合、CTEの衝突がDkに影響を与える可能性があります。
• タイトな基板織り： 素材とメッシュが適切に相互作用するためには、基板をしっかりと織る必要があります。そうでない場合、DKは悪影響を受けます。
• FR-4を使用しないでください： 低コストのため、FR-4が一般的な選択肢です。ただし、高周波を生成する回路の場合、FR-4は不適切な材料です。
• 滑らかな箔のみを使用する： 最高周波数での損失を軽減するには、滑らかな銅箔を使用します。
• 導電性フォイルを使用する： 導体が貧弱な場合、回路に減衰効果が生じる可能性があります。これが起こらないようにするには、適切な導電性フォイルのみを使用してください。

PCBに関して言えば、性能は品質がすべてであり、それは高品質でよく調和した部品でのみ保証できます。カタログを調べて、どのPCBがニーズに最も適しているかを検討するときは、次の考慮事項にも留意してください。

• コスト： 良質の基板はかなりの投資になる可能性があります。事実、プリント回路基板に関しては、あなたが支払うものを手に入れることができます。適切に投資する気がない場合は、部品が故障するため、将来的にはるかに多くの損失を被ることになります。

• 製造上の欠陥： 高周波で動作するように設計された材料では、PTFEやその他の特定の材料で一般的な欠陥の可能性を再確認することが常に賢明です。

適切な材料を選択し、適切な金額の現金を投資し、製造上の欠陥をチェックすると、プリント回路基板を失うことなく、長年のパフォーマンスを得る可能性がはるかに高くなります。

MillenniumCircuitsLimitedからPCBを購入

Millennium Circuits Limited（MCL）では、最高級のプリント回路基板を提供しています。私たちが提供する各PCBは、競争力のある価格で、完璧に設計されています。ペンシルベニア州のPCBの大手サプライヤーとして、ここMCLの使命は、あらゆるサイズの注文量で最高のサービスを提供することです。

ペンシルベニア州ハリスバーグの地下室での謙虚な始まりから現在の広々とした本社まで、私たちは専門的に製造されたPCBで世界中の何百もの顧客に到達してきました。現在、ローカルとオフショアの両方でPCBを提供しているため、お客様はPCBソースとしてMCLを選択する際の柔軟性が高まります。

MCLは、「ペンシルベニア州中部で最も急成長している企業トップ50」に3年連続で選ばれた後、2015年に州のトップ250企業にランクインしました。プリント回路基板の大手サプライヤー。 98％の「優れた」品質評価と99％の納期厳守の記録により、MCLのチームは最高のカスタマーサービスを提供できます。 PCBの詳細については、製品とサービスのページをクリックして、今すぐお問い合わせください。

無料見積もりをリクエストする