PCBラミネート完全ガイド：エンジニア必携の決定版
人々はプリント基板の構造がどれほど複雑であるかを当然視しがちです。PCBをさまざまな用途で使用するため、それぞれに特定の材料が必要です。ラミネートは必須材料です。メーカーはそれらを使用してPCBを開発および製造します。したがって、利用可能なさまざまなラミネートを理解することが必要です。このガイドでは、PCBラミネートについて知っておくべきすべてを探ります。
PCBラミネートとは？
ラミネートを保持する微小PCBを開発するロボットデバイス
一般的に、PCBには4つのレイヤーがあります：シルクスクリーン、はんだマスク、銅、基板（上から下へ）。したがって、これらのレイヤーはPCBの機能的な構造になるために結合されなければなりません。したがって、PCBラミネートの目的は、PCBレイヤーを一緒に固定することです。
ラミネートはしばしば銅張り材料で、通常樹脂のシートで構成されます。ラミネートの構築にメーカーが使用する樹脂は通常エポキシベースです。しかし、他の生地で構成されることもあります。それでも、メーカーはまず熱硬化性樹脂を使用してシートを硬化させ、ラミネートを作成します。次に、コレクションの各平らな側に2枚の銅箔を適用してこれらの樹脂シートを一緒に圧縮します。
最後に、メーカーはシートが結合するまで熱と力を加えます。ラミネートが硬化すると、プラスチックまたは硬いガラスのような材料に似ています。
ラミネートとプレプレグの違いは？
カーボンファイバー技術施設でのプレプレグ材料製造
出典：Flickr（CC – Generic）
プレプレグは通常、強化ガラス繊維のシートです。プレプレグメーカーは、エポキシ樹脂などの硬化剤を使用してこれらのガラス繊維シートを塗布または予備含浸することでそれらを開発します。したがって、これはラミネートの開発プロセスとは大きく異なります。ラミネートはしばしばプレプレグのシートで構成されます。プレプレグは単に硬化および含浸された生地です。対照的に、ラミネートは加圧および加熱された材料のシートです。
PCBラミネートの種類
プリント基板のコレクション
前述の通り、異なるアプリケーションで異なるPCBを使用します。例えば、デバイスコンポーネントメーカーはコンパクトデバイスでフレキシブルPCBを使用する場合があります。最も一般的なPCBラミネートの種類は：
FR-4 (FR4)
銅張りFR-4 PCB
FR-4はガラス強化エポキシ樹脂ラミネートを指します。難燃性材料です。したがって、FR-4（FR = Flame Retardant）という名前です。それにもかかわらず、FR-4はPCB基板で最も人気のある材料です。これはその高い機械的および電気的強度によるものです。また、添加剤を適用すると高い熱放散を特徴とします。さらに、これらの添加剤は材料の安定性、信頼性、電力仕様を向上させることができます。
それにもかかわらず、FR-4はその恒常性により高層数の回路に対応できます。したがって、高周波PCB製造に適しています。
ポリイミド
ポリイミド材料を使用したフレックスPCB
出典：Wikimedia Commons
メーカーはポイミドラミネートをその固有の高い熱効率で評価しています。また、FR-4材料よりも信頼性が高い傾向があります。これは主に低熱膨張によるものです。したがって、デバイスメーカーは過酷な環境で人々が使用するエレクトロニクスにそれらを実装します。さらに、複数層を必要とするPCB設計に非常に適しています。しかし、メーカーはこの材料をフレキシブルPCB製造に使用します。
テフロン
メーカーは通常、高速PCBを開発するためにテフロンラミネートを使用します。偶然にも、それはその優れた電気的特性によるものです。FR-4と同様に、メーカーは添加剤をテフロンに適用して機械的ストレスを増やすことができます。
テフロンは最も高価なラミネート材料の一つです。したがって、PCB製造と製造で最も人気のない材料の一つです。また、テフロンベースのラミネートを製造するには、スキル、高い専門知識、専門機器が必要です。
高Tgエポキシ
高Tgエポキシは、高いガラス転移温度（別名ガラス化温度）を持つラミネート材料です。この属性により、優れた耐熱性を備えています。したがって、産業用アプリケーションと機械での使用に非常に適しています。また、高Tgエポキシは優れた耐薬品性と耐湿性を持っています。メーカーは通常、多層PCBの構築に使用します。
BT-エポキシ
BT-エポキシは、ビスマレイミドトリアジンとエポキシ樹脂の組み合わせです。メーカーは極端な温度下で構造を維持する能力のためにそれを評価しています。優れた電気的および機械的特性を持っています。したがって、軍事および産業用途に非常に適しています。それにもかかわらず、鉛フリーおよび多層PCBがBT-エポキシラミネートを使用する最も一般的なPCBです。
その他の材料
ガラス繊維材料
上記にリストされた材料がメーカーがラミネートを生産するために使用する唯一のものではありません。例えば、高周波PCBには銅張りラミネートを使用します。また、セラミック生地、シアネートエステル、その他の樹脂と化学物質の組み合わせを使用することもあります。
しかし、これらの材料はこのガイドの他の材料ほど実装されていないため、言及する価値がないかもしれません。さらに、それらはより高価で操作が難しい場合もあります。
ラミネートの特性
PCBに適した材料とラミネートを選択する際、いくつかの属性を考慮してください。これらの特性は熱的、機械的、または電気的のいずれかです。このセクションではこれらの特性を探ります。
熱的特性
短絡による火傷を負ったPCB
- ガラス転移温度 (Tg)：ラミネートは特定の温度範囲に達すると構造的完全性を失います。したがって、ガラス転移温度を使用してラミネートが軟化し硬化する時期を特定します。
- 分解温度 (Td)：ラミネートが永久的な損傷（溶融）を受け始める温度点を説明します。したがって、動作温度が分解範囲より低いPCBラミネートを使用することが重要です。
- 熱膨張係数 (CTE)：ラミネートの膨張率を説明します。ラミネートのCTE閾値を超えて熱を導入すると、膨張し始めます。したがって、PCBをデバイスに統合する際、熱膨張係数を理解することが重要です。
- 熱伝導率 (k)：ラミネートの熱を伝達または伝導する能力を説明する特性。ケルビンで表されます。
電気的特性
プリント基板のマクロ写真
- 誘電率 (ϵr)：ラミネートの電気的および相対透磁率を説明します。本質的に、3.5〜5.5 ϵrの範囲です。
- 誘電正接 (tan δ)：ラミネート内の電気エネルギーの定量的な拡散を表します。通常、PCBラミネートのtan δは0.02〜0.0001の間です。
- 電気/体積抵抗率 (ρ)：ラミネートの電流を抵抗する能力を表します。一般的に、ラミネートの電気抵抗率は10³〜10¹⁰ Ω・m（メガオーム）の間です。
- 表面抵抗率 (ρS)：ラミネートの外部抵抗率を示します。湿気と温度が影響する可能性があります。
- 電気強度：ラミネートの電気的破壊に抵抗する能力を表します。偶然にも、誘電強度とも呼ばれます。ボルト/メートルで表されます。
化学的特性
水と石鹸に浸されたプリント基板
- 難燃性：そのラミネートの着火抵抗能力を表す特性。ほとんどのラミネートは難燃性ですが、外部火災による被害を受ける可能性があります。したがって、この特性はラミネートが火災時にどれくらい燃え続けるかを示します。
- 吸湿性：ラミネートが抵抗できる大気中の湿気の量を表します。特にラミネートを水に浸したとき。しかし、この値はラミネートの熱的および誘電特性に影響します。
- 塩化メチレン耐性：ラミネートの化学的耐性を示します。具体的にはジクロロメタン（または塩化メチレン）に対して。
機械的特性
小型PCBを使用したRAMモジュールの自動生産
- 剥離強度：ラミネートのさまざまな層を接続する結合の強度を指します。
- 曲げ強度：ラミネートの物理的ひずみに抵抗する能力を説明します。基本的に引張強度です。本質的に、この特性はラミネートが最終的に破損する前にどれだけの圧力をかけ、曲げることができるかを示します。
- 密度：ラミネートの質量または厚さを指します。
- 剥離時間：ラミネートが閾値以上の温度に耐え、分解し始めるまでの時間を示します。
PCBラミネート材料の選び方
プリント基板に穴を開けるマシン
電気/PCBラミネートの材料を検討する際、技術仕様や特性以外に考慮すべきことがいくつかあります。考慮しなければならないその他の側面には：
コスト
PCBラミネートを選択する際、コストは常に最初に検討すべきです。最も高価な材料を調達することが合理的に見えるかもしれませんが、大量生産には理想的ではないかもしれません。繰り返しになりますが、FR-4は最も人気のあるPCBラミネート材料です。したがって、調達コストが最も安いです。高い信頼性を持ち、単層および多層PCBに適しています。より高価な材料（金など）を設計に調達して統合できますが、より実用的なアプローチを検討すべきです。必要なことをすべて実行しながら、最もコストを節約できる生地を購入することをお勧めします。
品質
グリーンプロトタイピングボードのコレクション
品質はコストとわずかに交差します。高品質材料はより高価になりがちです。しかし、この2つの側面のバランスを取ることは可能です。したがって、適正な価格で最高品質の生地を販売する評判の良い卸売業者または生産者から材料を調達すべきです。
PCBメーカー
PCBをはんだ付けする自動アイロン
最終的にPCBになるラミネートの材料を選ぶとき、評判の良いPCBメーカーと協力するのが最善です。このメーカーは、ラミネートに統合する予定の材料に非常に精通しているべきです。メーカーはさまざまなガラス繊維と生地スタイルに精通しているべきです。
さらに、彼らはあなたのPCB設計と材料選択を検証できる能力を持つべきです。プロトタイピングから量産まで、最新設備を備えた工場であなたをカバーします。すべてのPCB製造ニーズについてはWellpcb.comにお問い合わせください。
まとめ
シールド材料の隣のPCB
PCBの出現前、電子デバイスメーカーはポイントツーポイント構成とワイヤーラップ設計に頼らなければなりませんでした。現代のPCBが現在のエレクトロニクスを可能にしたと言えます。プリント基板の有効性は、それが使用する材料に大きく依存します。上記のガイドが強調するように、これがラミネートとラミネート材料が非常に重要である理由です。それでも、このガイドがお役に立てば幸いです。いつも読んでいただきありがとうございます。
産業技術