PCB ラミネート:総合ガイド

多くの人は、プリント回路基板の構造がいかに複雑であるかを当然のことと考えています。 PCB はさまざまなアプリケーション分野に使用されるため、それぞれに特定の材料が必要です。ラミネートは欠かせない素材です。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必要があります。このガイドでは、PCB ラミネートについて知っておく必要があるすべてのことを説明します。

PCB ラミネートとは?

ラミネートを保持するミニチュア PCB を開発するロボット デバイス

一般に、PCB には、シルクスクリーン、はんだマスク、銅、基板 (上から下) の 4 つの層があります。したがって、これらの層は結合して PCB の機能構造にする必要があります。したがって、PCB ラミネートの目的は、PCB 層を一緒に固定することです。

ラミネートは、多くの場合、通常は樹脂のシートで構成される銅被覆材料です。メーカーがラミネートを構築するために使用する樹脂は、通常、エポキシベースです。ただし、他の生地で構成することもできます。それにもかかわらず、メーカーは最初に熱硬化性樹脂を使用してシートを硬化させてラミネートを作成します。次に、コレクションの各平らな面に 2 枚の銅箔シートを貼り付けて、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質ガラスのような素材になります。

ラミネートとプリプレグの違いは何ですか?

プリプレグ材料を製造する炭素繊維技術施設
出典:Flickr (CC – 汎用)

プリプレグは通常、強化グラスファイバーのシートです。プリプレグ 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グラスファイバー シートを適用または事前含浸することにより、プリプレグを開発します。したがって、これはラミネートを開発するプロセスとは大きく異なります。ラミネートは多くの場合、プリプレグのシートで構成されています。プリプレグは、布を硬化して含浸させたばかりです。対照的に、ラミネートは材料のシートを加圧および加熱したものです。

PCB ラミネートの種類

プリント回路基板のコレクション

前述のように、さまざまなアプリケーションにさまざまな PCB を使用しています。たとえば、デバイス コンポーネント メーカーは、コンパクトなデバイスにフレキシブル PCB を使用する場合があります。 PCB ラミネートの最も一般的なタイプは次のとおりです。

FR-4 (FR4)

銅被覆 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。難燃素材です。したがって、FR-4 (FR =Flame Retardant) という名前が付けられました。それにもかかわらず、FR-4 は PCB 基板の最も一般的な材料です。この事実は、その高い機械的および電気的強度によるものです。さらに、製造業者が添加物を適用するときの高い熱放散を特徴としています。さらに、これらの添加剤は、材料の安定性、信頼性、および出力仕様を向上させることができます。

それでも、FR-4 はその安定性により、層数の多い回路に対応できます。そのため、高周波 PCB 製造に適しています。

ポリイミド

ポリイミド素材を使用したフレックス PCB
出典:ウィキメディア コモンズ

製造業者は、ポリイミド ラミネートの本来の高い熱効率を高く評価しています。さらに、FR-4 材料よりも信頼性が高くなる傾向があります。この事実は、主に熱膨張が小さいためです。その結果、デバイス メーカーは、人々が過酷な環境で使用する電子機器にそれらを実装しています。さらに、複数のレイヤーを必要とする PCB 設計に非常に適しています。ただし、メーカーはこの材料をフレキシブル PCB 製造に使用しています。

テフロン

メーカーは通常、高速 PCB の開発にテフロン ラミネートを使用します。ちなみに、その優れた電気特性のためです。 FR-4 と同様に、メーカーはテフロンに添加剤を適用して機械的応力を高めることができます。

テフロンは、最も高価なラミネート素材の 1 つです。そのため、PCB の製造および製造において最も人気のない材料の 1 つです。さらに、テフロンベースのラミネートを製造するには、スキル、高度な専門知識、および特殊な設備が必要です。

高 Tg エポキシ

高 Tg エポキシは、ガラス転移温度 (AKA ガラス化温度) が高いラミネート材料です。この性質により、耐熱性に優れています。したがって、産業用アプリケーションや機械での使用に非常に適しています。さらに、高 Tg エポキシは優れた耐薬品性と耐湿性を備えています。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-Epoxy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。極端な温度下でも構造を維持できるため、製造業者はそれを高く評価しています。電気的および機械的特性に優れています。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、鉛フリーの多層 PCB は、BT-Epoxy ラミネートを使用する最も一般的な PCB です。

その他の素材

グラスファイバー素材

上記の材料は、メーカーがラミネートの製造に使用する唯一のものではありません.たとえば、高周波 PCB には銅張積層板を使用しています。さらに、セラミック生地、シアン酸エステル、およびその他の樹脂と化学物質の組み合わせを使用する場合があります。

ただし、これらの資料は、メーカーがこのガイドの他の資料ほど実装していないため、言及する価値がない場合があります。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ときは、いくつかの属性を考慮してください。これらのプロパティは、熱、機械、または電気のいずれかです。このセクションでは、これらのプロパティについて説明します。

熱特性

短絡による PCB の火傷

• 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、ラミネートがいつ軟化および硬化するかを特定します。
• 分解温度 (Td): ラミネートが永久的な損傷 (溶融) を起こし始める温度点を表します。したがって、動作温度が分解範囲よりも低い 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表します。 CTE しきい値を超えてラミネートに熱を加えると、膨張し始めます。したがって、PCB をデバイスに統合する際は、熱膨張係数を抑えることが重要です。
• 熱伝導率 (k): 熱を伝達または伝導するラミネートの能力を表す特性。ケルビンで表されます。

電気特性

プリント基板のマクロ写真

• 誘電率 ( ϵr ) :ラミネートの電気透磁率と比透磁率を説明してください。基本的に、3.5 から 5.5 ϵr の範囲になります。
• 誘電正接 (tan δ): ラミネート内の電気エネルギーの定量化可能な拡散を表します。通常、PCB ラミネートの tan δ は 0.02 ～ 0.0001 です。
• 電気/体積抵抗率 (ρ): 電流に抵抗するラミネートの能力を表します。通常、ラミネートの電気抵抗率は 103 ～ 1010 Ω･m (メガオーム) です。
• 表面抵抗率 (ρS): ラミネートの外部抵抗率を示します。湿気や温度が影響する場合があります。
• 電気強度: 電気絶縁破壊に対するラミネートの抵抗力を表します。ちなみに、人々はそれを絶縁耐力とも呼んでいます。それを表すために、1 メートルあたりのボルトを使用します。

化学的性質

水と石鹸に浸されたプリント基板

• 可燃性: 炎の着火に抵抗するラミネートの能力を表す特性。ほとんどのラミネートは可燃性である傾向がありますが、それでも外部火災に悩まされる可能性があります.したがって、このプロパティは、ラミネートが燃えている間に燃える時間を示します。
• 吸湿性: ラミネートがどれだけの大気中の湿気に耐えられるかを表します。特にラミネートを水に沈めるとき。それにもかかわらず、この値はラミネートの熱および誘電特性に影響します。
• 塩化メチレン耐性: ラミネートの耐薬品性を示します。具体的には、ジクロロメタン（または塩化メチレン）に。

機械的特性

小型化された 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つなぐ結合の強さを指します。
• 曲げ強度: 物理的な負担に耐えるラミネートの能力を表します。基本的には引っ張り強度です。 基本的に、この特性は、ラミネートが最終的に壊れる前に、どれだけの圧力をかけてラミネートを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。
• 層間剥離の時間: ラミネートが解体を開始する前に、しきい値温度を超えて耐えることができる時間を示します。

PCB ラミネート材料の選択方法

プリント基板に穴を開ける機械

電気/PCB ラミネートの材料を検討する場合、技術仕様や特性以外に考慮すべき点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は次のとおりです。

コスト

PCB ラミネートを選択するときは、常に最初にコストを検討する必要があります。最も高価な素材を調達することは合理的に思えるかもしれませんが、大規模な制作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 は最も一般的な PCB ラミネート材料です。そのため、取得するのに最も費用がかかりません。信頼性が高く、単層および多層 PCB に適しています。より高価な素材 (金など) を調達してデザインに組み込むことはできますが、より実用的なアプローチを検討する必要があります。最もお金を節約しながら、必要なすべてを行う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。高品質の素材は、より高価になる傾向があります。ただし、これら 2 つの側面のバランスを取ることはできます。したがって、最高品質の生地をリーズナブルな価格で販売することで定評のある卸売業者または生産者から材料を調達する必要があります.

PCB メーカー

PCB の自動はんだごて

最終的に PCB になるラミネートの材料を選ぶときは、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ついて豊富な経験を持っている必要があります.製造業者は、さまざまなグラスファイバーとファブリックのスタイルに精通している必要があります。

さらに、PCB 設計と材料の選択を検証できる必要があります。試作から量産まで最新設備の工場で対応いたします。 PCB 製造のすべてのニーズについては、Wellpcb.com にお問い合わせください。

まとめ

シールド材料の隣にある PCB

PCB が登場する前は、電子デバイス メーカーはポイント ツー ポイント構造とワイヤ ラップ設計に頼らなければなりませんでした。最新の PCB が最新の電子機器を可能にしたと言っても過言ではありません。プリント回路基板の有効性は、使用する材料に大きく依存します。上記のガイドが強調しているように、これがラミネートとラミネート材料が非常に重要な理由です.とはいえ、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。