FR4材料：信頼性の高いPCB実装のための必須選択

2021年10月8日

今日使用されているほぼすべての電子デバイスには、プリント基板（PCB）が内蔵されており、それらの核として機能しています。PCBは性能と機能性に寄与する極めて重要な要素であり、したがって完璧でなければなりません。その一環として、PCBを作る材料はさまざまな要因に基づいて慎重に選択する必要があります。現在、PCB設計者とメーカーは、ガラス繊維、銅、シリコーンからプラスチック、FR4まで、構造に使用する材料について多くの選択肢を持っています。その中で、FR4は非常に人気を集め、回路基板製造に最も好まれる材料となっています。なぜこれほど人気があり、FR4にはどのような有益な特性があるのでしょうか。この記事では、PCB製造プロセスにおけるFR4材料選定時のいくつかの重要な考慮事項について説明します。

FR4材料とその有益な特性の理解

FR4において、FRは難燃性を意味し、数字の4は他の材料と区別するための等級を示します。FR4は、PCB製造に使用される薄いガラス繊維強化エポキシ積層シートです。FR4とも表記され、安定性と剛性を与えるガラス繊維層の複合構造です。

OEMとPCBメーカーの双方にとってFR4を人気材料たらしめている有益な特性をいくつか紹介します。

• 優れた電気的特性：

  回路基板材料の電気的特性は、信号インテグリティとインピーダンス考慮において重要な役割を果たします。これらは材料を伝播する電気信号の速度にとって重要です。FR4は高い耐電圧を持ち、電気絶縁特性に寄与します。ガラス繊維の織り方、樹脂、厚さによって、FR4の誘電率（Dk）は3.8〜4.8 MHzの範囲で変化します。

• 難燃性

  難燃剤はさまざまな製造手順で非常に汎用性が高く、予測可能な結果を生み出します。FR4は優れた熱的、電気的、機械的特性を持ち、多くの電子アプリケーションで好まれる選択肢となっています。

• 吸湿性：

  これはFR4材料の重要な特性の一つです。水に浸した場合、材料の吸湿率は低く0.10%です。また、FR4は耐温性があり、幅広い温度範囲に耐えられるほか、概して耐湿性が高いです。

• コスト効率：

  FR4は、比較的低コストであることに加え、安定した物理的・化学的特性を持つため、一般的な回路基板ベース材料として使用されています。これはコストを重視する複数のPCBメーカーと設計者にメリットをもたらします。

PCB製造におけるFR4材料選定の重要なガイドライン

材料厚はFR4回路基板製造において重要な役割を果たします。材料厚の測定に使用される一般的な単位には、インチ、ミリメートル、ミルがあります。材料厚以外にも、回路基板実装用にFR4材料を選択する際に考慮すべき重要なポイントがいくつかあります。

• 動作温度が150°Cを超える場合は、高性能FR4積層板を選択するのが常に良い習慣です。前述の通り、これらの材料は製造性を維持しながら、より優れた耐熱性と低膨張率を提供します。

• スペース制約がある場合は、薄いFR4材料を検討し、機能性の面からPCBを信頼性の高いものにします。これらの軽量材料は繊細な部品を支え、USBコネクタ、Bluetoothアクセサリなどのデバイスを実現します。薄いFR4材料は、スペースが常に制約となる用途で広く好まれます。これらの材料はより優れた柔軟性を提供することで知られ、医療および自動車分野で使用される複雑かつ薄いPCBの構築に用いられます。

• 多様な周波数で均一な誘電率を持つ材料を選択し、FR4はこの面に適合します。

• 溝を持つ他の薄いPCB材料の使用は避けてください。基板の破損や損傷のリスクが高まる可能性があります。

FR4は、需要があるためさまざまな仕様と構成で製造・入手可能です。その有利な物理的・化学的特性が人気の要因となっています。今後の電子アプリケーションでFR4を検討している場合、材料選定を含む技術支援を提供できる業界プレーヤーに相談するのが常に良い習慣です。この記事では、FR4 PCBの信頼できるメーカーの一つであるCreative Hi-Techを紹介します。広範な市場プレゼンスと高度なスキルを持つ従業員により、同社はクライアントの適切な材料選定とエンドツーエンドのソリューション提供を支援してきました。

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