fr4 - 定義と意味
fr4とは、ガラス繊維強化エポキシ銅張積層板の難燃性を示すコードで、樹脂に着火してもそれ自体が燃焼を停止することを意味します。fr4は特定の材料の名前ではありません。PCB（プリント回路基板）に使用される材料グレードです。.
構成と一般的なタイプ
通常のプリント基板に使用されるfr4材料には多くの種類がある。そのほとんどは、いわゆる4官能性エポキシ樹脂にフィラーとガラス繊維を加えた複合材料である。.
例：PCB仕様に次のような記述がある場合 fr4 T:1.0 D/S, FR4は難燃グレード、T:1.0は厚さ1.0mm、D/Sは両面という意味である。つまり、エポキシガラスクロス両面銅張積層板で、厚さ1mm、両面。.
FR4-主要な特性と分類
技術的には、fr4ラミネートは一連の重要な仕様を持っている。これらには以下のものが含まれる：
- 曲げ強さ、剥離強さ、熱衝撃性能；;
- 強い難燃性；;
- 体積抵抗率と表面抵抗率；;
- 誘電率（Dk）と散逸係数（損失正接）；;
- ガラス転移温度（Tg）；;
- 寸法安定性、最高使用温度、反り。.
これらの特性は、プリント基板製造におけるfr4の性能を決定づけるものである。.
その他の一般的なPCB基材
ガラスクロス・ベースのボード
- ガラスクロス・ボード：FR4、FR5
どちらもエポキシ（またはエポキシ-フェノール）樹脂に浸した特殊な電子布を使用し、高熱と圧力で硬化させる。fr4はPCB製造において最も使用される基板である。それはよい電気特性、よい機械強さおよび耐熱性を有する。それは多層 PCB の生産で広く利用されています。.
紙ベースのボード
2.紙製ボード：FR-1、FR-2、FR-3
フェノール紙ボードは、フェノール樹脂をバインダーとし、木質パルプ繊維布を表面補強材として使用している。高熱と高圧で作られる。.
複合ボード
3.複合ボード：CEM-1およびCEM-3
複合ボードには銅張積層板のCEMシリーズがある。CEM-1はコアにエポキシ紙を使用。CEM-3はコアにエポキシガラス不織布を使用。これらのCEMボードは加工が容易である。平坦性、寸法安定性、正確な厚みがあります。機械的強度、誘電特性、吸水性、金属マイグレーション耐性はすべて紙ボードより優れている。特に、CEM-3の機械的強度はfr4の約80%に達するが、通常コストはより低い。.
特殊素材ボード
4.特別ボード（例．, セラミックと金属)
これにはセラミック基板やメタルコア基板が含まれる。これらは、より高い材料性能を必要とする用途向けに特別な特性を持っています。.
FR4の利点と限界
私がPCB設計を始めて以来、fr4は標準的な基板材料である。fr4は難燃性のタイプ4のガラス繊維強化エポキシ積層板です。コストパフォーマンスに優れている。それはよい電気絶縁体である。乾燥した状態でも湿度の高い状態でも強い。ボードにするのも簡単です。これらの理由から、fr4はPCBを製造するための一般的な選択肢となっている。.
fr4には限界がある。電力、電圧、熱のいずれかが大きすぎると、問題が発生します。限界を超えると、誘電特性が低下します。つまり、絶縁性を失い、導電し始めるのだ。fr4の誘電率は、基板の長さや幅によって変化します。設計速度が上がると、低速基板では許容できた信号損失が、fr4基板では高くなりすぎることがある。.
高速PCB設計にfr4は最適か？
自分のコンフォートゾーンの外でプロジェクトを引き受けるとき、私たちは新たな限界を知ることになる。私にとってその日は、上司から 高速ボード. .高速設計には、通常の回路では見られない限界があることを私は知っていた。まず、高速に適した回路図を作成した。そして、高速プロトタイプにfr4を使うか、より特殊な材料を使うかに焦点を絞った。選択する前に、この文章では「高速」と書いていることに注意してほしい。 50 MHz. .これらは、その周波数帯域における重要な懸念事項である。.
高速設計では、シグナル・インテグリティのルールが厳しくなります。その規則を満たすためには、配線管理を綿密に行う必要があります。しかし、基板材料自体もシグナル・インテグリティの方程式の一部である。そのため、高速基板用の材料は、インピーダンスを制御するために、厳格なDk公差やその他の制御された特性を持つ必要がある。インピーダンスが設計全体でばらつくと、高速信号が移動する際にエネルギーを反射してしまい、信号が歪んでしまう。また、低損失正接は信号の強度を保つのに役立ちます。最後に、熱安定性は誘電特性が破壊されないようにするのに役立ちます。.
特殊高速素材とFR4の比較
熱硬化性炭化水素ラミネートやPTFEラミネートなどの特殊高速材料は、高周波設計においてfr4よりも優れた信頼性の高い性能を発揮することが多い。以下は、これらの材料の主な利点です：
- 信号ロスの低減。. 伝送線路の周波数が上がると、信号損失は大きくなる。高速ラミネートはfr4よりはるかに低い損失正接を持つ。純度に近いPTFEラミネートのように、1桁も優れている材料もあります。より低い損失正接は、信号損失を低減するための重要な要素である。.
- より厳しいインピーダンスコントロール。. fr4のような従来の材料は、高速材料ほどしっかりと誘電率（Dk）を保持することができません。fr4のDkは±10%以上のばらつきがあります。PTFEのような材料は、Dkを約±2%かそれ以上に抑えることができます。.
- より優れた熱管理。. 高速ラミネート（例えば熱硬化性炭化水素ラミネート）の中には、fr4よりもはるかに優れた熱伝導率を持つものがある。熱を管理する必要がある設計の場合、これらのラミネートは研究する価値があります。.
- 水分の取り込みが少ない。. 水分には誘電効果があります。PCB内のわずかな水分でも高周波回路の電気的性能を変化させます。本文中ではfr4の吸湿率は50%付近とされていますが、高速材料（例えばPTFEラミネートの一部）の吸湿率は2%付近とかなり低く、安定した電気的挙動を維持するのに役立ちます。.
- 寸法安定性が高い。. fr4は寸法安定性に優れていることで知られていますが、公差の厳しい設計では、より優れた総合性能を発揮する高速材料もあります。そのような場合は、熱硬化性炭化水素ラミネートの方が良い選択かもしれません。.
