エレクトロニクスのことなら, PCB はすべてをスムーズに連携させる縁の下の力持ちです. 都市のあらゆる部分を結ぶ道路のようなものです, 信号を必要な場所に送信できるようにする. そして、あなたが交通に耐えられる信頼性の高い材料で作られた道路を望んでいるのと同じです。, PCB を頑丈に構築したい. 選択する PCB 材料は重要です. デバイスが日常の使用にどれだけ優れたパフォーマンスと耐久性を発揮するかを決定します。. 幸運にも, さまざまな素材を自由に利用できます, 特定の設計パフォーマンスのニーズに応える. このガイドでは、選択できる主な PCB 材料とそれぞれの特徴について説明します。. それでは早速始めましょう!
回路基板は何でできていますか?
このセクションで, 主に、PCB を構成する主要な層とそれらに使用される材料を紹介します。:
- 基板層
ザ・ PCB 基板層 家の基礎のようなものです – これは、プリント基板内の他のすべてのものをその上に構築するための基盤です. 通常, この層はグラスファイバーでできています, これにより、PCB に特有の剛性が与えられます。. しかし、存在する素材はグラスファイバーだけではありません.
基板はエポキシを使用して構築することもできます, CEM-1, G-11, 絶縁金属, FR-1, またはポリイミド. 各材料には独自の特性があり、PCB が処理できる熱量や誘電率などに応じてエンジニアが選択します。. しかし、すべての選択肢の中から, FR-4が一番人気です.
- 導電層
基板層がプリント基板の基礎である場合, 導電層はすべてを動かす配線と考えることができます。. これは、回路全体に信号と電力を伝送する薄い銅配線で構成される層です。.
銅は優れた導体であり、銀や金などの他の選択肢よりも手頃な価格であるため、導電層の頼りになる素材となっています。. もちろん, それらの材料はもう少し導電性が高いです, しかし、ほとんどのアプリケーションでは銅があれば十分です。.
導電性 PCB 上のトレース さまざまなコンポーネントすべてに電気を運ぶ小さな銅の高速道路のようなものです. これらの配線のレイアウトと設計は、信号が高速かつ効率的に伝送されるようにするために非常に重要です。.
- ソルダーマスク層
ソルダーマスク層, 薄いプラスチックのようなコーティング, の銅線トラック上に配置されます。 PCBボード. この層は、PCB の組み立て時に近くの銅トラック間にはんだがブリッジするのを防ぐ絶縁体として機能します。. したがって、はんだマスクは、不要な電気接続が形成されるのを防ぐ上で重要な役割を果たします。. 意図したはんだ点のみを露出させることにより, はんだマスクは、はんだをガイドして適切な接続を行い、短絡を回避します。. そして実際には、ソルダーマスクには塗布方法に応じていくつかの異なる材料が使用されます。, 彼らはエポキシ液です, ドライフィルム, 液体で写真撮影可能.
- シルクスクリーン層
ザ・ プリント基板上のシルクスクリーン層 電子機器を構築するためのロードマップのようなものです. このエポキシ インクは、最終段階で PCB の上に印刷されます。. 各コンポーネントをどこに配置すべきかを、わかりやすいラベルとマークで示します。. ラベリングを超えて, シルクスクリーンには、メーカーからの重要な警告やロゴも表示されます。. 白インクで印刷されたこれらの小さなシンボルやコードはすべて、構築とデバッグに重要な指針を提供します。.
一般的な種類の PCB 材料
- FR-4 (難燃剤 4)
FR-4 は、手頃な価格の最適な組み合わせにより、プリント基板の主要な材料となっています。, 信頼できるパフォーマンス, 製造の簡素化. エポキシ樹脂を含浸させたグラスファイバー織布で構成され、難燃性材料で強化されています。. FR-4 プリント基板 効果的な電気絶縁と構造的堅牢性を提供しながら、高温および低温にわたって機能的に安定した状態を維持します。. この多用途性により、FR-4 は家庭用電化製品を含むさまざまな製品の PCB に最適な選択肢となります。, 通信機器, および産業機械.
- CEM-3
FR-4みたいに, CEM-3 はエポキシ樹脂に浸したガラス繊維織物から作られています。. これにより、FR-4 と同じ多くの望ましい特性が得られます。: 優れた電気絶縁性, 機械的強度, および熱安定性. しかし、CEM-3 はもう少し手頃な価格であるという点で差別化されています。. 為に 回路設計 絶対的な最高のパフォーマンスは必要ありません, コストを重視するエンジニアは、より高価な FR-4 ではなく CEM-3 に手を伸ばすことがよくあります。. したがって、由緒ある FR-4 が依然として高度なアプリケーションで最高の地位を占めています。, CEM-3 は、より日常的な PCB ニーズに対応する魅力的なオプションを提供します. CEM-3 は、機能のバランスと手頃な価格により、あらゆる種類の電子機器にとって信頼できるバックエンド材料となっています。.
- ポリイミド
ポリイミドは、要求の厳しい環境におけるプリント基板に最適な多用途ポリマー材料です。. ポリイミドの比類のない熱安定性, 機械的柔軟性, 耐薬品性により、非常に要求の厳しい動作環境にさらされた場合でも、完全性と機能を維持できます。. 極端な熱や腐食剤は多くの材料の堅牢性を損なう一方、, ポリイミドはその特性を保持し、信頼性の高いパフォーマンスを継続します。.
この並外れた熱的および化学的回復力, 構造上の柔軟性と組み合わせる, ポリイミドは多くの業界のミッションクリティカルなエレクトロニクスに最適です, 航空宇宙を含む, 自動車, と軍隊.
- テフロン (PTFE)
この材料は、信号損失を最小限に抑える優れた電気的品質を提供します。, レーダーや衛星の周波数でも. PTFE の最大の魅力はその低さです 誘電率 と損失正接, 信号の劣化と歪みを制限します. ガラス転移温度が高いため、優れた熱安定性も備えています。. テフロン PCB は、極度の熱にさらされた場合でも構造と性能の完全性を維持します。. あげくの果てに, このPCB材料は優れた耐薬品性を示します, 他のプラスチックを損傷する可能性のある強力な化学物質さえも無視します。.
- メタルコアPCB材料
メタルコア, 名前が示すように, 金属の芯がある, 通常はアルミニウム, より良い熱放散を実現するために. コンポーネントが非常に高温になるたびに頻繁に使用されます. 高出力の LED ライトについて話しているのです, 電力変換器, 自動車用電子機器 – 灼熱の熱を発するものすべて. 次回、部品が恐ろしく高温になる電子機器を組み立てるときは、, メタルコアボード あなたの背中を押してください! 統合された金属コアにより、温度に敏感なコンポーネントからの熱放散が促進されます。, これにより過熱状態を回避し、安定したパフォーマンスを促進します。.
- ロジャース素材
Rogers Corporation は大手 PCB 材料サプライヤーとして傑出しています, 要求の厳しい用途向けに高性能製品を提供. 高周波に適した人気のRO4000シリーズとRO3000シリーズ, 高温, 高信頼性ニーズ. ロジャース材料は、レーダー システムなどの製品に必要な特殊な特性を提供します, 掘削装置, パフォーマンスが重要な航空宇宙航空電子機器. 社内Rあり&Dと製造業, Rogers は、ミッションクリティカルな基板向けに品質重視のメーカーから信頼される最高級の PCB 材料を製造しています. 過酷な条件下で回路が完璧に機能する必要がある場合, ロジャースが提供します.
以下は、これらの PCB 材料をさまざまな側面で比較した表です。:
| 材料 | FR4 | CEM-3 | テフロン | ロジャーズ | 金属 | ポリイミド |
| 誘電率 | ~4.4 | ~4.5 – 4.9 | ～2.1 | ~2.5 – 10.2 | 変数 | ~3.4 – 3.5 |
| 熱安定性 | 良い | 適度 | 優れた | 優れた | 変数 | 良い |
| 周波数範囲 | 最大 GHz の範囲 | 最大 GHz の範囲 | 最大 GHz の範囲 | 電子レンジ & RF | 皮膚による制限 | GHz範囲 |
| 損失正接 | 低い | 適度 | とても低い | 低い | 低い | 低い |
| 料金 | 低い | 低い | 高い | 高い | 中程度から高程度 | 適度 |
| メカニカルフレックス | 限定 | 限定 | 良い | 限定 | 限定 | 優れた |
| 処理 | 標準 | 標準 | 専門化された | 専門化された | 限定 | 標準 |
PCB 材料を選択する際に考慮すべき要素
材料を選択する際には、複数の側面を評価する必要があります。 プリント回路基板の製造:
電気的性能
- 誘電率 (DK): これは信号の伝播速度とインピーダンス制御に影響します。. Dk 値が高くなると、信号速度が遅くなる可能性があります.
- 誘電正接 (Df): 信号損失と電力効率に影響を与える. 高周波アプリケーションには、より低い Df 値が望ましい.
機械的強度
- 抗張力: 変形や破損なしに機械的ストレスに耐える PCB の能力を決定します。.
- 曲げ強度: フレキシブルまたは リジッドフレックスPCB, 曲げや曲げに対する抵抗力を示します.
熱特性
- 熱伝導率: 電力を大量に消費するコンポーネントの熱放散に重要. 高い熱伝導率により、熱をより効率的に放散します。.
- 熱膨張係数 (コート): PCB とコンポーネントの CTE が一致しないと、熱サイクルが原因で信頼性の問題が発生する可能性があります.
可燃性と難燃性
- UL 定格: インクルード 94 評価は、可燃性と自己消火特性に基づいて材料を分類します。. V-0 V-2よりも難燃性が高い, 例えば.
コストに関する考慮事項
- PCB 材料のコストは大幅に異なる場合があります. PTFEなどの高機能素材 (テフロン) FR-4よりも高価になる傾向があります, 一般的なエポキシベースの材料.
製造可能性
- 組立工程との互換性: 材料によっては、製造コストに影響を与える可能性のある特殊な装置や加工方法が必要となる場合があります。.
- 穴あけ加工性と機械加工性: 材料は製造プロセス中に扱いやすいものでなければなりません.
環境への配慮
- RoHS準拠: 選択したプリント基板の材料が適用される環境基準を満たしていることを確認します。, RoHS要件など, 特定の有毒物質を制限する.
- リサイクルと廃棄: PCB のライフサイクル後の材料のリサイクルと廃棄の容易さを考慮する.
信号の完全性と周波数
- 高周波用途: 材質が異なると、高周波で信号損失特性が異なります。. 信号の整合性を向上させるために、損失正接が低い材料を選択してください.
結論
プリント基板に適切な材料を選択することは非常に重要です. 回路基板の動作に大きな影響を与える可能性があります, どれくらい続くか, そして建設にどれくらいの費用がかかりますか. 次のようなことを考慮する必要があります: これはよく電気を通すことができますか? 熱はどうですか – それは効果的に消散しますか? 時間が経っても物理的に持ちこたえるだろうか? ここに関係するあらゆる化学物質や条件にさらされても大丈夫ですか?? アプリケーションに応じて, 環境要因についても考える必要があるかもしれません. 各 PCB 材料の長所と限界を理解することで, エンジニアは特定のプロジェクトの目標に最適なものを選択できます. PCB材料の選択についてサポートが必要な場合, から助けを求めてみてください MOKOテクノロジー.
