ポリイミド PCB と比較. FR4 PCB: 違いは何ですか?

ポリイミドPCBと FR4 PCB 最も一般的に使用されている 2 つの PCB タイプ. どちらも PCB に適したポリマー基板ですが, ポリイミドと FR4 はそれぞれ、特定の設定に他の設定よりも適した独自の特性を持っています。. このブログでは, それらの主な違いを説明し、どちらを選択するかについての洞察を提供します。. 読みましょう.

ポリイミド基板とFR4基板の違い

1. 銅の種類

ほとんどの FR4 基板は、リジッド基板に最適化された縦粒構造の電解銅箔を使用しています。. ポリイミドでは、金属疲労や亀裂を生じることなく繰り返しの屈曲に耐えるように特別に設計された圧延アニール銅が一般的に使用されます。. 銅粒子の方向も屈曲軸と一致し、耐久性を最大限に高めます。.

2. 工事

FR4はエポキシ樹脂で構成されています, 織られたグラスファイバーの層, そして銅. グラスファイバー層の数によって全体の厚さが決まります. ファイバーはエポキシで飽和され、熱と圧力の下で銅層とともに硬化して、リジッドボードを形成します。. 対照的に, ポリイミド基板にはポリイミドプラスチックポリマーと銅のみが含まれています. ポリイミドは液体の状態で銅箔上にキャストされます。, その後完全に硬化して固体になります, 柔軟な状態.

3. 厚さの範囲

グラスファイバーの強化により、FR4 の製造可能な薄さが制限されます。. 一般的な厚さの範囲は次のとおりです。 2 ミルズ 125 ミルズ. グラスファイバーなし, ポリイミドは薄膜として作ることができます。 1/2 ミルから 3 ミルの厚さ. これにより、極薄化が可能になります, 動的屈曲用途に最適な柔軟な構造.

4. 柔軟性

ポリイミド基板は柔軟性に優れています, そのため、特定のスペースに合わせて繰り返し曲げたり成形したりする必要がある用途に適しています。. 極めて高い柔軟性により、従来の剛性の高い FR4 ボードでは実現不可能だった複雑な形状を実現できます。. FR4に比べて機動性が向上し、スペースに制約のある製品内への設置が容易になります。.

5. 吸湿

エポキシベースの FR4 は環境水分をほとんど吸収しません, その周り 0.2-0.5% 総重量の. 対照的に, ポリイミドは最大で吸収することができます 2% 重量による水分. これはポリイミド回路の性能には影響しません。, ただし、急激な蒸気膨張による損傷を防ぐため、組み立て前にベーキングプロセスによって吸収された水分を除去する必要があります。 層間剥離 はんだ付け作業時の問題.

6. 耐熱性

ポリイミドは FR4 よりもはるかに高い最大動作温度を持っています, 300℃までの連続使用に耐える定格. 時間の経過とともに熱劣化に強くなります. これは、ポリイミドボードが高温環境でも長期間耐えられることを意味します。. 熱伝導率も一般的なガラス強化ボードの2倍です.

参考文献: FR4 の熱伝導率に関する包括的なガイド

7. 耐薬品性

保温性能に加えて, ポリイミド基板は FR4 よりも優れた耐食性と耐薬品性を備えています. 堅牢なポリマーマトリックスが燃料から保護します, 油, 溶剤をかなり長期間使用する. エポキシやガラス繊維などの影響を受けやすいコンポーネントを使用していません, ポリイミドは、より高濃度の化学溶液に対しても劣化することなく耐えられます。.

8. ストレス下での耐久性

ポリイミド基板は耐振動性と引張強度が大幅に優れています. 柔軟性により、硬質エポキシガラスボードの完全性を損なう物理的衝撃による破損を防ぎます。. ポリイミドは、数千回の曲げサイクルや連続振動にわたって機械的および電気的信頼性をより良く維持します。.

次の表は、FR4 PCB とポリイミド PCB の違いをより明確に比較するための特定のデータを示しています。:

PCBタイプ プロパティ	FR4 PCB	ポリイミド PCB
熱伝導率	0.25 W / mK	0.2 W / mK
誘電率 (で 1 GHz)	4.25-4.55	～3.4～ 3.8
誘電正接 (で 1 GHz)	0.016	0.003
アーク抵抗	125 秒	143 秒
比重	1.8 – 1.9	1.3 に 1.4
吸水	0.2-0.5%	1-2%
抗張力	70-90 MPa	200-300 MPa
ガラス過渡温度 (Tg)	130-140°C	>250°C

ポリイミド基板とFR4基板: 選び方?

FR4 PCB を使用するかポリイミド PCB を使用するかの選択は、主にアプリケーションとその特定の要件によって決まります。:

FR4 ボードは次のような場合に最適です。:

• 高い耐久性が要求されないコスト重視の用途. FR4はより安価なオプションです.
• 発熱の少ない低周波デジタル回路. FR4 は約 100°C までの中程度の温度に対応します。.
• 柔軟性を必要としない製品向けのリジッドボード. グラスファイバー補強により FR4 ボードは寸法的に安定しますが、柔軟性はありません.

ポリイミド基板は以下の用途に適しています。:

• 使用中に動的に曲げる必要があるフレキシブル/リジッドフレックス回路. ポリイミド PCB は優れた屈曲寿命と耐疲労性を備えています.

フレキシブル PCB とリジッドフレックス PCB の違いを理解する, 読む "リジッドフレックスPCB対. フレキシブルPCB」

• 高周波アナログ回路. ポリイミドは誘電率と損失が低いため、信号の完全性が向上します。.
• 150°C を超える高温にさらされる極限環境電子機器. ポリイミドは 250℃以上でも耐えられます.
• 振動などの信頼性試験を行った製品, ショック, 湿度, または粉塵の侵入. ポリイミド基板はより堅牢です.
• 故障リスクを最小限に抑えながら最高の耐久性を要求するミッションクリティカルなエレクトロニクス. 航空宇宙および軍事ではポリイミドが好まれています.

本質的に, 特別な要件のない基本的な相互接続アプリケーションには経済的な FR4 を選択してください, 一方、ポリイミドは、最大限の物理的弾性と耐環境性を必要とする極端な要求に応えます。.

最後の言葉

耐熱性などの要素でこれら 2 つの材料間のコントラストを評価する, 耐久性, また、機械的強度は、特定の要求と動作条件に基づいてエレクトロニクス プロジェクトに最適な選択を決定する際の鍵となります。. ポリイミドと FR4 のそれぞれの特性プロファイルと併せてアプリケーション仕様を慎重に分析することで、固有の目的と実際の制約に応える情報に基づいた材料コールが可能になります。. 関係するトレードオフを理解した上で, エンジニアは安心して指定できます。 PCB基板 ユーザーのニーズを最もよく満たし、ターゲットのデバイスまたはシステム内で意図したとおりに動作するもの.