FR-4 グラスファイバーボードの一般的な用途

I.FR4とは何ですか?

FR-4 グラスファイバーボードは、グラスファイバークロスとエポキシ樹脂を熱と圧力で接着して製造されます。適度な温度では高い機械的強度を示し、高湿度の環境では安定した電気的特性を示します。機械、電気、電子用途の高絶縁構造コンポーネントに適しており、高い機械的特性と誘電特性、優れた耐熱性と耐湿性を備えています。耐熱クラス：F級。

エポキシ グラスファイバー ボード。グラスファイバー ボードとも呼ばれます。 FR-4補強板; FR-4エポキシ樹脂基板;難燃性断熱ボード。エポキシ基板; FR-4 ベアボード。エポキシガラスクロスボード; PCB 穴あけスペーサー;

FR4 は単一の材料ではなく、高熱と圧力下で積層されたエポキシ樹脂とガラス繊維で構成される材料のクラスの名称です。 「FR4」という名前はNEMA分類システムに由来しており、「FR」は「難燃剤」を意味し、UL 94 V-0規格に準拠しています。他の同様のタイプのエポキシ ボードには、3240、FR4、FR5、G10、G11 などがあります。

上記の一般的な材料の NEMA 分類コードは、中国国家規格の次のコードに対応しています。3240 は EPGC 201 に対応します。 G10 は EPGC 201 に対応します。 FR4 は EPGC 202 に対応します。 G11 は EPGC 203 に対応します。 FR5 は EPGC 204 に対応します。

II.FR4の仕様と厚み

0.5 ～ 100 mm 寸法: 1000 × 2000 mm、1020 × 1220 mm、1220 × 2440 mm。 180℃の高温では熱変形を起こします。一般に、他の金属と接触して加熱しないでください。金属シートが変形する可能性があります。

III.FR4の性能特性

1. さまざまな形態で入手可能なエポキシ樹脂システムは、さまざまな樹脂、硬化剤、および改質剤と組み合わせて、極度の低粘度から高融点固体に至るまで、実質的にあらゆる用途の要件を満たすことができます。

2.治りやすい。さまざまな硬化剤を選択することにより、エポキシ樹脂系は 0 ～ 180°C の温度範囲内で硬化できます。

3.強力な粘着力。エポキシ樹脂の分子鎖には本質的に極性のあるヒドロキシル基とエーテル結合が存在するため、さまざまな材料に対して高い接着力が得られます。エポキシ樹脂は硬化時の収縮が小さく、内部応力の発生が最小限に抑えられるため、接着強度の向上にも役立ちます。

4.低収縮。エポキシ樹脂と硬化剤の反応は、水やその他の揮発性副生成物を放出することなく、樹脂分子内のエポキシ基の直接付加反応または開環重合によって起こります。不飽和ポリエステル樹脂やフェノール樹脂と比較して、硬化時の収縮が非常に低くなります (2% 未満)。

5.機械的特性。硬化したエポキシ樹脂系は優れた機械的特性を備えています。

IV.FR4グラスファイバーボードの特徴と利点

1. 高い機械的強度：引張、曲げ、衝撃などのさまざまな外部荷重に耐え、安定した性能を維持します。

2. 優れた誘電特性：安定した電気絶縁性能を発揮します。

3. 優れた耐熱性：高温下でも安定した性能を維持し、通常150℃で長時間使用可能です。

4. 優れた耐湿性：湿気の多い環境でも性能への影響がほとんどありません。

5. 優れた加工性: 他の樹脂含浸ガラス繊維積層板と比較して、製造プロセスの柔軟性が高くなります。

6.吸音性、遮音性、断熱性、環境対応性、難燃性の機能を備えています。

7. 人体に有害なアスベストを含みません。

V. FR4 グラスファイバーボードの欠点は何ですか?

このタイプの材料にも制限があるため、選択する際には次のような材料特性を十分に考慮する必要があります。

1. 限られた高周波性能: FR4 は誘電率の許容範囲が比較的広いです。周波数が増加すると、誘電率と損失正接が変化し、インピーダンスが不安定になり、信号損失が増加します。高周波アプリケーションではパフォーマンスが悪く、一般に 10 GHz を超えるマイクロ波帯域などの非常に高周波のシナリオには適していません。

2. 熱伝導率が悪い：熱伝導率が比較的低いです。高出力アプリケーションでは熱が容易に放散されないため、ヒートシンク、サーマルビア、金属ベースの放熱構造などの追加の熱管理ソリューションが必要になる可能性があります。そうしないと、機器の信頼性と性能が損なわれる可能性があります。

3. 吸湿の問題: FR4 は吸湿率が低いですが、特定の条件下では依然としてある程度の水分を吸収する可能性があり、そのため電気的性能と機械的強度に影響を与えます。特に高湿度の環境で長期間使用すると、材料の膨張、層間剥離、または電気的性能の低下につながる可能性があります。

4. 加工中の脆弱性：エポキシ樹脂は過度の負荷や衝撃を受けると亀裂が発生しやすく、ガラス繊維の存在によりパッドから銅が剥離するリスクが高まり、製品の品質と信頼性に影響を与える可能性があります。加工時や使用時は取り扱いに注意が必要です。

5. 可燃性が低い: FR4 材料は燃焼すると有害なガスや煙を生成し、環境や人間の健康に一定のリスクをもたらします。難燃性ですが、環境要件が厳しい用途では、燃焼副生成物の影響を考慮する必要がある場合があります。

6. 寸法安定性と層間剥離のリスク: FR4 材料は、高温、高湿度、または機械的ストレス下で寸法変化や層間剥離が発生する可能性があり、高精度用途における性能と信頼性に影響を与える可能性があります。

7. 高コスト: FR4 は一般的な絶縁材料と比較して比較的高価であるため、製品の製造コストが増加する可能性があります。大規模なアプリケーションの場合は、費用対効果を考慮する必要があります。

VI.FR4材使用上の注意事項～環境管理について：

1. FR4 材料は、直射日光や高温多湿の状態を避け、乾燥した涼しく換気の良い環境に保管する必要があります。一般に、適切な環境条件は、湿度 70% 以下、温度約 25°C です。

2. 温度管理: 使用中は、FR4 材料の使用温度範囲に注意し、材料性能の低下や変形を防ぐため、長期使用温度を超えないようにしてください。

3. 機械的ストレス: FR4 で作られた製品を設計および加工するときは、過度の機械的ストレスを避けてください。設置および使用中に、衝撃や曲げなどの機械的損傷も避けてください。

4. 電気的性能に関する考慮事項: 高周波および高速信号伝送アプリケーションの場合、FR4 の誘電特性の制限を十分に考慮する必要があります。高電圧および大電流のアプリケーションでは、絶縁性能の変化を監視して、故障やアーク発生を防止します。

5. 難燃性と環境保護: FR4 は難燃性ですが、非常に厳しい環境要件がある環境など、特定の特定の用途シナリオでは、燃焼副生成物の環境と人間の健康への影響を包括的に評価する必要があります。適切な保護措置を講じるか、より環境に優しい材料を選択する必要があります。

6. 寸法精度要件: 高い寸法精度要件がある用途では、FR4 の吸湿性と温度感度が寸法安定性に及ぼす影響に注意を払う必要があります。必要に応じて、より高性能の材料を選択したり、特別な加工技術を使用したりすることができます。

VII.代表的な用途

1.ドローンの機体、アーム、フレーム;飛行制御サポートバッフル。配電絶縁バッキングプレート

2.変圧器、変流器、リアクトルなどの絶縁ブロックおよびサポート

3.テスト治具、産業用制御機器、センサーマウント、小型モーター

4.新エネルギーモーター、断熱ベース、モーター絶縁サポートストリップ