回路基板は何でできていますか? PCB メーカーのための基板材料ガイド

ほとんどのエンジニアに回路基板の材質を尋ねると、「ファイバーグラス」という一言が返ってきます。その答えは正しいですが、これは長いストーリーの最初の層だけをカバーしています。プリント基板は慎重に設計された材料の積み重ねであり、そのすべてが適切な位置を獲得する必要があります。基板はボードに本体と電気絶縁を与え、銅が電流を流し、はんだマスクが表面を保護し、最終仕上げにより銅が何年もはんだ付け可能に保たれます。

当社は 2013 年以来、広徳市の施設で単純な片面パネルから最大 32 層のスタックまで基板を製造しているため、この質問には製造業者と同じように答える傾向があります。本当の問題は、一般に PCB が何でできているかではなく、どの材料の組み合わせが製品の環境に耐え、予想される耐用年数にわたって耐えられるかということです。

回路基板の中核となる要素

専門用語を取り除くと、ほぼすべてのボードが同じ短い材料リストから構築されます。

• 基板: 絶縁ベース。通常はエポキシ樹脂で接着されたガラス繊維織物です。
• 銅箔: 基板に積層され、トレース、パッド、およびプレーンにエッチングされます。
• めっき: 銅、場合によっては錫または金をドリル穴の内側に堆積させ、層を結合します。
• ソルダーマスク: はんだ付けに必要なパッドを除くすべてを覆う色付きのコーティング。
• シルクスクリーン: コンポーネントと参照指定子を識別する印刷された凡例。
• 表面仕上げ: 露出した銅の酸化を防ぐ薄い金属層または有機層。

これらの各材料は交換、アップグレード、または厚みを増やすことができ、置き換えるたびにコスト、製造可能性、および現場での信頼性も同時に変化します。

基材：ガラスクロス、樹脂、およびその代替品

標準FR-4はガラス織布から始まります。布地にエポキシ樹脂を含浸させ、部分的に硬化させたプリプレグと呼ばれるシートを作り、樹脂が流動して硬化するまで重ねて熱と圧力をかけて加圧します。その結果、剛性が高く、寸法が安定し、優れた絶縁体が得られます。ガラスが機械的強度を提供し、樹脂が電気的および熱的挙動を定義します。

その出発点から、家族は急速に分岐します。

• 標準、高 Tg、ハロゲンフリー グレードの FR-4 は、業界の主力製品です。
• CEM-1 および CEM-3 は、コスト重視の製品向けの不織布ガラスコアを備えた複合エポキシです。
• FR-1 および FR-2 は、非常に低コストの片面基板に使用される紙ベースのラミネートです。
• ポリイミド フィルムは、曲げる必要がある FPC およびリジッドフレックス設計用のフレキシブル ベースです。
• PTFE およびセラミック充填炭化水素ラミネートは、ギガヘルツ周波数での信号損失を低く抑える必要がある場合に選択されます。

重要なトレードオフのほとんどは、銅ではなく樹脂系にあります。ガラス転移温度、分解温度、誘電率、および吸湿性はすべて、ラミネートの化学的性質に由来します。

両面OSP PCB FR4 PCB はエポキシ樹脂グラスファイバー基板を利用しており、優れた機械的強度、高温耐性、電気絶縁特性を備えています。彼らは... 製品を見る→

OSP 仕上げの両面 FR-4 ボードは日常的な例です。標準ラミネート、標準厚さで、コストを追加することなく大量のリフローはんだ付けに適した仕上げです。

銅：電流を流す部分

銅は 2 番目に重要な成分です。箔は重量で指定されており、換算は覚えておく価値があります。1 平方フィートに広げられた 1 オンスの銅の厚さはおよそ 35 ミクロンです。ファインピッチのデジタル設計は通常、0.5 オンスまたは 1 オンスのフォイルで実行され、電源基板は 2 オンスまでステップアップし、重い銅の作品は 3 オンス以上になります。

銅は目に見える痕跡よりも多くの場所に現れます。製造中に、すべてのドリル穴に追加の銅が電気めっきされて連続したバレル壁が形成され、外層はエッチング前にパターンめっきされます。ビアが繰り返しの熱サイクルに耐えられるかどうかは、厚さだけでなくメッキの品質によって決まります。

電流の需要が高まると、多くの場合、基板面積を増やすよりも銅線を増やすことが答えとなります。重い銅の構造により内層全体に負荷が分散されるため、外部ヒートシンクなしで温度上昇が抑制されます。

14層銅 厚銅 PCB は、3 オンスから 20 オンスの範囲の超厚銅箔を使用しており、優れた通電容量 (100 A 以上) と高温耐性を誇ります。 製品を見る→

グラスファイバーの選択が間違っている場合

FR-4 はほとんどの質問に答えますが、答えられない場合は 3 つの材料ファミリーが引き継ぎます。

メタルコア基板と銅コア基板

アルミニウムは、熱をボードから素早く逃がす必要がある場合にベースとして使用されます。薄い誘電体層がアルミニウムに接着され、銅回路がその上にエッチングされ、金属の裏打ちがヒートスプレッダとして機能します。銅コアバージョンはさらに進化し、LED 照明、モータードライブ、電力変換で非常に高い電流密度を伝送します。誘電体層は薄いとはいえ、完全な動作電圧を維持する必要があるため、その厚さと熱伝導率は最初に確認する価値のある 2 つの数値です。

片面アルミニウムPCB 金属基板は、コアの熱伝導層としてアルミニウム、銅、およびその他の金属を利用します。特殊な絶縁誘電体が優れた放熱性を実現します。 製品を見る→

セラミック基板

アルミナと窒化アルミニウムは、シリコンに近い熱膨張係数とともに、どのポリマーラミネートにも匹敵することのできない熱伝導率をもたらします。これらは、幅広い温度変動でも動作し続ける必要がある高出力 LED モジュール、RF パワーステージ、センサーに使用されます。

フレキシブルフィルム

基板を曲げる必要がある場合、ポリイミドがガラスクロスの代わりになります。同じ銅と仕上げのルールが適用されますが、ベースのみが変更され、それに伴い組み立て時の取り扱いルールも変更されます。

はんだマスク、シルクスクリーン、および表面仕上げ

ソルダーマスクは、基板上に塗布され硬化されるエポキシベースのコーティングです。パッド間のはんだブリッジを防ぎ、その下の銅を湿気や汚染から守り、ボードに馴染みのある色を与えます。緑は画像処理と検査において最も長い実績があるため伝統的ですが、黒、青、赤、マットブラックは今日では日常的に使われています。シルクスクリーン インクは、コンポーネントの基準と極性をマークするためにマスクの上に印刷されます。シルクスクリーン インクには電流は流れませんが、組み立てオペ​​レーターが最初に頼りにするものです。

表面仕上げは材料の最後の決定であり、最も重要な要素の 1 つです。熱風はんだレベリングは低コストのオプションで、OSP は有機的で数回のリフロー後に消えます。ENIG または浸漬銀はファインピッチ部品に平坦な表面を提供します。ボードの抜き差しを繰り返す場合には、ハードゴールドが最適です。当社の仕上げ材はすべて、鉛フリーバージョンでご利用いただけます。

回路基板材料の概要

以下の表は、私たちが最も頻繁に構築する材料システムと、それぞれの材料システムをまとめたものです。

アプリケーションがマテリアルを選択する方法

材料の選択が自由に選択できることはほとんどありません。それはボードが存在する環境に従います。

消費者および家電製品

コストが重視される場合は、通常、HASL または OSP 仕上げの標準 FR-4 または CEM-3 で十分です。

自動車および産業用制御

振動、熱サイクル、および長い耐用年数により、設計は繰り返しのリフローに耐える高 Tg ラミネート、より厚い銅、および ENIG などの仕上げに向けて推進されています。

電力および高周波設計

熱管理と信号の整合性が優先されます。つまり、厚いガラス基板ではなく、メタルコア、セラミック、または PTFE ベースの素材が使用されます。

自分の製品がどこに位置するかわからない場合は、同様のボードがすでにどのように構築されているかを確認すると役立ちます。閲覧できます 私たちがサポートするアプリケーション分野 各セグメントですでに証明されている材料の組み合わせを確認します。

製造現場からの実践メモ

初めて素材を選択するお客様に次のことをお伝えします。

1. パッドのジオメトリとビアのテントはレイアウトに依存するため、レイアウトが固定される前に仕上げを選択してください。
2. 銅の重量が大きすぎるとエッチングの難易度が上がり、コストが増加するため、銅の重量は習慣ではなく電流に合わせてください。
3. 高 Tg ラミネートの価格は少し高くなりますが、現場でのあらゆる種類の故障がなくなるため、Tg については早めに問い合わせてください。
4. ほとんどの遅延はレイヤーの欠落または曖昧な状態から始まるため、リリース前に積層図を確認してください。

ラミネートの選択、銅の重量、仕上げがどのように影響するかを詳しく知りたい場合は、ガイドを参照してください。 FR-4、RF、メタルコア材質の選択 比較をさらに詳しく説明します。

では、回路基板は何でできているのでしょうか?ガラスクロスとエポキシ樹脂、銅箔とメッキバレル、はんだマスク、印刷された凡例、そしてすべてをはんだ付け可能に保つ最終仕上げ。興味深いのは、リストそのものではなく、それらの資料がどのように仕事に適合するかということです。正しく一致させると、取締役会は 10 年以上にわたって静かにその仕事を続けます。