FR4 PCB材料は釣り合った機械、熱および電気特性のために電子工学で広く利用されている。そのガラス繊維強化は高い剛性と強度を提供し、標準的なPCBアプリケーションのための耐久性を作る。しかし、その寸法安定性は熱や湿気によって損なわれる可能性があり、PTFEのような材料よりも機械加工が容易ですが、その熱と高周波性能は、追加の設計上の考慮が必要な場合があります。主な機械的特性としては、難燃性（UL94 V-0）、中程度の耐熱性（Tg 130-180℃）、高い絶縁抵抗が挙げられますが、熱伝導率が低い（～0.3 W/m・K）ため、熱管理なしのハイパワー用途には限界があります。
キーポイントの説明
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剛性と強度
- FR4はガラス繊維で補強されているため、高い剛性と引張強度があり、機械的ストレスによる曲げや破損に強い。これは、ハンドリング、アセンブリ、または使用中の振動を受けるPCBにとって非常に重要です。
- PTFEと比較して、FR4はより硬いですが、柔軟性が低いため、加工（例えば、穴あけ）を簡素化し、コストを削減します。
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寸法安定性
- FR4は、通常の条件下では形状を維持しますが、高熱（>Tg）または湿気に長時間さらされると、反りや膨張が生じます。設計者は、熱サイクルや湿度のある環境では、これを考慮する必要があります。
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加工性
- FR4はPTFEよりも穴あけや切断が容易で、PCB試作や大量生産の迅速化をサポートします。ガラス繊維層は工具摩耗の原因となりますが、標準的な超硬ドリルビットで対処可能です。
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熱特性
- ガラス転移温度（Tg）： 130°Cから180°Cの範囲で、それを超えると材料は軟化し、機械的完全性を失う。高Tg FR4（例えば、Tg 170-180°C）は、鉛フリーはんだ付けに使用される。
- 熱伝導率： 低い（～0.3W/m・K）ため熱放散が悪く、電源回路ではヒートシンクやサーマルビアが必要となる。
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難燃性
- FR4はUL94 V-0規格に適合し、自己消火性で延焼を防ぎます。これは、民生用電子機器や産業機器の安全性に不可欠です。
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誘電特性と絶縁特性
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純粋な機械的特性ではありませんが、これらは機械設計に影響を与えます：
- 絶縁破壊電圧： 絶縁破壊電圧：高い（10～20kV/mm）ため、高電圧下でも絶縁の完全性が保たれる。
- 誘電率（Dk）： ~4.3～4.8は高周波での信号損失の原因となるが、剛性の高い低周波基板ではそれほど重要ではない。
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純粋な機械的特性ではありませんが、これらは機械設計に影響を与えます：
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設計者にとってのトレードオフ
- FR4のコスト効率と機械的堅牢性は、ほとんどのリジッドPCBに理想的ですが、ハイパワーまたは高周波設計では、ハイブリッド材料（メタルコアFR4など）や補助冷却が必要になる場合があります。
購入者にとっては、アプリケーションのニーズ（環境暴露、周波数要件など）に対してこれらの特性のバランスをとることで、過剰なエンジニアリングコストをかけずに最適な材料を選択することができます。
概要表
| 特性 | FR4 PCB特性 |
|---|---|
| 剛性と強度 | ガラス繊維強化による高い剛性と引張強度；PTFEより硬い。 |
| 寸法安定性 | 正常な条件の下で安定した、しかし高熱(>Tg)または湿気の露出と歪むかもしれない。 |
| 加工性 | PTFEより穴あけ・切断が容易。ガラス繊維層は工具摩耗の原因となる。 |
| 耐熱性 | 低い熱伝導率（～0.3W/m・K）には熱管理が必要。 |
| 難燃性 | UL94 V-0準拠、電子機器の安全性のための自己消火性。 |
| 誘電特性 | 高耐圧 (10-20 kV/mm); Dk ~4.3-4.8は高周波性能を制限する。 |
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