FR4 PCB材料は、そのバランスのとれた熱的および機械的特性により、標準的なプリント回路基板のアプリケーションで広く使用されています。その熱特性には、130℃～180℃のガラス転移温度（Tg）範囲、低い熱伝導率（～0.3W/m・K）、難燃性（UL94 V-0等級）などがある。これらの特性により、FR4は汎用の電子機器には適していますが、補足的な熱管理のないハイパワーアプリケーションにはあまり適していません。さらに、FR4は適度な熱と湿気の条件下で寸法安定性を示しますが、過度の温度はその性能に影響を与える可能性があります。そのガラス繊維強化は剛性を提供し、その機械加工性は費用対効果の高い製造をサポートする。
キーポイントの説明
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ガラス転移温度（Tg）
- FR4のTgは 130°C～180°C である。
- Tg未満では材料は硬いままであり、Tgを超えると軟化し、機械的に不安定になる可能性がある。
- 車載用や工業用電子機器など、高温にさらされる用途には、より高いTgグレード（例えば180℃）が好まれます。
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熱伝導性
- FR4は 熱伝導率が低い（～0.3W/m・K） つまり放熱性が低い。
- このため、過熱を防ぐために大電力回路では熱管理（ヒートシンク、サーマルビア、金属コアなど）を追加する必要があります。
- 比較のために、銅のような金属は〜400 W/m・Kであり、FR4の絶縁性を強調している。
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難燃性（UL94 V-0等級）
- FR4は 自己消火性 難燃性のUL94 V-0規格に適合しています。
- この特性は、民生用電子機器の安全性にとって重要であり、短絡や故障時の延焼を防止します。
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寸法安定性
- FR4は、適度な熱の下では形状を維持しますが、Tg付近や長時間の湿気にさらされた状態では、反りや剥離を起こす可能性があります。
- 設計者は、信頼性の問題を避けるために、銅トレースとの熱膨張（CTE）の不一致を考慮する必要があります。
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機械的特性と加工特性
- ガラス繊維強化は 高い剛性 FR4はほとんどのPCBアプリケーションで耐久性があります。
- PTFEよりも機械加工（ドリル、カット）が容易で、製造コストを削減します。
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強力な適用のための限定
- 低い熱伝導性のために、FR4はある ハイパワー回路に理想的ではない 補足的な冷却なしでは。
- LED照明や電力変換器のような用途には、メタルコアPCBやセラミックのような代替品が必要になる場合があります。
これらの熱特性を理解することで、設計者はPCBプロジェクトにFR4を選択する際、性能、コスト、信頼性のバランスを取ることができます。あなたのアプリケーションは、より高いTgのバリエーションから恩恵を受けるでしょうか、それとも標準的なFR4で十分でしょうか？
総括表
| 特性 | FR4 PCB特性 | 設計への影響 |
|---|---|---|
| ガラス転移 (Tg) | 130°C-180°C（より高いTgのバリエーションあり） | より高いTgは、高熱環境（例：自動車／工業）でも軟化しにくい。 |
| 熱伝導率 | ~0.3 W/m・K（低い） | 過熱を防ぐため、大電力回路にはヒートシンク／サーマルビアが必要。 |
| 難燃性 | UL94 V-0（自己消火性） | 消費者向け電子機器において、電気障害時の安全性を確保する。 |
| 寸法安定性 | 適度な熱／湿気の下では安定。Tg付近や湿気にさらされると反る。 | 銅トレースとのCTE不整合により、設計調整が必要になる場合があります。 |
| 加工性 | ガラス繊維強化は剛性を提供し、PTFEに比べて穴あけ/切断が容易。 | 標準的なPCB設計の製造コストを低減します。 |
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