ファブリック回路基板とは、グラスファイバーで製造されたプリント回路基板 (PCB) を指します。 一般的な材料の 1 つとして、回路基板の柔軟性と熱伝導率の向上が可能になります。

この記事では、ファブリック PCB の製造概念を説明し、他の PCB 材料と比較し、いくつかの利点を強調します。

ガラス基板とは何ですか?

グラスファイバー素材を使用して製造された回路基板を指します。 この材料の使用は、業界標準を満たす、PCB の価格要件に適合する、特性を向上させるなど、幅広い目的に使用されます。

回路基板のファブリック製造プロセス
グラスファイバーは、PCB で使用できるようになる前に、いくつかのプロセスを経ます。 制作にあたっては次のようなことが行われます。

ガラスインターレース

最初のプロセスは、さまざまな太さと密度のガラス糸の繊維を織り込む (交絡させる) ことです。 ガラス糸が「布のような（ガラス繊維）シート」の形になるまで織りが行われることにも注意してください。

含浸

次のステップは、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させることです。 これは 2 つの目的で行われます。 1 つ目は、PCB の硬化樹脂 (コア) と未硬化樹脂 (材料) を形成することです。

ガラスファブリック PCB に関する主な考慮事項

ファブリック基板から価値を得たい場合は、特定の対策を講じる必要があります。 以下は、ガラス糸の繊維を織り合わせたり交絡させたりする際の主な考慮事項の一部です。

1. 厳密な考慮事項

生地がどれくらいしっかりしているかがリストに含まれるはずです。 理想的には、ここには 2 つのオプションがあります。緩く織られたものとしっかりと織られたものです。 経験則では、生地が緻密であればあるほど、誘電率はより均一になります。

詳細は次のとおりです。

緩く織られたエポキシ充填材
エポキシ樹脂の織りが緩い場合、回路基板のラミネートに多くの問題が発生する傾向があります。 これらの問題は、誘電率の不一致、インピーダンスの変動、信号伝播スキューにまで及びます。

しっかりと織られたエポキシ充填
一方、織りの網目がきつくなるほど、均一な誘電率が得られる可能性が高くなります。

2. ジグザグ トレース ルーティング

トレースの方向が疎な織りガラス スタイルの織りを横切って配線される場合、織りガラス スタイルの悪影響が生じるリスクがあります。

これを変更するより良い方法は、「ジグザグ トレース ルーティング」形式を使用することです。 これにより、ファイバーグラスのストランドに対して角度を付けて配線することができます。

ただし、これは完全な解決策ではなく、PCB 上のより多くのスペースを占有するという別の問題を引き起こすためです。 より多くの基板領域が占有されると、その結果、実現可能性の問題が引き起こされる可能性があります。

これを考慮すると、2116 ガラス スタイルなどの中程度の織りのガラス スタイルを使用するのが最善です。 これは、高速配線層のインピーダンスの問題に対処するのに役立つ、しっかりと織られたグラスファイバー素材です。

3. 費用対効果の高い妥協点

しっかりと織られた素材はインピーダンスの問題を軽減します。 また、別の問題も引き起こします。 このタイプのグラスファイバー素材は非常に高価です。

この目的を達成するには、1080 や 106 ガラス スタイルなどのコスト効率の高いバリエーションを選択するのが合理的です。 これらは、高速トレース層と低速信号層の最適化を実現します。

4. スプレッドガラス素材を使用する

特に超高速トランシーバーの信号基板設計では、誘電率の不一致を回避するのに役立つスプレッド ガラス マテリアルを使用することもできます。

回路基板パターン生地の製造プロセス

以下の手順に従えば、ファブリック PCB をリアルタイムで製造できます。

1. PCB を設計する

最初のステップは、コンピュータ支援設計 (CAD) ソフトウェアを使用して基板の設計を行うことです。 これが完了したら、デザインから PCB レイアウトに変換する必要があります。

2. 基板の準備

基板は、ボードのパネルを希望のサイズと形状に切断および穴あけすることによって準備されます。

3. PCB を積層する

積層プロセスでは、ラミネート手順を使用して、基板の上部と底部の両方に銅の層を追加します。

4. 穴あけとメッキ

基板に穴を開けることで、メッキプロセスへの道が開かれます。 穴あけ手順では、PCB コンポーネント用の穴を作成する必要があります。 これらの穴は、層を相互接続する媒体としても使用されます。

このプロセスが完了すると、メッキプロセスが引き継がれます。 銅は穴を編んだり覆ったりするために使用されます。 これは、スルーホール (THT) コンポーネントを統合するためのスペースを作成するための媒体です。 穴を編むことは、PCB 層間に必要な電気接続を作成するのにも役立ちます。

5. ソルダーマスクの塗布

はんだマスクの層が回路基板の表面に適用されます。 アプリケーションは次の 2 つの目的を果たします。

コンポーネントを配置するための開口部が作成されます。
ソルダーマスクは、銅配線などの重要な PCB コンポーネントを保護するのにも役立ちます。

6. シルクスクリーン印刷

これは、PCB 上の部品の位置を強調表示、明らかに、または特定する方法です。 シルクスクリーンを適用すると、テスト ポイント、基準インジケータ、PCB コンポーネント、およびその他の関連マーキングの位置が明らかになります。

7. ボードのテスト

ファブリック PCB は、コンポーネントのパフォーマンスを検証するための一連のテストを受けることができます。

どのような形態のグラスファイバーが存在しますか?
ファイバーグラスはファブリック PCB の製造に使用される中心的な素材であり、さまざまな形状があります。 これらの形式には次のものが含まれます。

グラスファイバークロス

これはグラスファイバーの最も適切な形式です。 ガラス繊維糸が含まれています。 幅広いオプションがあるにもかかわらず、グラスファイバークロスの断熱機能は信頼できます。

グラスファイバーテープ

この形態のグラスファイバーはガラス繊維のストランドで構成されており、優れた断熱特性で評判です。

グラスファイバーロープ

この形式のグラスファイバーは、梱包目的で使用される用途に最適です。 グラスファイバーロープの形状は、同様にグラスファイバーで構成される編組糸で作られています。

さまざまな種類のグラスファイバー
グラスファイバーはさまざまなクラスに分類されています。 もちろん、これらのクラスは、一般的な用途や使用例だけでなく、グラスファイバーのさまざまな特性を指します。

Haven 氏によると、ここではよく見かけるグラスファイバーの種類をいくつか紹介します。

ガラス

成分はアルカリ25%、シリカ72%です。 Aガラスタイプは窓ガラスによく使用されますが、完全な耐熱性はありません。

C ガラス

主成分はホウケイ酸ナトリウムと酸化ホウ素です。 特性には耐食性と耐久性が含まれます。

Dグラス

これは、プリント基板 (PCB) 設計で最も人気のある選択肢の 1 つです。 ホウケイ酸塩ベースのグラスファイバーを特徴とする D グラスは、改善された電気特性、低密度、優れた絶縁耐力を備えています。

Eガラス

これは、高電気抵抗アプリケーションに最適なオプションです。 E ガラスは、耐電流性が高いことで人気があります。

主成分はホウケイ酸アルミナカルシウムです。 このため、E ガラスは複数のタスクを実行できるため、「ガラス強化プラスチック (GRP)」と呼ばれています。

ECRガラス

ここではアルミノケイ酸カルシウムが主成分です。 優れた特性は優れた耐食性です。 これは、材料を腐食剤から防ぐのに役立ちます。

ファブリック回路基板のアプリケーション

グラスファイバー製のプリント基板 (PCB) は、幅広い業界で使用される傾向があります。 サポートされている使用例の一部を次に示します。

自動車

自動車産業はグラスファイバー PCB から最も恩恵を受けています。 これらのボードは、さまざまなコンポーネントの製造において中心的な役割を果たし、さまざまな自動車関連アプリケーションで使用されます。

家電

主流で使用されている電子機器も、設計にグラスファイバーを使用することで恩恵を受けています。 優れた電気的特性と優れた機械的性能により、ラジオ、コンピュータ、電話などの特定の家庭用電化製品での使用に最適です。

医療機器

医療機器やウェアラブルもグラスファイバー回路基板で構成されています。 寸法安定性と低熱伝導性は、この業界で使用される理由の一部です。

航空宇宙と防衛

航空産業、軍事および準軍事準国家も、ファブリック PCB の優れた点から恩恵を受けています。 特に注目すべきは、回路のガラス強化プラスチック (GRP) であり、計器箱や保管箱などの特定の航空機用途に最適です。

ファブリック回路基板と FR-4 の比較

グラスファイバー材料は、多層 PCB、リジッド回路基板、片面基板、高周波 PCB、両面回路基板など、さまざまな種類の回路基板を製造するための一般的な基板です。

一方、FR-4 はガラス繊維材料をベースとしたガラス強化エポキシ積層板です。 グラスファイバーと置き換えられることが多いですが、グラスファイバーとは全く異なります。

2 つの明確な違いは次のとおりです。

1. 費用対効果

予算に限りがある場合、FR-4 材質の使用は理想的な選択肢ではありません。 むしろ、前者よりも手頃な価格のグラスファイバー基板を選択してください。

2. コンポーネント

グラスファイバー回路と FR-4 回路はどちらも樹脂バインダーとグラスファイバー生地から作られていますが、FR-4 の方が優れた特性を持っています。 グラスファイバーのガラス繊維不織布の使用と比較して、その優れた特性の 1 つはガラス織物を使用していることです。

3. 主流の使用法

最もよく使われる生地と言えば、FR-4 素材が代表的です。 特殊な製造の必要性が減り、難燃性があり、主流で入手できるため、FR-4 基板は現在、さまざまな家電製品で使用されています。

4. 電気的特性

グラスファイバーと FR-4 材料の両方が優れた電気的特性を持っているにもかかわらず、 前者にはさらに多くのメリットがあります。 この点で、私たちはその低い誘電率、つまり高周波アプリケーションでの使用に理想的な特性を考慮しています。

熱特性

これは、熱への明白な暴露に耐える材料の能力を指します。 グラスファイバーの熱膨張係数がわずかに高いため、FR-4 素材を使用することをお勧めします。 これが材質が反りやすい理由です。

回路基板設計ファブリックを使用する利点

PCB 設計にグラスファイバーなどのファブリックベースの素材を使用すると、多くの利点が得られます。

この決定の動機となる要因のいくつかを次に示します。

耐薬品性

グラスファイバーは化学物質の悪影響をはねのける能力のおかげで、最高の耐薬品性を備えています。

ただし、素材が強力なアルカリ化合物にさらされる可能性があることに注意してください。

圧倒的な強さ

優れた強度対重量比もまた利点です。 この場合、基材は強度レベルの向上が必要な用途に最適です。

寸法安定性

不適切な輪郭を持たない PCB 材料を入手してください。 それがグラスファイバーの優れた特徴の一つです。 どのような温度にさらされても、そのような温度や環境に応じて収縮したり、膨張したり、形状が変化したりすることはありません。

電気的特性

より高い電気絶縁性を必要とするアプリケーションでは、優れた強度と低い誘電率を備えたグラスファイバー PCB 材料がよく使用されます。

耐湿性

PCB が (過剰な) 湿気環境にさらされるとどうなりますか? 多くの場合、湿気がボードに侵入し、内部損傷を引き起こします。

グラスファイバー素材は優れた耐湿性を備えているため、湿気にさらされる必要のない用途に適しています。 これが、湿気の多い環境など、さまざまな環境でこの素材を使用できる理由でもあります。

耐火性

基材はどの程度発火しやすいのでしょうか? FR-4 材料がそのような用途向けに指定されているにもかかわらず、 グラスファイバー基板にも可能性はあります。 耐火性能について知っておくべきことは次のとおりです。

強度保持力がより高い素材です。 これは、摂氏 540 度までの温度にさらされても、強度の最大 25% が保持されるとされています。

• グラスファイバー素材は、そのようなものにさらされても火災を引き起こしたり燃えたりしません。
• 素材から煙が発生しない可能性が高くなります。 これは主に、特に熱を受けたときに自然発火しない無機材料の含有量によるものです。

結論

ファブリック回路基板は発火したり発火したりせず、優れた電気特性と熱特性を備えています。 回路基板の設計と製造を最適化する方法についてのディスカッションを開始するには、今すぐお問い合わせください。