プリプレグは、プリプレグ複合繊維の略で、繊維の製造に不可欠な材料です。 多層プリント回路基板s. しかし、より目立つものに比べて見落とされがちです PCBコンポーネント 銅配線やはんだマスクなど、多層基板製造において重要な役割を果たすプリプレグ。この記事では、このプリプレグについて詳しく説明していきます。プリプレグとは何か、どのように作られるのか、主要な材料特性、一般的な種類、厚さに関する考慮事項などについて解説します。PCBプリプレグについてより深く理解するために、ぜひ読み進めてください。
PCB におけるプリプレグとは何ですか?
プリプレグは、特殊配合のエポキシ樹脂系を予め含浸させた薄いガラス繊維布でできています。この樹脂は部分的に硬化し、Bステージプリプレグと呼ばれる粘着性のある固体シート状材料を形成します。これにより、樹脂は完全に硬化して固体になることなく、積層時に流動して接着することができます。プリプレグシートは銅箔層と交互に積み重ねられます。この多層レイアップを加熱加圧下で積層することで、プリプレグ樹脂が流動し、各層が接着されて強固な積層基板が形成されます。プリプレグは優れた誘電特性と回路層間の接着性を備えています。また、プリプレグは正確な厚さに調整できるため、誘電体層間隔を厳密に制御したPCBを実現できます。
プリプレグはどのように作られるのでしょうか?
- 補強材の選択と準備：補強材は通常、ガラス繊維を織り込んだマットまたは布です。樹脂との適切な接着と含浸を確保するために、洗浄と準備が必要です。
- 樹脂系の混合：樹脂系は通常、エポキシ樹脂、硬化剤、触媒、難燃剤、その他の添加剤で構成されます。これらの成分を計量し、よく混合します。
- 補強材への含浸：樹脂混合物は、ガラス繊維強化材に含浸させるために使用されます。通常は、繊維を樹脂に浸漬するか、ホットメルトコーティングなどの方法を用います。これにより、樹脂が繊維全体に浸透します。
- 部分硬化：含浸された材料は、多くの場合加熱処理などを用いた部分硬化工程を経ます。これにより樹脂はBステージ化され、完全に硬化する前の状態、つまり粘着性のある固体状態になります。
- 処理: プリプレグは、均一な厚さを達成するためにプレスしたり、保護フィルムを追加したりするなどの追加処理を受ける場合があります。
- 包装：プリプレグは通常、離型フィルムまたは紙の間に挟まれ、シート状またはロール状に切断されます。これにより材料が保護され、取り扱いが容易になります。
- 保管：プリプレグは、使用前に追加の硬化を防ぐために冷凍または冷蔵保存されます。 PCB製造これにより、保存期間が維持されます。
- 用途: PCB 製造の準備ができたら、プリプレグ層を解凍し、銅箔でラミネートし、熱と圧力を加えて完全に硬化させます。
プロパティ PCBプリプレグ材料
プリプレグ材料には、その性能と適用性を決定するいくつかの特性があります。
樹脂システム – エポキシ樹脂の配合は、樹脂のTg、誘電率／損失、熱安定性、吸湿性、Z軸熱膨張係数（CTE）といった重要な特性を制御します。一般的なシステムとしては、FR-4、高Tg、ハロゲンフリーなどがあります。
グラスファイバー織り – 標準106および7628ガラススタイルは、最適な特性バランスを提供します。織り目が密なほどパンチング性能は向上しますが、樹脂の含有量は減少します。
樹脂含有量 – 通常45～55%の範囲です。樹脂含有量が多いほど充填性は向上しますが、誘電率は高くなります。樹脂含有量が少ないほど打ち抜き加工が容易になります。
フィラー粒子のサイズと充填量 – シリカなどのフィラーはCTEを低減しますが、誘電率と損失を増加させます。粒子が大きいほど積層時の流動性が向上し、粒子が小さいほどフィラーの落下が減少します。
ドレープとタック – プリプレグの取り扱いと層間の位置合わせを決定する制御可能な特性。
フロー/充填 – ラミネート時の溶融粘度は、特に微細な特徴において充填性能に影響します。
PCBプリプレグの種類
FR4プリプレグ
FR-4は、PCB製造の大部分で使用される標準的な汎用プリプレグ材料です。臭素化エポキシ樹脂を織りガラス繊維で強化した材料で、加工性、寸法安定性、耐熱性、誘電特性、コストのバランスに優れています。FR-4プリプレグの典型的なガラス転移温度は130～140℃です。
高Tgプリプレグ
高Tgプリプレグは、特殊なエポキシ樹脂系を用いることで170℃以上のガラス転移温度を実現し、航空宇宙、防衛、その他の過酷な環境で使用される高信頼性PCBの要件を満たします。この非常に耐熱性の高い樹脂は、はんだ付け、アニール、その他のプロセスにおいて230～290℃まで耐えることができます。高Tgプリプレグは、標準的なFR-4よりも優れた熱的および機械的性能を提供しますが、コストは高くなります。
ハロゲンフリープリプレグ
ハロゲンフリープリプレグは、燃焼時に有害な副産物を生成する可能性のある臭素などのハロゲンを含まない樹脂系を使用しています。一般的なハロゲンフリー樹脂系としては、ビスマレイミドトリアジン（BT）エポキシ、シアネートエステル、変性エポキシなどが挙げられます。ハロゲンフリープリプレグは環境面でのメリットがある一方で、標準的なFR-4と比較してコストが高く、製造工程も複雑になります。
高速プリプレグ
高速プリプレグは、安定した誘電特性と低い誘電損失を実現し、信頼性の高い高周波性能を実現するために、特殊樹脂システムを採用しています。一般的な樹脂システムには、誘電率が3.5未満となるポリフェニレンエーテル（PPE）ブレンドやフッ素樹脂などがあります。高速プリプレグは、RF、マイクロ波、高データレートなど、要求の厳しいアプリケーション向けのPCB設計を可能にします。
正しい選択方法 PCB プリプレグ素材?
プリプレグの選択肢が非常に多いため、材料特性をアプリケーションの要件に適合させることが重要です。
信号品質 - 低Dkおよび低Dfプリプレグは、損失と分散を低減し、より高速な信号を可能にします。 インピーダンス許容差 仕様の範囲内です。
熱管理 – 高い熱安定性が必要な場合は、高Tg樹脂系プリプレグをお選びください。これにより、鉛フリーの組立と温度サイクル下における信頼性が向上します。
環境 – ハロゲンフリーのプリプレグは、燃焼時にダイオキシンなどの危険物質の放出を防ぎますが、標準の FR-4 よりもコストが高くなります。
スタックアップ – プリプレグを薄くすることで、垂直配線とビアをより高密度に配線できます。標準的な106ガラスでも十分ですが、7628の高密度織り合わせは、非常に微細な形状に適しています。
CTE（熱膨張率） – 層数を増やすとめっきスルーホールに応力がかかるため、CTEの低いプリプレグはバレルクラックの発生を防ぎます。これは誘電率の増加と相殺されます。
コスト – 他のプリプレグは究極のパフォーマンスを提供しますが、標準の FR-4 は低コストで多くの用途に十分対応できます。
PCBプリプレグの厚さとその影響
プリプレグの厚さは通常、0.002インチ（2ミル）から0.025インチ（25ミル）の範囲です。より細い配線とスペース、より小さなビア、そしてより厳密なインピーダンス制御を実現するために、より薄い材料が使用される傾向にあります。プリプレグの厚さが及ぼす主な影響は以下のとおりです。
より薄い誘電体により、よりタイトなルーティング形状が可能になります。0.002 インチのプリプレグにより、2 インチの材料を使用した 2/4 に対して 4/0.004 のライン/スペースが可能になります。
誘電体が薄くなると信号損失は減少しますが、0.003 インチ未満ではマイクロビアの信頼性に問題が生じる可能性があります。
標準の 0.014 インチ - 0.020 インチのプリプレグは、幅広いインピーダンス制御と高電圧絶縁に適しています。
0.020インチを超える厚いプリプレグは、より広いギャップを通してより高い絶縁破壊電圧を提供します。高価な中間層の使用を節約できます。
まとめると、プリプレグの厚さは、コスト、設計形状、そして電気性能の間でトレードオフを生じます。常にそうであるように、恣意的に決めるのではなく、それぞれの用途に適したプリプレグの厚さを選択してください。
結論
プリプレグ材料は複雑だが重要な部分であり、 PCB設計 そして製造プロセス。これまで見てきたように、樹脂の種類、グラスファイバーの種類、難燃剤など、様々な要因がプリプレグの電気的、機械的、そして熱的特性に影響を与えます。一見不透明な黒い素材のように見えますが、賢明なプリプレグの選択により、エンジニアは最適な性能を発揮するPCBスタックアップを調整できます。
プリプレグの種類は多岐にわたるため、経験豊富な製造パートナーとの連携は非常に重要です。MOKO Technologyは、スタックアップを最適化するために最適なプリプレグの選択をお客様にアドバイスする専門知識を有しています。 今すぐお問い合わせください。 プリプレグに関するさらなる知識を活用する。
