概要
株式会社フォスターでは、PCB実装コネクタの断面解析・はんだ接合部の品質評価を実施しており、基板材料特性が実装信頼性に与える影響の評価をサポートしています。
FR-4はプリント基板（PCB）の最も標準的な基材であり、ガラス繊維強化エポキシ樹脂で構成されます。耐熱温度の指標としてガラス転移温度Tgと熱分解温度Tdが重要であり、リフローはんだ付けや高温動作環境での基板選定の根拠となります。車載用途では民生品より高Tg・高Tdのグレードが求められます。
FR-4の基本構成と主要材料特性
FR-4基板はエポキシ樹脂（バインダー）＋ガラスクロス（補強材）の複合材料です。FR（Flame Retardant）は難燃性の分類を示します。電気絶縁性・機械強度・コストバランスが優れており、民生〜産業まで最も広く採用されています。
| 特性 | 標準FR-4 | 高Tg FR-4（Tg 170℃品） | 単位・備考 |
|---|---|---|---|
| Tg（ガラス転移温度） | 130〜140℃ | 170〜175℃ | ℃（DSC法） |
| Td（熱分解温度） | 約290〜310℃ | 約310〜340℃ | ℃（5%重量減少） |
| CTE（z方向） | 約60〜70 ppm/℃ | 約50〜60 ppm/℃ | ppm/℃（Tg以下） |
| 比誘電率（1MHz） | 4.2〜4.8 | 3.9〜4.5 | 無次元 |
| 誘電正接（1MHz） | 0.015〜0.025 | 0.010〜0.020 | 無次元 |
| 曲げ強度 | 約400〜500 MPa | 約420〜520 MPa | MPa |
TgとTdの違いと実装への影響
Tgは基板の剛性が低下し始める温度で、リフロー時（最高温度260℃）にはTgを大幅に超えますが、短時間であれば実用上問題ありません。Tdはエポキシが化学的に分解する温度で、Tdを超える時間が長いと基板の永続的な損傷（デラミネーション・ブリスタリング）が発生します。高Tgグレードはより高いTdを持ち、複数回リフローでの信頼性が高まります。
関連する試験
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よくある質問
FR-4と他のPCB材料の違いは？
CEM-3は紙基材+ガラスクロスで低コスト、ポリイミド（PI）基板は高耐熱（Tg 250℃以上）・高価、Rogers社材料は低誘電率・高周波対応です。車載では高Tg FR-4またはPIが標準です。
デラミネーションとは何か？
基板の層間剥離のことです。Tg以上での高温・高湿度環境での蒸気圧や熱膨張差により層間が剥がれます。T288試験（288℃での時間耐性）で評価します。
車載基板で高Tgグレードが必要な理由は？
車載ECUはリフロー後の後付け部品取り付け・修理工程で追加加熱を受ける場合があります。また動作温度が高く、長期使用での耐熱信頼性確保が必要なため標準Tgでは不足します。
FR-4の吸水性とはんだ実装の関係は？
FR-4は吸水性があり、吸水した基板をはんだ付け工程で急加熱するとブリスタリング（膨れ）が発生します。はんだ前のベーキング（105℃×2h程度）で水分を除去することが推奨されます。
株式会社フォスターについて
株式会社フォスターは三重県に拠点を置き、自動車部品（コネクタ・ハーネス・圧着端子）の受託試験を中心に20年以上の実績を有しております。環境試験、電気特性試験、機械的特性試験など幅広い評価に対応し、お客様の品質保証・開発をサポートしています。