高Tg PCB と 標準 FR4: いつ 電子機器 の 高級 熱 性能 を 選ぶ か

PCB デザインの世界では,適切な材料を選択することで,プロジェクトが成功するか失敗する可能性があります.標準FR4は,消費者電子機器の仕事馬です.手頃で,信頼性があり,低温デバイスに最適です.しかし,もしあなたのプロジェクトが熱いエンジンデッキに高電圧PCBが登場する場所です.ガラスの移行温度 (TG) は170°C+ (FR4では130°C~140°C) です.高Tg PCB は 標準板 を 柔らかく する 熱 に 笑うこのガイドでは,主な違い,実用的な使用事例,シンプルなリモコンか 頑丈なEV部品を作ろうとしているか.

主要 な 教訓
1.TG = 耐熱性:高Tg PCB (≥170°C) は極端な熱を処理する.標準FR4 (130~140°C) は低熱装置で動作する.
2熱性能格差:高Tgは30%の熱を散布し,高電力設計 (EVインバーター,5G増幅機) に非常に重要です.
3費用対価値:FR4のコストは20~30%低くなっていますが,High TGは,高温/高性能プロジェクトでは長期的にお金が節約されます (失敗が少なく,再作業が少なくなります).
4機械的強度:高Tgは,溶接や熱循環中に曲げに耐える.工業用/自動車用に最適です.
5決定ルールは,あなたのプロジェクトが >150°Cに達し, >50Wの電力を消費し,または10年以上の信頼性が必要な場合,高Tgを選択します. FR4は消費者向けデバイスに十分です.

標準 FR4 は 何 です か
FR4 (フレームレターダンツ4) は,最も一般的なPCB材料です. それはコスト,強度,基本的な熱性能をバランスします.温度制限を超えない装置の.

標準FR4の基本特性
FR4の強みは,低~中程度の需要に対応する多用性にある.

標準FR4の一般的な用途
FR4 は日常用電子機器のあらゆる場所で利用されていて 熱は最小限でコストは優先事項です
a.消費者用デバイス:リモコン,スマートテレビ,ゲームコンソール,キッチン用機器 (例えば,80°Cを超えないトースターのコントロールボード)
b.低消費電力IoTデバイス:スマート・サーモスタット,モーション・センサー,Wi-Fiルーター (大半は40~60°Cで動作する).
c.趣味のプロジェクト:アルディノシールド,基本的なLEDストライプ,学校用電子機器キット (極端な熱や電力なし).
d.非重要な工業部品:低功率モーターの工場制御パネル (気候制御施設で冷却状態を維持する).

例:スマートフォンのメインPCBはFR4を使用する.そのSoC (System on Chip) はFR4のTGよりかなり低い60~80°Cで動作する.電話のケースとヒートシンクは温度を制御します.FR4 を十分にする.

高 熱 抵抗 力 の 発電所
高TgPCBは 罰のために設計されています変形されたエポキシ樹脂 (しばしばセラミックフィラーが加わります) が,Tgを170°C以上に上昇させ,いくつかのプレミアムグレードが200°C以上に達します温度制限を超えたプロジェクトでは 不可欠です

高Tg PCB の 基本 特質

高TgPCBは熱力,強度,耐久性において FR4を上回る:

高 TG を ユニーク に する 主要 な 特徴
a.熱耐性: 150°C (EV電池コンパートメントでは一般的) にも,高Tgは硬くなり,FR4は変形し始めます.
b.溶接安定性:高温部品 (例えば電源内のIGBT) を溶接する際に曲げない.
耐久性: 耐熱性 (繰り返し加熱/冷却による材料分解) 10年以上寿命 (医療機器など) に不可欠
d. 化学耐性: 油,冷却剤,溶媒に耐える (自動車の底部や工場機械に最適).

例: 5G ベースステーションの電源増幅器の高Tg PCB は,Tg 180°C よりもかなり低い 140°C で24/7 動作する.それは10年以上も安定している.FR4 PCB は3年5年で劣化する.

高Tg vs 標準FR4:データに基づく比較
高Tgを選択するタイミングを理解するために,重要な指標の違いを解析しましょう.

極めて重要な熱格差
最大の違いは それぞれの材料が 時間の経過とともに熱を処理する方法です 100WのLED投光灯の実用的な例を見てみましょう
a.FR4 PCB:LEDドライバの熱は,FR4のTGのすぐ上にある135°Cにボードを押し上げます. 6ヶ月以上で,ボードは歪み,溶接接が割れるようになります.光が点滅し,失敗します.
b.高TgPCB:同じ熱 (135°C) は,Tg 170°Cより35°C低くなります.ボードは平らになり,ライトは5年以上信頼性を持って動作します.
このギャップは,高Tgが熱に敏感な設計では交渉できない理由です.

高Tg PCB を 選ぶ 時: 3 つの 重要な シナリオ
高Tgは"よりよい材料"だけでなく,FR4が失敗するプロジェクトのための専門的な解決策です.

1高温環境
PCB が 持続 的 な 熱 (≥150°C) や 極端 な 温度 変動 に 晒される 場合,高 TG は 必須 です.一般的な シナリオ は 次 の よう です.
a.自動車用下機: EV バッテリー管理システム (BMS),エンジン制御ユニット (ECU) およびトランスミッション制御装置 (120~160°Cで動作する).
b.工業機械:工場モーター,溶接機器,オーブンのコントローラ (140~180°Cにさらされる).
c.屋外電子機器:太陽光インバーター (130~150°Cの直接太陽光で焼く) と5Gベースステーション増幅器 (RFチップからの熱)
d.航空宇宙:航空機用航空機器 (温度変動は -50°Cから120°C)

ケーススタディ:自動車メーカーは,EVBMSでFR4からHigh TG (180°C) に切り替えました.保証請求額は70%減少しました.

2高性能アプリケーション
大量の電流 (≥5A) を吸う部品は,かなりの熱を生成する.高Tg によるよりよい熱伝導性と熱耐性は,これらの設計を安全にする:
a.電源電子機器:インバーター (EV,太陽光),DC-DC変換機,モータードライバ (100~500W).
b.高ワットLED:スタジアム灯,LEDプロジェクター,自動車ヘッドライト (50~200W).
c.データセンターのハードウェア:サーバーの電源とGPUマザーボード (24日/24日,80~140°Cで動作する).
d.医療機器:MRI機器の電源モジュールとレーザー療法ツール (熱を生成し,10年以上寿命が必要).

FR4が失敗する理由: FR4の200WのLEDドライバは過熱し,エポキシが分解し,板が構造強度を失います.高Tgのセラミックで満たされた樹脂は安定しています.恒常的な熱でも.

3長期的信頼性要件
あなたのプロジェクトが10年以上の期間 (例えば医療インプラント,産業用制御装置) で機能する必要がある場合,高Tgの耐久性は投資に価値がある:
a.医療機器:ペースメーカー,インスリンポンプ,診断機器 (10~15年間信頼性のある動作が必要です).
インフラストラクチャ: 信号灯,電力網の制御装置,石油リグセンサー (維持が難しいため長寿が重要です)
c.自動車:EV部品 (8~10年の保証期間が多い) と自動運転車両センサー (重要な瞬間には故障しない)

データポイント:産業センサーの高Tg PCBは,10年後に失敗率が <1%である.FR4の失敗率は同じ期間で15~20%である.

標準 FR4 が 十分 で ある 時
FR4は"劣悪"ではなく,消費者の80%と低需要のプロジェクトにとって正しい選択です.

1消費電子機器 (低熱,低電力)
FR4に挑戦するほど熱を発生させない
a.小型デバイス:スマートフォン,タブレット,スマートウォッチ,リモコン (40~80°Cで動作する).
b.家電:ブレンダー,マイクロ波炉 (加熱要素ではなく制御ボード),コーヒーメーカー.
c.低電力IoT:スマート・サーモスタット,ドアベル,環境センサー (使用量は<10W).

例えば:スマートウォッチのPCBは,プロセッサが60°Cで動作し,時計ケースが熱を散布するためFR4を使用します. FR4は設計を薄くし手頃な価格で保ちます.消費製品にとって重要です.

2費用に敏感なプロジェクト
予算が最優先で 性能要求が低い場合 FR4は価値をもたらします
a.趣味プロジェクト:アルディノキット,DIYLEDストライプ,学校用電子機器
(b) 使い捨て装置:医療検査キット,一時的なセンサー,宣伝用ガジェット.
c.大量消費品:安価なおもちゃ,基本的な懐中電灯,使い捨てカメラ.

シンプルなPCBの1万台の注文で FR4は1万5千ドル~30ドルです000高いTGは20万$50ドルです000FR4は非重要な設計でコストを20%~40%削減します

3室内環境 気候制御
安定した冷たい場所 (20°C~30°C) に PCB を置くと FR4の熱限界は 決してテストされません
a.事務用機器:プリンター,ノートPC,ルーター (エアコンのある部屋で冷やしてください).
b.家庭用電子機器:テレビ,サウンドシステム,ゲームコンソール (過熱を防ぐために換気装置).
c.小売機器:POSシステムとバーコードスキャナー (室内,低消費電力)

決定 の 方法: 決定 に 関する 段階 的 な ガイド
高Tg と FR4 の間で選択する際は,推測する必要はありません.この手順に従って,プロジェクトニーズに合わせて材料を調整してください.

ステップ1: プロジェクト の 熱 電力 需要 を 計算 する
確固たるデータから始めましょう 推測しないでください!
1最大温度を推定する: 熱シミュレーションツール (例えば,Ansys Icepak) や部品データシートを使用してPCB上で最も熱い点を探します.
最大温度 ≥150°C →高Tg
最大温度は <120°C → FR4

2.総電力を計算する:すべての部品の電力を合計する (例えば,モーターコントローラ + センサー = 60W).
電力 ≥50W →高TGの場合
電力 < 30W → FR4

プロのヒント:自動車/産業プロジェクトでは,実世界の変動を考慮するために20°Cの"安全性バッファ"を追加します (例えば,シミュレーションが130°Cを表示した場合,150°Cを仮定します).

ステップ2: 信頼性 と 寿命 の 目標 を 定義 する
あなたのプロジェクトはどのくらいの時間が必要ですか?
a.短期 (1~3年): FR4 (例えば,使い捨てセンサー).
b.長期 (5年以上):高Tg (例えば8年保証のEV部品)
重要な安全性 (医療/自動車):高Tg (故障防止設計では交渉不可).

ステップ 3: 費用 と 価値 を 均衡 に 合わせる
高Tgは長期的に 節約できるのか?
a.そう,もし:失敗すると高Tgのプレミアムより費用がかかる場合 (例えば,失敗したFR4PCBの再加工に対して,高TgPCBは50ドル).
リスクが低い場合 (例えば20ドルのおもちゃ) FR4のコスト削減がより重要になります.

ステップ4:PCBメーカー (LT CIRCUIT) と相談
独りでは行かないで LT CIRCUITのような 評判の良いメーカーが
a.設計と熱データを見直して材料を推奨する.
b.高TgとFR4の両方のサンプルを試験のために提供する.
c. 材料のグレードを調整する (例えば, 170°C vs 190°C 高Tg) あなたの予算に合うように.

例:LT CIRCUITは太陽光インバーター会社に高温180°Cに切り替えるのを手伝った.同社はPCBごとに25%増やしたが,保証コストは2年間のROIで60%削減した.

高Tg と FR4 の PCB の 設計 助言
素材を選んだら デザインを最適化して

高TgPCBについて
a.熱伝導性を活用する:熱部品 (例えばIGBT) から板の縁に熱を拡散するために,銅の注入と熱経路を使用する.
b.互換性のある部品を選択する:関節の故障を避けるために,高温溶接剤 (SnAgCu 305,217°Cで溶解) と高Tg溶接剤を組み合わせる.
c. 試験熱サイクル:耐久性を検証するために,プロトタイプを -40°Cから125°Cの1000回以上のサイクルに試す.

FR4PCBについて
a.ホットスポットを避ける: 熱を生成する部品 (例えば電圧調節器) をボードの縁近くに置いて,よりよい空気流を図る.
高性能部品にヒートシンクを使用します.小さなヒートシンクでさえ FR4 PCB を 10~15°C の冷却状態に保つことができます.
c.リフローサイクルを制限する: FR4は,繰り返し加熱すると弱まり,1〜2回リフローを通過する.

FAQ: 高Tg vs FR4 に関するよくある質問
1消費電子機器に 高Tg PCB を使ってもいいですか?
高いTgの耐熱性が必要で,追加費用は,デバイスを高額にすることになります.消費家用ガジェットではFR4に固執します.

2170°Cと190°Cの高TgPCBの違いは何ですか?
a.170°C 高Tg:ほとんどの自動車/工業プロジェクトに最適 (連続熱150°Cに対応)
b.190°C 高Tg:温度が170°Cに達する極端な環境 (例えば航空宇宙,石油リグ)
お金を節約するために 最低のTgを選んでください

3高Tg PCB は 特別 製造 必要 です か
はい,製造者はより高い固化温度 (170~190°C FR4に対して150°C) と特殊なエポキシ樹脂を使用する必要があります.LT CIRCUITのような高Tg専門知識を持つ製造者と連携してください.

4FR4 PCB は より多くの熱を処理するために 改変できるでしょうか?
限度的に.熱経路や熱吸収器を追加してもよいが,FR4のエポキシは依然として130~140°C以上で柔らかくなる.温度>150°Cでは,High TGだけが信頼できるオプションである.

5高TgとFR4の値段は?
高Tgは1平方インチあたり20~40%高い.100mm×100mmPCBではFR4は1,5~3ドル,高Tgは2~5ドル.熱/電力を重視する設計ではプレミアム値が値する.

結論: プロジェクト に 適した 材料 を 選べ
高熱度PCBと標準FR4は競争相手ではない.それらは異なる仕事のためのツールである.FR4は,消費者や低需要のプロジェクトの80%のために手頃で信頼できる選択である.熱と寿命が重要でない場合高Tgは,高温環境,高電力部品,長期的信頼性の要求など,限界を超えたプロジェクトに専用のソリューションです.

成功の鍵は 必要な材料に合わせることです
a.あなたのプロジェクトが冷たい状態で (<120°C) 動作し,低電力 (<30W) を消費し,または短い寿命 (<5年) を有する場合は → FR4.
プロジェクトが150°C以上で 50W以上消費し,10年以上信頼性が必要なら

このガイドに従って LT CIRCUIT のような専門家に相談すれば,FR4 が動作するときに高Tg に過剰な支出をしたり,熱に敏感な設計で FR4 を使えば失敗する危険を回避できます.適切な材料は 単なる部品ではなく 機能するプロジェクトの基礎です持続可能で価値をもたらします