FR4 とポリイミド: フレキシブル回路にはどの材料が適していますか?

このブログでは、FR4 とポリイミド材料の違いと、それらがフレックス回路の設計と性能に与える影響について探っていきます。

フレキシブルプリント回路 (FPC) としても知られるフレキシブル回路は、曲げたりねじったりできるため、現代のエレクトロニクスに不可欠な部品となっています。これらの回路は、スマートフォン、ウェアラブルデバイス、自動車エレクトロニクス、医療機器などのアプリケーションで広く使用されています。フレキシブル回路の製造に使用される材料は、その性能と機能において重要な役割を果たします。フレキシブル回路で一般的に使用される 2 つの材料は、FR4 とポリイミドです。

FR4 は Flame Retardant 4 の略で、グラスファイバーで強化されたエポキシ ラミネートです。リジッドプリント基板（PCB）の基材として広く使用されています。ただし、制限はありますが、FR4 はフレキシブル回路でも使用できます。 FR4 の主な利点は、高い機械的強度と安定性であり、剛性が重要な用途に適しています。また、フレキシブル回路に使用される他の材料と比較して比較的安価です。 FR4 は優れた電気絶縁特性と良好な高温耐性を備えています。ただし、その剛性により、ポリイミドなどの他の材料ほど柔軟性はありません。

一方、ポリイミドは、優れた柔軟性を備えた高性能ポリマーです。高温に耐える熱硬化性材料であり、耐熱性が必要な用途に適しています。ポリイミドは、その優れた柔軟性と耐久性により、フレキシブル回路での使用によく選ばれます。回路の性能に影響を与えることなく、曲げたり、ねじったり、折りたたんだりすることができます。ポリイミドは優れた電気絶縁特性と低い誘電率も備えているため、高周波用途に有利です。ただし、ポリイミドは一般に FR4 よりも高価であり、比較すると機械的強度が低い場合があります。

FR4 とポリイミドの両方には、製造プロセスに関して独自の利点と制限があります。FR4 は通常、余分な銅をエッチングして目的の回路パターンを作成するサブトラクティブ プロセスを使用して製造されます。このプロセスは成熟しており、PCB 業界で広く使用されています。一方、ポリイミドは、基板上に銅の薄層を堆積して回路パターンを構築する付加プロセスを使用して製造されるのが最も一般的です。このプロセスにより、より微細な導体トレースとより狭い間隔が可能になり、高密度のフレキシブル回路に適しています。

性能の観点から、FR4 とポリイミドのどちらを選択するかは、アプリケーションの特定の要件によって異なります。FR4 は、自動車エレクトロニクスなど、剛性と機械的強度が重要な用途に最適です。熱安定性に優れており、高温環境にも耐えられます。ただし、柔軟性が限られているため、ウェアラブル デバイスなどの曲げや折り畳みが必要な用途には適さない場合があります。一方、ポリイミドは、柔軟性と耐久性が要求される用途に優れています。繰り返しの曲げに耐えられるため、医療機器や航空宇宙エレクトロニクスなど、連続的な動作や振動を伴う用途に最適です。

要約すれば, フレキシブル回路における FR4 およびポリイミド材料の選択は、アプリケーションの特定の要件によって異なります。FR4 は機械的強度と安定性が高いですが、柔軟性に劣ります。一方、ポリイミドは優れた柔軟性と耐久性を備えていますが、より高価になる可能性があります。これらの材料の違いを理解することは、要求される性能と機能を満たすフレキシブル回路を設計および製造するために重要です。スマートフォン、ウェアラブル、医療機器のいずれであっても、フレキシブル回路の成功には適切な材料を選択することが重要です。