複雑なPCBの製造、設計、および組立工程基板材料の選定は、最終製品のコスト、品質、および機能性を決定するうえでの重要な要素となります。使用可能な多数の材料の中でも、FR-4 と Rogers は業界で最も広く用いられている材料の 2 つです。両者にはそれぞれ独自の強みと最適な用途があり、高速かつ高周波の環境が求められる場合に使用されるという共通の目的を持っています。
FR-4 は、そのコストパフォーマンスと柔軟性の高さから評価されており、さまざまな PCB 製造分野で広く用いられています。一方で Rogers 材料は、高速かつ高周波アプリケーションにおける優れた性能品質により高く評価されています。本記事では、Rogers と FR-4 を詳細に比較し、お客様の特定の PCB ニーズに最も適した材料を選択するための最良の判断ができるよう支援します。
材料の構成と特性
FR-4材料は、エポキシ樹脂とガラス繊維布補強材で構成されており、均一な機械的安定性を備えた硬い構造を実現しています。この標準オプションは、安定した電気絶縁性と滑らかな表面仕上げを有しており、平均的な要求水準の一般的な用途に適しています。
しかしながら、Rogers の製品は炭化水素系の基材または高性能樹脂システムから配合されており、セラミックフィラーを含む場合があります。これらは本来やわらかい性質を持ちますが、優れた電気特性により高周波用途においてより良好な性能を発揮します。この独自の配合により、信号の完全性が向上し、損失が低減されます。
誘電特性と信号完全性
材料の誘電率（Dk）は高周波用途において極めて重要であり、インピーダンスや信号の伝搬速度に影響を与える。FR-4 の誘電率は一般的に 4.0～4.8 の範囲を示し、高周波数では大きな信号損失や伝搬遅延を引き起こす可能性がある。
比較のために言うと、Rogers 製品は一般的に 2.2～3.5 の、はるかに低く均一な Dk を提供しており、これにより信号損失が最小限に抑えられ、広い周波数帯域にわたって安定した電気的特性が得られます。この均一性は、信号の完全性を損なうことが許されないマイクロ波や RF などの用途において不可欠です。
熱管理と電気的性能
PCB材料特に高速アプリケーションにおいては、熱管理において有効でなければなりません。FR-4 の熱特性は、そのガラス転移温度（Tg）である約 130°C～150°C によって制約されています。これは、過酷な熱環境において制約要因となります。
Rogers材料は、ガラス転移温度（Tg）が150°Cを超え、熱伝導率にも優れているため、熱マネジメントにおいてより優れています。このような特性により、過酷な動作条件下でも卓越した性能が保証され、熱が重要となるアプリケーションにおいてRogersは最良の選択肢となります。
また、散逸係数（Df）は、エネルギーが熱として散逸することによる信号損失の尺度です。FR-4 の Df は通常 0.020～0.030 の範囲であり、一般的に 0.004 未満である Rogers 材料よりも高くなります。Rogers の低い散逸係数により信号減衰が小さくなり、複雑な電子アプリケーションにおいて高品質な信号伝送を維持することが可能になります。
インピーダンス制御と安定性
高周波用途では、最適な性能を得るために高精度なインピーダンス制御が求められます。Rogers材料は、広い周波数帯域にわたって安定性を維持しつつ、より低い挿入損失および伝送損失を実現します。この利点は、レーダー、RF回路基板、および高精度なインピーダンス制御を必要とする用途において非常に有用です。
インピーダンスの観点から要求がそれほど厳しくない用途であれば FR-4 で十分ですが、Tg レベルを強化した高性能 FR-4 タイプの登場により、ハイブリッドソリューションが可能になりました。FR-4 と Rogers 材料の両方を単一の構造内で使用することができ、コストと性能の要求を両立させることができます。これは、多層および複雑な PCB の製造において標準的になりつつあります。
コスト面の考慮事項
FR-4 の財務面での優位性は、多くの用途において価値と性能のバランスが取れていることから、反論の余地がありません。価格が手頃であるため、コストが重要な要素となる民生用電子機器、自動車、産業用途で広く使用されています。
コストは高くなるものの、Rogers製材料は高周波数領域で比類のない性能を発揮し、これは航空宇宙、衛星、通信分野のアプリケーションにおいて極めて重要です。こうした優れた高周波性能は、特に信頼性と精度が不可欠な場面では、追加コストに見合う価値があります。
FR-4 と Rogers 材料の両方を組み合わせたハイブリッドソリューションは、予算を圧迫することなく高性能アプリケーションに対応できる経済的な選択肢です。各材料の優れた特性を活かして全体として最適なコストパフォーマンスを実現し、複雑な設計に対してカスタマイズされたソリューションを提供します。
適用分野と性能
FR-4は、優れた機械的特性と電気絶縁性によって一般的な使用に耐えられるため、通常の環境条件下における中・低周波数用途で好んで使用されます。
対照的に、ロジャース製品は、信号の安定性、信号の完全性、および低損失が重要な課題となる衛星、マイクロ波、レーダー技術などの高周波用途では代替することができません。
ロジャース材は、周波数や動作条件全般にわたる優れた安定性により、材料の故障コストが特に高くなり得る軍事および航空宇宙分野の用途にも採用されています。
FR-4 と Rogers 材料の選択は、それぞれのアプリケーション固有の要件に基づいて行われます。FR-4 はコスト効率と入手のしやすさからよく選ばれますが、Rogers 材料は、最新の電子環境に不可欠な高速・高周波アプリケーションにおいて最適な性能を発揮します。
適切な材料を提供するためには、周波数範囲、耐熱安定性、コスト、および想定される用途のすべてを慎重に検討し、これら二つの選択肢のどちらにするかを決定する必要があります。
私たちPCBCartは、さまざまな用途に最適な材料を選定する豊富な経験を有しており、性能とコストのあらゆる要件を満たすことを目的とした高品質なPCBの製造に努めています。FR-4、Rogers、あるいはハイブリッド方式を用いることで、お客様に可能な限り最良のソリューションを提供することを強く信じています。PCB製造ニーズに応え、電子機器における機能性と信頼性を実現します。
役立つリソース:
・高Tg PCB、FR-4 PCB
•ある種のFR4セミフレキシブルPCBの製造技術
•PCB基板材料、PCB材料タイプ
•HDI PCB メーカー、高密度インターポーザ PCB
