リジッド基板とは
リジッド基板とは、絶縁体の素材の表面や内部に配線だけを配置したプリント基盤の1種です。
この基板上に電子部品を実装して電子回路を製作するための、基本的な部品です。 プリント基板には、柔軟性のない硬質な材料を用いたリジッド基板、薄く柔軟性のある材料を用いたフレキシブル基板などがあります。
リジッド基板には、片面にだけ基板がある片面基板、両面に基板がある両面基板、何層かの基板の層が積み重ねられた多層貫通基板、高密度配線が可能なビルドアップ基板などの種類があります。
リジッド基板の使用用途
リジッド基板は、硬質の素材で作られているため、強度が高いです。電気的特性にも優れ、両面基板や多層基板などを使用することで小さい実装面積に多数の部品を集積して搭載できます。
これらの特徴を活かして、医療機器、自動車、航空機、船舶、産業用機器、パソコン、民生用電子機器、OA機器、IT機器、ICカード、デジカメ、マザーボードなど、幅広い分野の電子機器・電子製品に使用されています。
リジッド基板の原理
リジッド基板は、基材 (ガラスクロスや紙) に樹脂 (エポキシ、フェノール、テフロン、BT) などを含浸させたものを半硬化状態に仕上げたプリプレグに銅箔を高温高圧のプレスなどで張り合わせたプリント基板です。 プリント基板は、銅箔で回路パターンを形成した銅張積層板 (英: CCL: Copper Clad Laminate) 、基板表面保護用インク (ソルダーレジストインク) から作られています。
リジット基板の種類
1. 仕様による分類
貫通多層基板
実装したい部品の数が多く、基板自体の面積が足りない課題に対して、多層化する形で対応したリジット基板です。絶縁層と導体層を重ねる形で構成されており、ドリルで空けたスルーホールと呼ばれる貫通穴にて導体接続を行います。
実装できる部品の数が増えるため、高密度の実現が可能となり、多機能な電子機器に使用されています。
ビルドアップ基板
貫通多層基板と同じく、絶縁層と導体層を重ねた多層基板です。異なるのは貫通穴をドリルではなく、レーザーで空けている点です。ドリルで空ける穴にはサイズに限界があり、小径化に課題があります。
また、一律で貫通させるため、配線設定の自由度があまり高くありません。レーザーにて要所のみ貫通させる手法で、この課題を解決した基板となります。
IVH多層基板
スルーホール以外に層間を接続するビアを持つ多層基板です。内層と外層を接続するブラインドビアと内層同士を接続するビアが付属しています。
2. 素材による分類
プリント基板の種類は、銅張積層板を構成する基材と樹脂によって、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、シリコン基板、BT基板などがあります。また、樹脂を使わず、アルミニウム、セラミックスだけで構成された金属ベース基板、セラミックス基板などもリジッド基板に含まれます。
プリント基板の難燃性・耐熱性は、一般的にNEMA (米国電機工業会) の定めるFR (英: Flame Retardant) グレードと呼ばれる規格で分類されます。
紙フェノール基板
紙フェノール基板は最も古くから使用されている基板で、紙にベークライトと呼ばれる熱硬化のフェノール樹脂を含浸させたものです。安価ですが、はんだ耐熱性・難燃性が低く、吸水しやすいためメッキ加工が困難なのが欠点です。
絶縁性によって、絶縁性の低いFR-1、絶縁性の高いFR-2に分類されます。スルーホール加工をする場合銀ペーストを貫通穴に流し込むことで表裏を導通する加工が可能です。
紙エポキシ基板
紙エポキシ基板は紙に熱硬化性のエポキシ樹脂を含浸させたもので、FR-3に分類されます。紙フェノール基板に比べると吸水しにくくなり、はんだ耐熱性・電気的特性に優れています。
ガラスエポキシ基板
プリント基板の中で最も多く使用されているガラスエポキシ基板は、ガラス繊維を織って布にしたガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させ、難燃性を向上させたものです。
一般的な耐熱性のものがFR-4、高耐熱性のものがFR-5に分類されます。耐薬品性が高く、スルーホール加工を行うことで表裏に回路を形成可能です。
ガラスコンポジット基板
ガラスコンポジット基板は、ガラス繊維を押し固めたガラス不織布とガラスクロスを組み合わせたものにエポキシを含浸させたものです。FRグレードの分類外の基板で、ガラスエポキシ基板の安価な代替基板としてよく使用されます。
金属ベース基板
金属ベース基板は基板の放熱を目的として、銅やアルミなどの熱伝導性の高い金属をベースにエポキシ樹脂などを塗布したのち銅箔とプレスにより張り合わせたものです。ベース金属を厚くすることで放熱性を高められますが、高価になります。
セラミックス基板
セラミックス基板は、金属ベース基板同様放熱を目的とした基板です。ベースにシリカや窒化ケイ素使用しています。金属ベースと比較すると、熱膨張率に優れます。