【基礎から学ぶ基板】 FRグレードとは？～難燃性を示す基板材料のグレードについて～

私たちの身の周りには、電気で動く製品が多々存在します。
そんな製品の機能は、内部に組み込まれている“プリント基板”というものによって決められています。
今回は、そんなプリント基板についての知識を、1から調べ直してわかりやすくまとめてみました。

今回は、「FRグレード」についての説明です。

１．プリント基板の材料とグレード
２．FRグレードとは？
３．FRグレードの詳細
４．FRグレード以外の基材について

１．プリント基板の材料とグレード

プリント基板は、樹脂でできた絶縁性の板の上に銅箔を配置して回路を形成(プリント)したものです。
ですが、“樹脂”と言われてもどんな“樹脂”なのかわからないですよね。
金属に銅・鉄・アルミニウムといった違った特性を持つ種類が存在するように、樹脂にも様々な特性を持った種類が存在しますから。

そこで、プリント基板の材料をとあるグレードごとに表した指標が存在します。
それがFRグレードです。

今回は、プリント基板のグレードを表すFRグレードについて解説していきます。

２．FRグレードとは？

FRグレードとは、英語で[Flame Retardant grade]と書きます。
直訳すると[難燃性グレード]になります。
つまり、樹脂を難燃性(耐熱性)によってグレード分けしたものがFRグレードです。

グレードはFR-1～FR-6という形で表され、数字が大きくなるほど難燃性が高くなります。
要するに、グレードが高いほど燃えにくくなるのです。

FRグレードはアメリカの規格であるNEMA規格[National Electrical Manufacturers Association(アメリカ電機工業会)]や日本の規格であるJIS規格で規定されています。
ただし、FR-○という表示形式はNEMA規格で定められたもので、JIS規格の場合は実際の材料であるPP(ポリプロピレン)やGE(ガラスエポキシ)の後ろに識別記号のようなもの(これが難燃性を表している)を付けて表現します。
JIS規格で定められた形式だとパッと見でグレードが高いのか低いのか見分けづらいです。
だからというわけではないと思いますが、NEMA規格のFR-○という形式の方が一般的です。

ちなみに、FR-6に関しては一時的に規定されていたもので、現在は規格から抹消されているようです。

３．FRグレードの詳細

FRグレードごとの使用樹脂材料や呼び名の一覧表を以下に示します。

NEMA規格表記	JIS規格表記	基板の材料	材料の性質	一般的な名称
FR-1	PP7F	紙基材フェノール樹脂	一般的な絶縁性あり	紙フェノール基板
FR-2	PP3F	紙基材フェノール樹脂	高度な絶縁性あり	紙フェノール基板
FR-3	PE1F	紙基材エポキシ樹脂	－	－
FR-4	GE4F	ガラス布基材エポキシ樹脂	一般的な耐熱性あり	ガラス・エポキシ基板 FR-4基板
FR-5	GE2F	ガラス布基材エポキシ樹脂	高度な耐熱性あり	ガラス・エポキシ基板
FR-6	－	ガラスマット・ポリエステル	－	－

FR-1・FR-2

紙にフェノール樹脂を含浸させた基材。
絶縁性はあるものの基板の耐久性は低め。
コストは安く済むので、ちょっとした片面基板などはこのグレードにすることもある。

使用例：リモコン・キーボード

FR-3

紙にエポキシ樹脂を含浸させた基材。
何故か調べても情報があまり出てこない。
紙基材フェノール基板より絶縁性・吸湿性が向上するが、両面基板に使用するには心許ない。
紙基材フェノール樹脂とガラス布基材エポキシ樹脂の中間グレードと覚えておきましょう。

使用例：不明

FR-4・FR-5

ガラス布にエポキシ樹脂を含浸させた基材。
電気的特性・機械的特性が優れていて、両面基板・多層基板は大体このグレードになります。
FR-4よりFR-5の方がより耐熱性に優れるが、民生用としてはFR-4で充分な性能を持っているので、最も一般的なのはFR-4と言える。
その為か、FR-4基板という呼び名も一般化している。

ちなみに、ガラス布基材エポキシ樹脂自体は白色なので、ソルダーレジストの色が前面に出てきます。
緑や青や赤の基板が存在しますが、あれは全部ソルダーレジストの色です。
日本では緑が多いですが、世界的には“ハロゲンフリーなら一般的に青色にする”という程度の決まりしかありません。
この決まりに関しても、ハロゲンフリーだけど緑色をしている基板もありますので、あまり気にする必要はありません。

FR-4使用例：民生用電子機器(ICカードなど)
FR-5使用例：車載用