🧪 超低誘電正接基板材料:PFASフリーの代替樹脂
超低誘電正接(Ultra-Low Loss)基板材料は、200 Gbps /レーンといった超高速デジタル通信において信号減衰(損失)を最小限に抑えるために不可欠です。
しかし、従来の高性能材料の中には、PFAS(パーフルオロアルキル化合物およびポリフルオロアルキル化合物) を含むフッ素系樹脂が使用されているものがあり、環境規制や持続可能性の観点から、PFASフリーな代替材料への移行が業界の大きな課題となっています。
1. 超低誘電正接を実現する樹脂の分類
PFASフリーで超低誘電正接を実現するために、主に以下の系統の樹脂が代替材料として注目されています。これらの材料は、一般的なFR4に比べて誘電正接(tan δ、信号損失を示す値)と比誘電率(Dk、信号速度を示す値)が非常に低いです。
| 樹脂の分類 | 特徴とメリット | 代表的な材料とブランド |
| PPO/PPE 変性樹脂 | PPE (ポリフェニレンエーテル) や PPO (ポリフェニレンオキシド) は、低誘電特性に優れています。PFASを含まず、比較的容易に高性能基板材料として加工できます。 | Isola TerraGreen、Panasonic Megtron 7など |
| 炭化水素樹脂 | DVB (ジビニルベンゼン) や特定のポリイミド、およびそれらの複合体が使用されます。非常に低い誘電正接を実現でき、特に200 G SerDes時代のExtremely Low Loss材料として期待されています。 | Nelco/Park Electrochemicalの特定のハイブリッド材料、Rogers Corporationの特定の製品群など |
| 熱硬化性ポリフェニレン | 剛性が高く、低誘電特性が優れています。 |
2. PFASフリー材料の技術的優位性
超低誘電正接基板材料の目標は、高速信号の伝送距離を最大化することです。
| 誘電正接の比較(@10 GHz、概算) | FR4 | Low-Loss PPO/PPE系 | Extremely Low-Loss(PFAS代替) |
| 誘電正接 (tan δ) | 0.020 | 0.005 ~ $0.008 | 0.002 ~ 0.004 |
PFASフリーの高性能樹脂は、このtan δを 0.003 以下のレベルまで下げることを目指しており、これにより信号減衰を大幅に抑え、200 Gbps の信号伝送距離を延ばすことができます。
3. 代替材料への移行を推進する要因
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環境規制 (PFAS規制): 欧州を中心にPFASの使用を制限する動きが強化されており、エレクトロニクスサプライチェーン全体でPFASフリー材料への移行が不可逆的になっています。
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AI/HPCの要求: 1.6 T スイッチングASICが要求する超低損失性能は、もはや従来のFR4では対応できず、高性能な低損失材料の使用が必須となっています。PFASフリー材料は、環境要件を満たしつつ、この性能を実現する道筋を提供します。
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