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UL and the UL logo are trademarks of UL LLC © 2012

FR-4 OVERVIEW

June, 2013 JPCA

Contents

WHO IS UL

OUR COMPONENT EXPERTISE

FR-4 IMPACT

ULは行動します。

世界の人々のために

4 4 5

1894年の創設時より、私達の全ての行動の核となっているのが、

より安全な世界を目指すというULのミッションです。

- 調査研究を通じて安全科学の発展を促す

- 生命と財産の損失を防ぐこと、減らすこと

- 人々のために安全な生活・職場環境を推進する

5

ULマークは、世界中で毎年、220億個の

製品に表示され、消費者、お客様、企業、

政府機関に安心を届けています。

ULがお手伝いします。

世界市場への進出

安全は進化しています。今日の複雑な問題が、

過去の懸念に取って代わり、そして、未来の安

全がどのようなものであるかは、いまだ明確で

はありません。

- 電気

- 火災

- 化学

- 食品・水

- インフラ

- 医療機器

- サステイナビリティ

- 再生エネルギー

- 無線

安全の定義は

進化しています

進化する安全

ULも進化しています

安全の定義が次々と新たな展開を

見せる中、ULが特に注力している

のが、提供サービスの拡大による

サービス・ラインアップの大幅な充

実です。世界は変化し、そのニーズ

も変化し続けています。ULの目標

は、お客様にこれらのニーズへの

対応を実現していただくことです。

ULは様々なお客様に幅広いサービス

を提供しています。 そのサービス範囲

は、新技術の試験から各国の認証取

得まで、製品のライフサイクル全般に

及んでいます。

ULは目指しています。

より安全な世界

Contents

WHO IS UL

OUR COMPONENT EXPERTISE

FR-4 IMPACT

We play a critical role in fostering supply

chain integrity

Recognition leads to

product safety listing

認証は製品安全のために

UL Recognition is driven by end product safety concerns around:

ULの認証は最終製品の安全性への懸念に基づく

• Fire: added fuel; ignitability

火災: 燃料を追加; 着火

• Electric Shock: reduced spacings; insulation breakdown

電気ショック: スペーシングの減少; 絶縁破壊

• Mechanical Strength: ability to support components

機械的強度: 部品を支える

Many end-product Standards require UL Recognized PWBs, for example:

多くの最終製品の規格はUL認証されたプリント配線板を要求

IEC 60065 (Audio & Video Equipment) • V-0 or V-1 based on power requirements IEC 60950 (Information Technology Equipment)

• V-1, MOT for application, and Direct Support compliant IEC 62368 (ITE and Audio/Video Equipment)

IEC 60335 (Appliances)

IEC 60601 (Medical Equipment) • V-1, MOT for application

IEC 61010 (Equipment for Laboratory Use) • V-1, 105C MOT

Demand Driver for UL Certification

Hazard

Failure

Mechanism Board Feature Test Test Method

PWB Parameter Electric Shock Reduce Spacings Metal type conductor adhesion

Bond strength UL796 MOT Blistering/Delam UL796 MOT

Paste type conductor

adhesion

Conductive

Paste Adhesion UL796 MOT

Silver

conductors Silver Migration UL796 MOT

Plating

adhesion Plating adhesion UL796 MOT Warping /

Cracking Delam UL796 MOT

Environmental

Contamination CTI UL746E/UL746A DSR

Insulation

Breakdown Board thickness

Dielectric

Strength UL746E/UL746A RTI/MOT/DSR

Volume

Resistivity UL746E/UL746A DSR

MOT – Maximum Operating Temperature DSR – Direct Support Requirement

Hazard

Failure

Mechanism Board Feature Test Test Method

PWB Parameter

Flammability

Fuel for the fire/burn time Board thickness Self Extinguishing or Slow burn UL94 RTI/Flame Coatings Self Extinquishing or Slow burn UL94 Flame Ignitability

Hot wire Ignition

Or Glow wire HWI UL746E/UL746A DSR

High Arc Ignition HAI UL746E/UL746A DSR

Mechanical Strength Ability to support components Board thickness

Flexural Strength UL746E/UL746A RTI

Tensile Strength UL746E/UL746A RTI

Inner layer

Delamination UL746E/UL746A RTI/MOT

Demand Driver for UL Certification

MOT – Maximum Operating Temperature DSR – Direct Support Requirement

Benefits of UL PWB

Recognition

UL認証プリント配線板の利点

PWBs are covered under UL’s Component Recognition Program

プリント配線板評価はULの部品認証プログラム

• Type Testing 試験

− Provides user with confidence component initially complies with requirements

部品が要求事項に合致する安心をユーザーに提供

− Pre-selection allows for less testing by OEMs, data compared against requirements

OEMによる試験の軽減、要求事項とのデータ 比較が 可能

− UL Recognized PWBs may be used Globally

UL認証プリント配線板は世界中で使用

• On-going compliance 適合性の維持

(FUS – Follow-up Service)

− Audit Surveillance of materials and PWBs during production

材料･プリント配線板の製造 立会い検査

− Provides confidence the component continues to meet standard requirements moving forward

将来に渡り部品が規格要求に合致する信用性を供給

FR-4 History and

UL746E Standard Revision

FR-4の歴史と改訂規格

Historical FR-4 Modifications

FR-4改良の歴史

Traditional FR-4s composed of brominated epoxy resin have also

evolved based on the following changes:

臭素化エポキシ樹脂からなる従来型FR-4は以下の変化に基づき、発展してきた

1) Modification of resin to improve reliability

• Heat resistance, humidity resistance, and heat expansion, etc.耐熱性、耐湿性、熱膨張性など

2) Environmental substances for the EU RoHS Directive

欧州のRoHS指令の環境物質

• Halogen free flame retardants ハロゲンフリー難燃剤

3) Modification of resin for higher electrical performance

より高い電気的性能のための樹脂の改良

• Advancement of IT technology and new material for market needs have been developed

市場ニーズによるIT技術の進歩と新素材の開発

UL Aims to Reduce Risks in Products

製品のリスクを軽減するための狙い

• Flammability – Ignition properties change due to PCB materials

可燃性 – PCB材料に起因する着火特性の変化

• Different flame retardant systems – physical or chemical action

異なる難燃システム – 物理的・化学的作用

• Adding fuel to fire – solder mask does not contain flame retardant

火に燃料を追加する – ソルダーマスクは難燃剤を含まない • Electric shock - Due to changes in PCB materials

電気ショック - 下記欠陥に起因する

• Spacing – conductor adhesion, delamination or silver migration

間隔 – 導体接着、膨れ、銀マイグレーション

• Insulation – board thickness, brittleness, filler

絶縁 – PCB厚み、もろさ、フィラー

• Mechanical strength – ability to support components

機械的強度 – 部品保持能力

• Traditional and non-traditional FR-4 materials have different behavior characteristics, e.g., thermal stability and flammability

従来型と非従来型FR-4材料では、異なる行動特性、例えば、熱安定性と難燃性を持っている

• data available from industry and UL Corporate Research 業界やUL Corporate Researchからデータ入手可能

18

For the purpose of testing, traditional and modified FR-4

materials do not represent each other

テストの目的のために、従来型

FR-

４材料と非従来型

FR-4

材料は、

UL 746E Standard - Timeline

•IFR effective date postponed: many non-traditional FR-4s found in file review 2011 •JTPIA proposal: •13 Yes, 15 No 2012 •UL proposal: •15 Yes, 15 No 2012

•Published 746E applied •Laminates: no additional

testing; non-traditional FR-4 are non-ANSI •PCBs: non-traditional

FR-4 required full testing

19

Continuous modifications to FR-4 materials

Continued to apply 2000 version of 746E: • Laminates: abbreviated testing or LTTA • PCBs: accepting non-traditional FR-4 by CCIL

UL’s communication with industry: IPC, JTPIA, JPCA, TPCA, CPCA

Exploring testing alternatives: T260, Oxygen Index

Today •New Requirements •Laminates: Split FR-4.0, FR-4.1 •PCBs: CCIL ok 2013 •IPC proposal: •29 Yes, 6 No

New FR-4 Proposal from IPC

IPCからの新しいFR-4提案

UL 746E Published Requirements for FR-4

UL746Eで発行されたFR-4の要求

UL 746E Non-Halogen Testing / Requirements

UL 746E ノンハロゲン試験/要求事項

• IPC-TM-650, 2.3.41

• Test Method for Total Halogen Content in Base Materials

• Compliance Criteria in paragraph 8.12:

< 900ppm Chlorine

< 900ppm Bromine

Impact to Laminate, Solder Resist and PWB

Manufacturers

24

UL 746E Impact (Published Standard)

UL 746Eの影響 (発行された規格)

• New FR-4 grouping requirements

•

Published date: May 13, 2013

発行日: 2013年5月13日

•

Announcement Letter date: to be sent June, 2013

アナウンスレター日：2013年6月

•

Mailing to QMTS2, QMJU2, ZPMV2, ZPXK2 manufacturers

QMTS2/QMJU2/ZPMV2/ZPXK2メーカーへ郵送

•

Effective date: June 30, 2014

発効日: 2014年6月30日

Requirement Before 2001 FR-4 2013 Published Requirements (effective in 2014) FR-4.0 (~80%) FR-4.1 (~20%)

Primary Resin Epoxy > 50% by weight

Flame Retardant Brominated Non-Halogen

(Phosphorus, etc.)

Impact to Laminate Manufacturers

ラミネートメーカーへの影響

 File Review for Recognized FR-4 laminates

認証済みFR-4に対するファイルレビュー

•

Group into FR-4.0 or FR-4.1 FR-4.0またはFR-4.1に再分類

•

No new grade designation needed

•

Brominated FR-4s change to FR-4.0

- No testing - existing materials already tested per UL746E

既存の材料は既にUL746Eに沿って試験されており、試験不要

- File and Listing Card change from FR-4 to FR-4.0

ファイルやリスティングカードがFR-4からFR-4.0に変更される

•

Non-Halogen FR-4s change to FR-4.1

ノンハロゲンFR-4はFR-4.1に

- Verification and testing for Halogen Content required per new paragraph 8.12,

UL746E UL746E 8.12に従い、ハロゲン含有量の検査・試験

- Outside data accepted from DAP participants: Chemitox and Microtek

DAPによる外部データの受け入れ：ケミトックス・マイクロテック

- No additional testing – existing materials already tested per UL746E

追加試験は不要 – 既存材料はUL746Eに従って試験済み

- Samples are same as flame coupons燃焼試験と同様の試験片を使用

- Sample requirements to be sent by August 2013サンプルリストは2013年7月までに送付

- Samples must be submitted by February 27, 2014サンプルは2014年2月27日までに提出

Laminate New Work Requests

ラミネート新規申請

• Follow published UL 746E standard

UL746E規格の現行要求に従う

• FR-4.0 – no changes to test requirements

• Traditional FR-4s option for abbreviated testing

従来型のFR-4については簡便試験法

• Modified FR-4s require Full testing 改良されたFR-4についてはフル試験を要求

• FR-4.1 – tests same as FR-4.0 plus Halogen Content testing

FR-4.1 – FR-4.0と同じ試験 + ハロゲン含有量試験

• Abbreviated testing, Section 8

簡便試験法 8項

- IR, TGA, Flame, Ash, Flexural Strength properties must comply with UL746E

IR, TGA, 燃焼, 灰分, 曲げ強度の特性がUL746Eに適合すること

- Material must compare to UL/ANSI IR reference spectra

材料はUL/ANSIリファレンススペクトルと一致すること

Brominated Epoxy with Dicy or Phenolic curing agent (Traditional FR-4s only)

臭素化エポキシとダイサイもしくはフェノールタイプ硬化剤(従来型FR-4のみ)

• Full testing, Section 9

フル試験、9項

- LTTA and short term performance testing LTTAおよび短期特性試験

- Modified FR-4s 改良されたFR-4

• Additives: Fillers, Secondary Resins, Curing Agents, Alternate Flame Retardants

添加剤 – フィラー、２次樹脂、硬化剤、代替難燃剤体系

Impact to Solder Resist Manufacturers

ソルダーレジストメーカーへの影響

• File review for Recognized Solder Resists

認証済みソルダーレジストへのファイルレビュー

- No new grade designation needed

新規グレード名称は不要

- No testing for Recognized solder resists with FR-4

FR-4との組み合わせで認証済みソルダーレジストは試験不要

• Recognition changed to FR-4.0 認証はFR-4.0に変更

• Based on testing with traditional FR-4s only

従来型FR-4のみの試験

• New work requests

新規申請

- Follow published UL 746E standard

UL746E規格の現行要求に従う

- No changes to test requirements

試験要求に変更なし

- Testing required for each ANSI requested

希望されるそれぞれのUL/ANSIとの組み合わせで試験が要求される

Impact to PWB Manufacturers

PWBメーカーへの影響

• Recognized PWBs using FR-4 material

FR-4材料を使用した認証済みのPWB

•

No new PWB type designation needed

•

No testing for Recognized PWBs

•

Effective date: Start file update after completion of Laminate and Solder

Resist file reviews

発効日：ラミネートとソルダーレジストのファイルレビュー完了後にファイル更新開始

• New work requests for PWBs using FR-4.0 or FR-4.1

FR-4.0とFR-4.1 材料を使用した新規申請

•

CCIL/MCIL and Coatings program ok

CCIL/ MCILおよびコーティングプログラム適用

- Applies to majority of FR-4.0 and FR-4.1大部分のFR-4.0およびFR-4.1に適用

•

New requests for blended resin FR-4s

- UL796 states material shall be generically similar per section 16.2

UL796 セクション16.2 材料は分類上、類似していなければならない

- Very small group of materials ごく少数の材料

- Testing requirements do not change 要求される試験は変更無し

• Bond/Delam and Flame 引っ張り強度/膨れ、燃焼

- New type designation required 新たなタイプ名が必要

PWB Impact Example

PWBへの影響例

PWB type A new work request:

PWB タイプA 新規申請

(See following slides)

30 laminates and 30 solder resists

ラミネート：30、ソルダーレジスト：30

- 2 halogen free FR-4

ハロゲンフリーFR-4：2

- 1 halogen free filled FR-4

フィラー入りハロゲンフリーFR-4：1

- 5 filled FR-4

フィラー入りFR-4：5

- 1 epoxy blend FR-4

ブレンドFR-4：1

- 21 traditional FR-4

従来型FR-4：21

Impact Example for New PWB Type A

Test Increase 200+ Test Increase 3

Current Generic Material Type 2001 Standard Requirement Test With Solder Resist 2013 Standard Requirement Test With Solder Resist

All 30 FR-4 Hal Free FR-4 Non-ANSI Test Each All FR-4.1 Test 1 1

Hal Free FR-4 Non-ANSI Test Each All FR-4.1

Hal Free Filled FR-4 Non-ANSI Test Each All FR-4.1

Blend FR-4 Non-ANSI Test Each All FR-4.0 Test 1 All

Filled FR-4 Non-ANSI Test Each All FR-4.0 Test 1 1

Filled FR-4 Non-ANSI Test Each All FR-4.0

Filled FR-4 Non-ANSI Test Each All FR-4.0

Filled FR-4 Non-ANSI Test Each All FR-4.0

Filled FR-4 Non-ANSI Test Each All FR-4.0

Traditional FR-4 FR-4 Test 1 1 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 Traditional FR-4 FR-4 FR-4.0 30

Testing Impact

試験の影響

Standard

Revision

Test

Increase

2001 Standard

Required

Testing

2001年の規格が

要求する試験

More than

100x

2013 Standard

Required

Testing

2013年の規格が

要求する試験

3