なぜ高速PCBではNEガラスのような低誘電ガラスが注目されるのか？
― 「樹脂を低誘電にすれば十分」ではない理由 ―
前の記事では、CCLの低Dk・低Dfを考えるとき、樹脂だけでなくガラスクロスまで含めて材料設計することが重要だと見ました。では、なぜEガラスとは別に、NEガラスのような低誘電特性ガラスが開発されているのでしょうか。答えは、高速信号では「基板の中に何が入っているか」そのものが、伝送特性に関係するからです。
1．まず、ガラスクロスは何をしているのか？
ガラスクロスは、ガラス繊維を織った材料で、樹脂と組み合わせてPCBの絶縁層を構成します。機械的な補強、寸法安定性、耐熱性などが重要な役割です。
つまり、CCLを「銅箔と樹脂」だけで考えるのは不十分です。実際には、樹脂の中にガラスクロスが存在する複合材料として見る必要があります。
2．Eガラスだけでは、なぜ足りなくなるのか？
一般的なEガラスは、電気絶縁性や機械的特性に優れ、PCB材料でも広く使われてきました。しかし、高速・高周波化が進むと、ガラス繊維そのものの誘電特性も無視しにくくなります。
ここで重要なのが、「樹脂のDkが低い」ことと「ガラスクロスを含んだ基板全体の電気特性が低い」ことは同じではないという点です。
その樹脂の中に、どんなガラスクロスが入っているかまで見る。
3．NEガラスとは何か？
NEガラスは、日東紡が開発した低誘電特性のガラスです。同社の説明では、Eガラスに比べてアルカリ土類成分を抑え、ホウ酸（B2O3）の比率を高めることで、Eガラスと同等の特性を持ちながら、ガラス繊維の低誘電率・低誘電正接を実現しています。
ここで大切なのは、NEガラスを単に「高級なガラス」と見るのではなく、高速信号のためにガラス組成そのものを電気特性の観点から設計した材料と捉えることです。
| 日東紡公表値の例 | Eガラス | NEガラス |
|---|---|---|
| 誘電率［1GHz］ | 6.8 | 4.8 |
| 誘電正接［1GHz］ | 0.0035 | 0.0015 |
| 密度（g/cm³） | 2.6 | 2.3 |
注：日東紡が公表する実測値の一例。上表は塊状ガラスの測定値であり、規格値そのものではありません。実際のCCL特性は樹脂、ガラスクロスの構造、樹脂含有率、積層構成などでも変わります。
4．なぜ「ガラスのDk」が信号に効くのか？
高速信号は、銅配線の中だけを進んでいるわけではありません。配線の周囲にある絶縁材料との電磁的な相互作用を受けながら伝わります。
そのため、信号が通る領域にガラスと樹脂が混在していれば、それぞれの電気特性の違いが信号環境に影響します。特に高速化・高周波化すると、こうした材料の違いを無視しにくくなります。
図：樹脂だけでなく、ガラスクロスを含む複合材料としてCCLを見る考え方を示した概念図。実際の電界分布や伝送特性をそのまま示すものではありません。
5．だから「低Dk樹脂＋Eガラス」だけでは設計の余地が残る
もちろん、低Dk樹脂を使うことは重要です。しかし、ガラスクロスの誘電特性まで含めて考えると、材料設計にはもう一段の工夫ができます。
従来の見方
樹脂のDkを見る
低誘電樹脂を選べば、基板の低誘電化が進む。
高速材料の見方
樹脂＋ガラスクロスを見る
ガラス組成、クロス、樹脂含有率、積層構成まで含めて設計する。
この「複合材料として見る」という視点が、CCLを理解するうえで非常に重要です。
6．NEガラスなら何でも解決する、ではない
ここも専門家サイトとして強調したいところです。
ガラスクロスを低誘電化したからといって、それだけで高速PCBが完成するわけではありません。実際のCCLでは、樹脂のDk・Df、ガラスクロス、樹脂含有率、織り構造、積層厚、銅箔、回路設計などが組み合わさります。
| 材料・設計要素 | 高速PCBで見るポイント |
|---|---|
| 樹脂 | 低Dk・低Df、耐熱性、加工性 |
| ガラスクロス | 誘電特性、スタイル、織り、開繊、厚さ |
| 樹脂含有率 | ガラスと樹脂の割合、絶縁層の電気特性 |
| 銅箔 | 表面粗さ、厚さ、密着性、信頼性 |
| 積層設計 | 層厚、インピーダンス、配線との整合 |
7．銅箔の記事と、ここでつながる
これまでの記事では、銅箔表面を低粗度化すると高速信号の伝送損失を抑える方向に働く一方、ピール強度との両立が重要だと見てきました。
今回の記事では、絶縁体側にも同じような「材料設計の積み重ね」があることが分かります。
つまり、高性能PCBは一つの材料だけが頑張っているのではありません。導体・樹脂・ガラスクロスが、それぞれ別の課題を解きながら一つの基板に集約されているのです。
8．AIサーバー時代に、なぜガラスクロスまで注目されるのか？
AIサーバーや高速ネットワーク機器では、より高速・大容量の信号伝送が求められています。そのため、低損失材料の要求は銅箔だけでなく、CCLの絶縁材料側にも広がります。
日東紡も、NEガラスを高速・高周波用途の低誘電材料として位置付け、電子材料用ガラスクロスを展開しています。つまり、ガラスクロスは単なる「基板を補強する布」ではなく、高速信号の性能を支える機能材料へと役割が広がっています。
↓
低損失PCBが必要
↓
CCLの低Dk・低Df化
↓
樹脂だけでなくガラスクロスも低誘電化
↓
ガラス組成・織物技術まで材料開発が広がる
基板を眺めていると、銅箔の下には樹脂があり、その中にはガラスクロスがあります。
「高速信号だから低誘電樹脂」と考えるだけなら簡単です。しかし、その樹脂を支えるガラスまで電気特性を考えて設計するところに、材料技術の奥深さがあります。
基板の性能は、目に見える銅箔だけで決まらない。 見えないガラスクロスまで見ると、CCLの世界が一段深く見えてきます。
まとめ
- ガラスクロスは、PCBの機械的な骨格だけでなく、電気特性にも関係する。
- 高速・高周波化が進むと、ガラス繊維そのものの誘電特性も無視しにくくなる。
- NEガラスのような低誘電ガラスは、ガラス組成そのものを電気特性の観点から設計した材料。
- 低Dk樹脂だけでなく、ガラスクロス、樹脂含有率、積層構成まで含めてCCLを考えることが重要。
- 銅箔の低粗度化と同じように、ガラスクロスにも高速信号に対応する材料技術がある。
- AIサーバーの高速化は、銅箔・樹脂・ガラスクロスを含むPCB材料全体の高性能化を促している。