基板のガラス転移温度（Tg）とは？高Tg材が必要な理由をやさしく解説

基板の資料（データシート）を見ると、必ずといっていいほど「Tg」という数字が載っています。でも、これが何を意味するのか、最初はよくわからないですよね。はじめは戸惑って当然です。この記事では、身近なたとえを使って、ひとつずつやさしく解説していきます。

そもそもTg（ガラス転移温度）とは？

まず、Tgが何の温度なのかをはっきりさせましょう。Tgとは、基板の中身である樹脂（プラスチックのような材料）が「硬い状態」から「柔らかい状態」に切り替わる境目の温度のことです。

私たちがふだん使う基板は、ガラスの布にプラスチック（樹脂）をしみこませて、カチカチに固めて作られています。この硬い状態のときは、しっかりとした板でいてくれます。

ところが、温度が上がってTgを超えると、このプラスチックが急に柔らかくなります。カチカチだったものが、ぐにゃっと柔らかいゴムのような状態に変わるのです。

Tgを超えると基板に何が起きる？

「柔らかくなるだけなら、別にいいんじゃない？」と思うかもしれません。でも、ここが大事なポイントです。Tgを超えると、基板にいくつかのトラブルが起きやすくなります。

いちばんの問題は「ふくらみ方が急に大きくなる」こと

モノは温めると、ふくらみます（膨張します）。基板も同じで、温まると少しずつ厚みが増していきます。この「温度が上がったときのふくらみやすさ」を、専門用語でCTE（熱膨張係数＝ねつぼうちょうけいすう）と呼びます。難しい言葉ですが、要は「温めたときにどれだけふくらむか」を表す数字です。

ここで重要なのは、Tgを超えた瞬間に、このふくらみ方（CTE）が急に大きくなるということです。硬いうちはちょっとずつしかふくらまないのに、柔らかくなったとたん、グーンと一気にふくらむのです。

そのほかに起きるトラブル

標準FR-4と高Tg材の違い

基板の材料には、いろいろなTgのものがあります。よく使われる「FR-4（エフアールフォー）」という標準的な基板材料を例に、Tgの違いを見てみましょう。

FR-4は、Tgの高さによって、ざっくり3つのグレード（等級）に分けられます。Tgが高いほど、熱に強い材料ということになります。

なぜ高Tg材が必要なのか？はんだ付けの熱がカギ

ここまでで「Tgを超えると危ない」とわかりました。では、なぜわざわざ高Tg材が必要になるのでしょうか。その大きな理由が「はんだ付けの熱」です。

基板に部品をつけるとき、はんだ（金属を溶かして接着する材料）を使います。このとき、基板全体を炉（ろ＝大きなオーブンのようなもの）に通して、高温で一気にはんだを溶かします。これをリフローはんだ付けといいます。

鉛フリーはんだは、とにかく熱い

最近のはんだは、環境への配慮から「鉛フリーはんだ（鉛を使わないはんだ）」が主流です。ところが、この鉛フリーはんだは、溶ける温度が高いという特徴があります。

鉛フリーはんだをしっかり溶かすには、基板を一番熱いところで約250℃前後まで加熱する必要があります。材料には260℃くらいまで耐えられることが求められることもあります。

そこで活躍するのが高Tg材です。Tgが高い材料なら、加熱されても柔らかくなりにくく、急なふくらみも抑えられます。だから、鉛フリーはんだを使う製品や、多くの層を重ねた厚い基板では、高Tg材が選ばれることが多いのです。

どんな用途で高Tg材が必要になる？

では、実際にどんなときに高Tg材を選べばいいのでしょうか。ポイントは「使われる場所が熱いかどうか」と「製造のときに熱がきびしいかどうか」です。判断の目安を早見表にまとめました。

高Tg材を選ぶときの考え方（実務のコツ）

材料を選ぶときは、「その基板がさらされる一番高い温度」を考えます。これには2つあります。1つは製造のときのはんだ付け温度（約250℃前後）、もう1つは実際に使うときの動作温度です。

よくあるつまずき：Tgと「分解温度」を混同しない

データシートには、Tgのほかにも似たような温度の数字が載っています。とくに混同しやすいのが「Td（分解温度）」です。ここを区別できると、ぐっと理解が深まります。

かんたんに言うと、Tgは「柔らかくなる温度」、Tdは「焦げて壊れ始める温度」です。バターでたとえるなら、Tgが「溶けてやわらかくなる」段階、Tdが「焦げて黒くなる」段階のイメージです。

よくある質問（FAQ）

まとめ：Tgは「基板が柔らかくなる境目の温度」

これで、データシートの「Tg」という数字の意味がわかりましたね。Tgは基板の熱への強さを表す、とても大切な物性です。次の一歩として、基板そのものの基礎や、基板材料の選び方を知りたい方は、下の記事へどうぞ。