高周波基板

FS Technologyは強いPCB製造能力を持っています、あなたのプロジェクトのニーズが何であれ、私たちはあなたのためにそれを完了するために全力を尽くします。この記事では、高効率、高速、大きな制御性と強い耐性 - 高周波PCBの利点を持つ回路基板をご紹介します。

プリント基板タイプ別カタログ

High Frequency PCBの定義

高周波基板とは、機能によって分けられる基板の一種です。周波数が1GHz以上であれば、材質や硬さに関係なく高周波基板と定義される。一般に、2点間で信号、特に電磁波の損失を最小限に抑えた伝送が必要な場所で使用される。通常、特殊な材料で作られている。より高いレートで信号を伝送することが可能で、その周波数は最大100GHzに達します。 

周波数が低い場合、信号特性はデータ特性内に収まり、PCBAは意図した機能をすべて発揮します。逆に周波数が高くなると、PCBAの動作に大きく影響します。しかし、システム速度を上げると、周波数が高くなると回路特性に影響を与えることになります。例えば、入出力信号の場合、送信側から受信側へのデータ伝送に悪影響を与える可能性があります。 

多くの材料は、高周波で動作するように設計されていることを忘れてはならない。高周波プリント基板は、高周波専用の積層板を使用し、信号の伝送に適した熱を維持しながら、繊細な信号の伝送を行うため、製造が非常に困難な製品です。

高周波基板材料選定

高周波プリント基板は、高周波信号を出力するために、その製造には特別な材料、特に積層板が必要である。高周波回路基板を処理するとき、多くのエンジニアは、最終的に間違った高周波プリント基板材料の選択のために完成品の不満足な性能につながる。 そのため、FSテクノロジーでは、素材選定の際に以下の点に注意することを推奨しています。プロジェクト設計のニーズに合っているか?この高周波プリント基板は量産可能か?プロジェクトの損益分岐点を計算しましたか?

高周波PCBの重要な指標:DKとDF

DKとDFは高周波回路基板を測定するための重要な指標である。高周波回路下での回路基板材料の選定には、DK値の変化を第一の基準因子として使用する。信号の伝送や特性インピーダンスの制御に重点を置いたプロジェクトでは、周波数、温度、湿度などの条件下でのDF値の性能を考慮することが必要である。

一般的な基板材料のDK値、DF値の変化傾向は、特に周波数が1MHzから1GHzのときに顕著に現れます。FR-4の一般的なモデルでは、1MHzでDK値4.7、1GHzでDK値4.19となります。GHzが1より大きくなると、そのDKの変化は平準化され始めます。この時、DKのトレンド変化は周波数の上昇と負の相関があり、つまり周波数が上昇するとDKの変化傾向は鈍くなります。

10GHzでは、高周波特性を持つ基板のDK値は、周波数変化の影響を受けてほとんど変動しません。1MHzから1GHzまでの周波数変化に対して,DK値は±0.02の変動値となっています。低周波数から高周波数まで異なる周波数条件下でのそのDK値の変化傾向は下向きである。

一般的な基板では,周波数変化の影響を受けると,DF値の変化曲線はDK値より大きくなる。DFの変化則は、増加する傾向にあります。したがって、FSテクノロジーで材料の高周波特性を評価する場合は、DFの変化で判断することになります。高品質な高周波プリント基板には、次の2つの特徴があります。1.周波数の変化がDF値の変化にほとんど影響しない。2.2. 変化は一般的な材料と同じだが、自身のDFの底が小さい。

高周波材料の選択原理

一般的に使用されているFR-4は、GHz帯の周波数で誘電体損失が大きく、高周波のプロジェクトには不向きな場合があります。そのため、高周波基板を設計する際には、材料の問題は特に重要です。

簡単な例として、10Gb/S高速デジタル信号の矩形波は、異なる周波数の正弦波信号の重ね合わせと見なすことができます。この矩形波は、5GHzの基本信号、3次の15GHz、5次の25GHz、7次の35GHzの信号を含んでいます。デジタル信号の整合性と上下エッジの急峻さは、高周波回路にとって、RFマイクロ波の低損失・低歪み伝送と同様に重要である。したがって、FSテクノロジーは、高周波デジタル回路のPCB材料選択とRFマイクロ波回路の要件は類似していると考えています。

実際のエンジニアリングプロジェクトでは、高周波基板の選定は簡単そうに見えますが、プロジェクトリーダーとしては、様々な基板の特性を理解し、合理的な積層によって信頼性の高い高周波基板を設計する必要があります。このため、FSテクノロジーでは、高周波基板を選定する際の主な注意点を以下のように整理してみました。

製造性 ラミネート特性、温度特性など。 PCB CAF 耐熱性、耐火性、難燃性など。

製品性能のマッチング : 低損失、安定した DK/DF 性能、材料の厚みなど。また、高周波基板では、設計の初期段階からシミュレーションPCBAテストが必要となります。FSテクノロジーでは、多数のシミュレーションと実機テストによるクローズドループ検証を行い、シミュレーション結果とテストの整合性を確保しています。

素材取得時間 :高周波プリント基板の製造の難しさは、その技術的なプロセスだけでなく、材料調達にも反映されています。一般的なPCBAメーカーの場合、購入に2-3ヶ月かかることもあり、お客様のプロジェクトにとって非常に不利な状況です。もし、お客様のプロジェクトがこの種の基板を必要とするならば、FSテクノロジーは、調達から納品までお客様のご期待に沿うターンキー高周波PCBAサービスをお勧めします。

コストファクター.PCBA業界のコストは、比較的透明性が高いです。価格に敏感なお客様であれば、高周波プロジェクトのおおよそのコストを判断することができます。 PCBアセンブリのコストドライバー.

高周波基板材料数種の紹介

ロジャーズ:

の基板材料会社で、様々な高周波基板を大きなメリットで提供することができます。での プリント基板製造 企業、それは頻繁に FR-4 と比較するために使用され、ロジャース PCB の価格がより高いのであっても、それはまだ多くのプロジェクトのための最初の選択です。以下は、高周波プリント基板を作るために使用することができるロジャースの範囲です。

R4003C、R4350B、R4360、RO4533、RO4535、R4232、R4233。 RO3001です。 R3003、R3006、R3010、R3035、R3203、R3206、R3210、R3730、R5780、R6002、R3202、R6006。

Rogers R03001:低誘電率、低損失正接で、耐薬品性、耐高温性に優れています。

タコニック

TACONICは、世界最大のPTFE CCLメーカーです。ガラス織布にPTFEを均一にコーティングする特許を持ち、アンテナシート市場で80%以上の絶対的な優位を占めている。以下の材料群は、高周波領域で優れた性能を発揮します。

TLY-5A, TLY-5, TLY-3, HT1.5, TLX-0, TLX-9, TLX-8, TLX-6, TLC-27, TLC-30, TPG-30, TLG-30, RF-30, TSM-30, TLC-32, TPG-32, TLG-34, TPG-35, TLG-35, RF-35, RF-35A、RF-41、RF-43、RF-60a、CER-10.

Taconic RF-35セラミック:この材料は、織られたガラスと一緒にセラミックで満たされているPTFEで構成され、通常より安いです。製造は少し容易であり、それはより少ない消滅と共にPCBに良好な電気的特性を提供します。 

Taconic TLX : PTFEグラスファイバーで構成された寸法的に安定した材料である。TLXは優れた熱的、機械的、電気的特性を提供しますが、製造が比較的困難です。 

FR4

プリント基板用ラミネートとして非常に一般的な材料で、信号が1.6GHzを超えると、電気的性能が相対的に悪くなる。 

ISOLA IS620 E-ファイバーグラス

この材料は、通常、優れた電気的および熱的性能を提供するために使用されます。 

高周波プリント基板の特長とメリット

PCBの選択には、その特性や利点に応じた分析が必要です。以下では、高周波プリント基板の特性と利点について総合的な分析を行います。

誘電正接。高周波基板は通常、0.0019〜0.025の範囲の低い損失係数を持っており、信号の伝送速度が変わらないことを意味します。つまり、信号の伝送速度が変わらないということです。また、損失係数が低いと、信号の伝送速度が向上します。低損失は、信号の損失を減らすのに役立ちます。 

誘電率:通常、高周波プリント配線板は、低くて安定した誘電率を持っています。これはより少ない遅れでより高い率の周波数伝送を保証するので。 

耐薬品性。高周波プリント基板は、耐薬品性に優れています。化学的な攻撃を受けると、これらの基板はそれに耐えることができます。この特性により、腐食しにくくなります。 

吸湿性が低い。通常、HF帯のPCBは水分をあまり吸収しません。吸湿しないので、湿度の高い気候でも大丈夫です。 

寸法安定性が低い。周波数プリント基板は寸法安定性が低い。この特性で、これらの ティーケーオー は、熱にさらされても寸法を維持することができます。 

高周波プリント基板の熱対策技術

高周波の場合、PCBはより高いレートで信号を転送するために動作しており、この理由のために、ほとんどの高周波PCBは、PCBの温度上昇で熱管理とその結果に遭遇し、いくつかのケースではPCBのために致命的になる。回路で生成される熱は、制限内であれば、それだけで散逸することができますが、熱の生産量を超えて、自分自身でその後ヒートシンクと冷却ファンや他の熱管理技術を放散することができない場合使用されます。以下は、高周波電子基板の寿命を延ばすための基板温度管理技術です。 

サーマルビアアレイ:銅配線部分にビアアレイを組み込むことで、効果的に熱を管理することができます。これらのビアを使用することにより、熱を空気中に放散することができる。熱を逃がすためには、ビアホールの直径を0.1mm程度に大きくする必要があります。ビアの数が多ければ多いほど、放熱効果は高くなります。 

より広いトレース幅の使用。トレースの幅を広くすると、熱を効率的に放散する表面積が増え、PCB回路上のホットスポットを減らすのに役立ちます。また,クロストークの原因となるため,トレースの幅を広くする場合は,過度に広げないように注意してください。 

ヒートシンクとクーリングファンの使用:ヒートシンクとクーリングファンは、PCBの熱問題を克服するための2つの効果的な方法です。CPUとMCUのように、ヒートシンクを使用し、冷却ファンは熱風を適切に周囲に分散させるために使用されます。 

配置のテクニック:熱に敏感な材料に害を与えないようにするために、熱を発生する要素を離れた場所に配置するのがよい方法です。PCBの潜在的なホットスポットは,PCB解析ソフトを使用して見つけることができます。PCBが垂直に実装されている場合,発熱部品は上部付近に配置する必要があります。 

高周波プリント基板製造の課題

弱いバインド力。 

ビアの埋没が多くなると、積層板と樹脂の結合力が弱くなる。最終的に剥離が発生する。 

この問題は、同じ伸縮率を持つ積層板と樹脂板を使用することで、温度変化に対しても互いに結合した状態を維持することで解決することができる。 

ドリリングです。 

高周波多層基板では、効果的な放熱のために複数のスルーホールが必要であり、高周波基板製造の中で最も困難な作業である。また、穴あけ時に発生する熱によりビアホールの壁面が硬化し、放熱不良や高周波回路との干渉の原因となります。 

この問題は、アルミカバーではなく、穴あけ時の熱を効率よく吸収する樹脂カバーを使用することで軽減することができます。また、吸引力や吸引圧を高めることで穴品質を向上させることができます。 

バックドリル。 

スルーホール・ビアは放熱効果がありますが,同時に高周波伝送の健全性を損なう可能性があります。また、スタブが反射チャネルとして機能し、挿入損失が増加する可能性があります。 

この問題を解決するためには、発熱部品の反対側に大きめの穴を開けるしかない。

これでFS Technologyの高周波プリント基板に関する紹介を終わります。FS Technologyは長年に渡ってPCBA業界でサービスを提供しており、専門的な製造経験とPCBアセンブリの経験があります。もし、あなたが何か PCBA のニーズは、いつでも電子メールでお問い合わせください、私たちの営業担当者は、できるだけ早くあなたを答えるでしょう。

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