高周波基板材料の最適な選択方法
高周波プリント基板設計は難解とされ、一部のエンジニアは「黒魔術」と呼んでいた!この話題にも混乱があり、特に高周波と呼ばれる周波数値について議論するとき、その混乱は深刻です。実際、高速設計の構成に存在する問題は、次のような場合にも存在します。 高周波基板設計しかし、これらの課題については、異なる方法で議論されています。高速・高周波基板を変更する場合は、事前に高周波基板材料に関する注意事項を把握しておく必要があります。
高周波で機能するプリント基板を作る技術者の中には、損失の少ない FR4 ラミネート材や低誘電率の PTFE ラミネート材を使う人がいます。誘電率の低い材料は、常に必要なわけではなく、周波数の値によって、標準的なラミネートでも、高いDKラミネート材料でも、プロジェクトに応じて作業することができます。もし、あなたのプロジェクトに必要な材料について質問がある場合は、以下の記事を続けて読んでください。 高周波プリント基板材料.
構造仕様
下図は高周波高速プリント基板の内部構造図です。構造図と基板の基本特性を組み合わせることで、本記事の読解に役立てることができます。
回路基板内部積層構造図 | 属性 | 数値 |
| レイヤー数 | 18層 |
PCB寸法 | 133.2mm*196.5mm | |
アスペクト比 | 11:1 | |
Min.スペーシング/トレース | 0.13mm/0.10mm | |
Min.トレースとビアの間隔 | 0.175mm | |
最小ビア径 | 0.25mm | |
物件紹介 | 高周波素材、バックドリル。 | |
アプリケーション分野 | 通信、産業用制御 |
高周波PCBA製造のための材料特性
高周波は約300MHzの周波数帯域を持ち、波長を基準に中周波と超高周波に分けられる。波長が1GHzに等しい電磁波をマイクロ波と呼ぶ。 PCBAの基板材料は、回路基板の特殊な機能や特性を決定する。つまり、顧客がIMS PCBAをカスタマイズしたいのか、RF基板をカスタマイズしたいのか、それは主にその材料特性によって決まる。FSテクノロジーでは、高周波エレクトロニクス用の回路基板を製造する場合、以下のような高周波特性を持つ材料を使用する必要があります。
- 誘電率の値が小さく、安定であることが必要です。
- 信号を高品質で伝送するためには、誘電体損失も小さいことが必要です。DKが小さければ、信号の損失も小さくなります。
- 表皮効果やインピーダンスコントロールのミスマッチによる信号損失を避けるために、銅箔の粗さを少なくする必要があります。
- 高周波・高速基板に使用される基板材料は、吸湿性の値が低いものがあります。水の誘電率は70であり、基板が吸水するとDkが増加する。そのため、インピーダンスコントロールを変更すると、信号の伝送に支障をきたすことになる。
- 銅箔のピール強度が高い値であること
- 基板には、サイズが一定で、熱に強く、耐薬品性があることが求められます。また、衝撃強度や製造性が良好であること。
以上のことから、高周波用PCBAを設計する際には、上記の特性に注意する必要があります。Dk、Df、Tgの違いによってもたらされる回路基板特性の違いと比較を下表に示します。
項目 | 素材A | 素材B | 素材C | 素材D |
Dk | 2.1-2.5 | 2.4-2.7 | 3.5-3.8 | 4.0-4.5 |
Df | 0.0009-0.0017 | 0.0007-0.001 | 0.009-0.013 | 0.018-0.022 |
Tg | 25°C | 210°C | 185℃-220 | 120°C |
耐イオンマイグレーション性 | A>B>C>D | |||
耐イオンマイグレーション性 | A>B>C>D | |||
耐湿性 | A>C>B>D | |||
製造性 | D>C>B>A | |||
コスト | A>B>C>D | |||
高周波基板材料の特徴
プリント基板の特性を提供する上で注目されるのが、プリント基板の素材です。FSテクノロジーでは、以下のように分けています。 高周波プリント基板 を含む有機材料と無機材料に分類しています。
- 有機材料：フェノール樹脂、ガラス繊維/エポキシ樹脂、ポリイミド、BT/エポキシなど。
- 無機材料：アルミニウム、Cu-invar-copper、セラミックなど。
高周波プリント基板材料を購入するときは、やみくもに選ぶのではなく、プロジェクトの特殊な特性に応じて、材料の特性をより重視する必要があります。異なるメーカーはこれらの材料を作り、材料の電磁気的特徴に従って競争相手よりよいプロダクトを作ることを試みる。
DkとDf
データシートを読んでいると、よく目にするポイントです。この値は、顧客の要求に基づいて、通常1GHzや10GHzといったある周波数の値で記載されています。多くの技術者は、より低損失を必要とするシステムのために、これらの特徴を読み、誘電損失間の比較を行い、作業を開始します。このように、高周波基板を設計する上で重要なことは、以下の通りです。
- 小型のRFプリント基板を作るには、より大きな誘電率の部分が必要です
- 低損失を求めるなら、誘電率が低い方がいい。
配線長が長く、損失が大きくなる可能性がある場合は、DKの虚数部が小さい材料を使用する。インピーダンスが要求値通りであれば、DKの実部は誘電体損失にはなりません。ただし、Dkは高周波基板の動作信号の波長決定には関係ありません。小型の回路では、通常、小さな波長が要求されるので、高いDK値が必要になります。
共振に基づく高周波プリント基板に関連する1つのポイントは、電界の方向です。基板材料の誘電率は、材料内のすべての軸について同じではないので、誘電率は、システム内の電界の方向に依存して、波の伝播速度と共振を見つけることができます。この差は5％程度ですが、短い共振器やエミッタなど、変調された信号に対応する高Qの構造では影響があります。異なる電気分極方向に関連する誘電率の値は、材料のデータシートで確認する必要があります。
高周波プリント基板の厚みとパネルサイズ
見た目はともかく、HFボードの素材は、厚みやパネルサイズを自由に設定することができない。この材料は通常、ある厚さの銅張りの積層板で、接着剤層を使って多くの積層板を積層することができます。同じ厚さのFR4積層板とハイブリッドで使用することができます。ラミネートの厚さによって基板の総厚さが決まり、その銅トレースの線幅を利用してRF信号の配線に使用したり、PCB基板にRF回路をプリントすることができます。
厚みは、必要なシステムインピーダンスを満たすために必要な線幅を見つけるので、主要な要素である。高周波基板では、部品やプリント基板が50Ωのシステムインピーダンスで作られることが圧倒的に多いため、この厚みは重要な要素である。あなたはシステムインピーダンスとプリント回路インピーダンスを一致させるためにインピーダンス整合回路を持っている場合、基板の厚さはまた、それは来年のためのグランドへの距離を調整するので、整合回路を補償する必要があるインピーダンスのミスマッチが表示されます。だから、小さな回路基板と線幅を取得するために必要な場合は、これらの2つの要因を考慮してください。
- 小さい回路では大きなDK値を適用する必要がある
- より小さい回路には、より薄いラミネートを使用する。
| 代表的な厚み | 代表的なパネルサイズ | ||
| インチ | ミリメートル | インチ | ミリメートル |
| 0.010 | 0.25 | 12×18 | 305×457 |
| 0.020 | 0.51 | 16×18 | 406×457 |
| 0.030 | 0.76 | 18×24 | 457×610 |
| 0.06 | 1.52 | 36×48 | 914×1220 |
外資系企業で働く場合 ターンキー のメーカーで、材料在庫で描かなければならない場合、材料に制約があり、通常はパネルサイズも決まっていないはずです。その ホールセールPCB メーカーは、膨大な材料在庫を持っているのが良い。パネルサイズは、パネルがボードの最高数を持っているとして、1単位の価格を与えるだろう。標準のパネル面積より大きいか小さいパネルサイズを得るための設備がある場合、それはいくつかの追加のボードを得るためにボーナスと役に立つ機会として取るので。
高周波PCB銅箔材料
高周波材料は、特定の銅箔材料を使用することができ、圧延アニール銅または低プロファイルの粗銅で、より少ない損失を提供するように設計されていることができます。優れたデータシートには、おおよその粗さが定義されており、動作周波数に対するおおよその損失を知ることができます。通常、表皮効果の増大やインピーダンス偏差が小さくなるため、損失の観点からは、より滑らかなクーパーが有利です。もし、配線が小さく、プリント基板を小さくする必要がある場合は、銅箔の種類よりもDK/Dfを優先してください。
あるHF基板材料の評価があり、回路の導体損失を考慮する必要がある場合、伝搬定数の基本的なテクニックを使って、トレース直流抵抗、表皮効果、銅粗さ係数などを使って導体損失を求めることができます。
表皮効果や直流抵抗は電卓で測定できますが、銅荒れ係数Kは測定するか、標準的な荒れモデルで測定する必要があります。
RF基板の構造には、通常、より平滑な銅箔が使用されます。そのため、銅箔の界面が粗くなり、粗大損失を発生させる可能性があるため、メッキ材を考慮する必要があります。表面めっきには、裸銅と比較して余分な損失をほとんど発生させない、OSPと無電解銀の2種類があります。
通常、2.4GHz帯のWi-Fiを使用する場合や、接続時間が長い場合は、より損失の少ないメッキ材料を選択する必要があります。
高周波プリント配線板材料の熱的・機械的特性について
概要
市場には数多くの種類の材料が存在し、あまり知られていないサプライヤーの中には、あなたのプロジェクトの第一候補ではなく、高周波PCBラミネートを提供する能力を持っていないものもあります。 FS Technologyのような中国の最高品質のターンキーPCBAメーカーは、通常の高周波PCBA基板を作ることができますが、また、何の問題もなく mmWave PCBA.すべてのメーカーが、mmWave PCBAや5Gに関する知識を提供できるわけではありません。 PCBAまた、仮にそうであっても、そのようなサービスを提供することはできません。