精密PCB製造、高周波PCB、高速PCB、標準PCB、多層PCB、およびPCBアセンブリ。
最も信頼性の高いPCB&PCBAカスタムサービスファクトリー。
PCBブログ

PCBブログ - ウェアラブルPCBボードの設計で注意すべきいくつかの問題

PCBブログ

PCBブログ - ウェアラブルPCBボードの設計で注意すべきいくつかの問題

ウェアラブルPCBボードの設計で注意すべきいくつかの問題

2022-01-10
View:593
Author:pcb

PCBボードの体積とサイズが小さいため、増加し続けるウェアラブルネットワーク市場に対して、既製のプリント基板規格はほとんどありません。これらの基準が登場する前に、取締役会レベルで学んだ知識と製造経験を開発し、独自の新しい課題にどのように適用するかを考えなければなりません。特に注目すべき分野は3つあります。これらは回路基板表面材料、無線周波数/マイクロ波設計、無線周波数伝送路である。PCBシート材料PCBシートは、通常、繊維強化エポキシ樹脂(FR 4)、ポリイミドまたはロジャーズ材料、またはその他の積層シート材料からなる積層板からなる。異なる層間の絶縁材料をプリプレグと呼ぶ。

PCBボード

ウェアラブルPCBボード設計において注意しなければならないいくつかの重要なウェアラブルデバイスは信頼性に対する要求が高いため、PCBボード設計者がFR 4(コスト効果のあるPCBボード製造材料)を使用するか、より先進的で高価な材料の選択に直面する場合、これは問題となる。着用可能なPCBボードの応用に高速、高周波材料が必要な場合、FR 4は選択されていない可能性があります。FR 4の誘電率(Dk)は4.5、より先進的なRogers 4003系材料の誘電率は3.55、兄弟シリーズRogers 4350の誘電パラメータは3.66である。積層板の誘電率とは、積層板近傍の一対の導体間の容量またはエネルギーと真空中の一対の導体間の容量またはエネルギーとの比である。高周波では損失は非常に小さい。したがって、3.66の誘電率を有するRoger 4350は、誘電率4.5のFR 4よりも高周波用途に適している。通常、ウェアラブルデバイスのPCB層数は4〜8層である。階層構造の原理は、8層PCBボードであれば、十分な接地と電源層を提供し、配線層を間に挟むことができるはずです。このようにして、クロストークにおけるリップル効果を維持することができ、電磁干渉(EMI)を大幅に低減することができる。回路基板レイアウト設計段階では、レイアウトスキームは通常、配電層に近い場所に大きな接地層を配置する。これにより、非常に低いリップル効果を形成することができ、システムノイズもほぼゼロに低減することができる。これは無線周波数サブシステムにとって特に重要である。FR 4はロジャーズ材料に比べて高い散逸因子(Df)を有し、特に高周波である。より高性能なFR 4積層板の場合、Df値は約0.002で、通常のFR 4より1桁優れています。しかし、ロジャーズのスタックは0.001以下しかない。FR 4材料を高周波用途に使用する場合、挿入損失には顕著な差がある。挿入損失は、FR 4、Rogersまたは他の材料を使用する場合の信号の点Aから点Bへの電力損失と定義される。問題のウェアラブルPCBボードを製造するには、より厳格なインピーダンス制御が必要である。これはウェアラブルデバイスの重要な要素の1つです。インピーダンス整合は、よりクリーンな信号伝送を生成することができる。以前、信号伝送トレースの標準公差は±10%であった。今日の高周波と高速回路にとって、この指標は明らかに十分ではない。現在の要件は±7%であり、場合によっては±5%以下である。このパラメータやその他の変数は、これらのインピーダンス制御が特に厳しいウェアラブルPCBボードの製造に深刻な影響を与え、これらのボードを製造できる企業の数を制限します。ロジャーズ超高周波材料から作られた積層板の誘電率公差は通常±2%に維持され、一部の製品は±1%に達することもできる。逆に、FR 4積層板の誘電率公差は10%に達した。したがって、これら2つの材料を比較すると、ロジャーズの挿入損失は特に低いことが分かった。従来のFR 4材料に比べて、ロジャーズ積層の伝送損失と挿入損失は半分減少した。ほとんどの場合、コストは重要です。しかしながら、Rogersは、比較的低損失の高周波積層板性能を許容可能な価格で提供することができる。商業用途では、Rogersはエポキシ基FR 4を有する混合PCBを作製することができ、その中のいくつかの層はRogers材料を使用し、他の層はFR 4を使用する。ロジャーズスタックを選択する際には、周波数が最も重要な考慮事項です。周波数が500 MHzを超えると、PCBボード設計者は、アップトレースが厳格なインピーダンス制御を受けると、これらの材料はより高い性能を提供できるので、特にRF/マイクロ波回路に対してRogers材料を選択する傾向にある。FR 4材料と比較して、Rogers材料はさらに低い誘電損失を提供することができ、その誘電率は広い周波数範囲で安定である。さらに、ロジャーズ材料は、高周波動作に必要な理想的な低挿入損失性能を提供することができる。Rogers 4000系材料の熱膨張係数(CTE)は優れた寸法安定性を有する。これは、FR 4と比較して、PCB基板が冷、熱及び非常に熱的なリフロー溶接サイクルを経験する場合、回路基板の熱膨張及び収縮は、より高い周波数及びより高い温度サイクルで安定した限界に維持することができることを意味する。混合スタックの場合、Rogersと高性能FR 4を混合する一般的な製造プロセス技術を使用しやすいため、比較的高い製造歩留まりを実現しやすい。ロジャーズスタックには特別なビア製造プロセスは必要ありません。一般的なFR 4では非常に信頼性の高い電気性能を実現することはできませんが、高性能なFR 4材料は確かに良好な信頼性特性を持っています。例えば、より高いTgは、依然として比較的低コストであり、簡単なオーディオ設計から複雑なマイクロ波応用まで幅広い応用に使用することができます。無線周波数/マイクロ波設計携帯技術とブルートゥースを考慮して、ウェアラブルデバイスにおける無線周波数/マイクロ波の応用に道を開いた。今日の周波数範囲はますますダイナミックになっています。数年前、超高周波(VHF)は2 GHz稜3 GHzと定義された。しかし、10 GHzから25 GHzまでの超高周波(UHF)応用が見られるようになった。そのため、ウェアラブルPCBボードでは、無線周波数部分は配線問題にもっと注意する必要があり、信号は分離しなければならず、高周波信号を生成する痕跡は地面から離れなければならない。他の考慮事項としては、バイパスフィルタ、十分なデカップリングキャパシタ、接地を提供すること、および伝送路と還流路をほぼ等しく設計することが挙げられる。バイパスフィルタはノイズ含有量と引き裂きを抑制することができる