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PCBブログ - 高周波材料と高速材料の選択方法

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高周波材料と高速材料の選択方法

2023-01-20
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Author:iPCB

高周波回路に使用されるPCBのために高周波材料と高速材料を選択する場合、特にPCB材料のDK値と異なる周波数での変化特性を考慮しなければならない。高速信号伝送や特性インピーダンス制御に重点を置く要求に対して、DFとその周波数、温度、湿度の条件下での性能を研究する。


一般的に、高周波材料と高速材料は周波数変化の条件下でDKとDF値の大きな変化規則を示している。特に、1 MHz〜1 GHzの周波数範囲では、DKおよびDF値の変化がより顕著である。例えば、通常のエポキシ樹脂ガラス繊維布基材材料の通常のFR−4は、1 MHz周波数ではDK値が4.7であり、1 GHz周波数ではDK値が4.19に変化する。1 GHz以上ではDK値の変化が遅い。変化傾向は周波数の増加に伴って減少するが、変化幅は大きくない。例えば、l 0 GHzの場合、FR-4のDK値は通常4.15である。高速かつ高周波特性を有する基材のDK値は、周波数の変化に伴ってわずかに変化する。1 MHzから1 GHzまでの変化周波数では、DKはほとんど0.02の範囲内に保たれている。そのDK値は低から高までの異なる周波数条件下でやや低下傾向にある。


周波数変化の影響により、特に高周波範囲では、高周波材料と高速材料の誘電損失因子DFの変化はDKより大きい。その変化の法則は増加する傾向にある。したがって、基板材料の高周波特性を評価する際に、その研究の重点はそのDF値の変化である。高速および高周波特性を有する基板材料には、2つの異なるタイプの一般的な基板材料がある。1つ目は、周波数に応じて変化する指向性値が小さいことです。もう1つのタイプは変化範囲では通常の基材と似ているが、DF値は低い。

高周波PCB

高周波材料と高速材料をどのように選択しますか。

PCB材料の選択は、設計要件、大規模生産、コストのバランスをとる必要があります。簡単に言えば、設計要件には電気的および構造的信頼性が含まれています。一般に、設計周波数がGHzよりも大きい非常に高速なPCBの場合、PCB材料の問題はより重要になるだろう。例えば、現在のFR−4材料はいくつかのGHz周波数で大きな誘電損失を有しており、これは当てはまらない可能性がある。


PCBの高周波材料と高速材料は何ですか。

例えば、10 Gb/S高速デジタル信号は方形波であり、異なる周波数の正弦波信号の重畳と見ることができる。したがって、10 Gb/Sは多くの異なる周波数の信号を含む。5 Ghz基本波信号、3次15 GHz、5次25 GHz、7次35 GHz信号など。デジタル信号の完全性と上下エッジの急峻度はRFマイクロ波デジタル信号の高調波部分と同じで、マイクロ波帯域内の低損失、低歪伝送に達した。したがって、多くの態様では、高速デジタル回路PCBの材料選択は、RFおよびマイクロ波回路の要求と同様である。

実際のエンジニアリング操作では、高周波材料と高速材料の選択は簡単に見えるが、多くの要素を考慮する必要がある。本文の紹介を通じて、PCB設計エンジニアまたは高速プロジェクト責任者として、私は板材の特性と選択について一定の理解を得ました。金属板の電気特性、熱特性、信頼性などを知る。スタックを合理的に使用し、信頼性が高く、加工性の良い製品を設計し、さまざまな要素を最適化して考慮する。


次に、適切な高周波材料と高速材料を選択するための主な考慮事項を紹介します。

1.PCBの製造可能性。

例えば、多重プレス性能、温度性能、CAF/耐熱性、機械的靭性、良好な信頼性、防火レベルはどうですか。

2.PCBと製品のマッチング性能、例えば電気性、性能安定性など。

損失が低く、Dk/Dfパラメータが安定で、分散が低く、周波数と環境の変化に伴う係数が小さく、材料の厚さとゴム含有量の公差が小さく、インピーダンス制御がよく、配線が長い場合、低粗さ銅箔を考慮する。また、高速回路設計は早期にシミュレーションを行う必要があり、シミュレーション結果は設計の基準である。「星森科学技術-アンジェロン高速/RF共同実験室」はシミュレーション結果とテストが一致しない性能問題を解決し、大量のシミュレーションと実際のテストの閉ループ検証を行い、独特な方法でシミュレーションと実際の測定の一致性を実現することができる。

3.直ちにPCB材料を提供する。

多くの高周波材料と高速材料の購入サイクルは、2~3ヶ月にも及ぶ非常に長い。在庫にある従来の高周波ボードRO 4350に加えて、多くの高周波ボードはお客様に提供される必要があります。そのため、高周波板は早く材料を準備するためにメーカーと事前にコミュニケーションする必要があります。

4.高周波材料と高速材料のコスト要因。

これは、消費財であれ、通信、医療、産業、軍事用途であれ、製品の価格感受性に依存します。

5.法律法規の適用性など。

RoHSとハロゲンフリーの要件を満たすために、さまざまな国の環境規制と組み合わせる必要があります。

上記の要素のうち、高速デジタル回路の動作速度はPCBを選択する主な要素である。回路速度が高いほど、選択したPCBのDf値は小さくなるはずです。中低損失の回路基板は10 Gb/Sデジタル回路に適用されます。このスライス損失は低く、25 Gb/sデジタル回路に適している。超低損失のプレートは、50 Gb/s以上の速度を持つ高速デジタル回路に適応します。


高周波材料と高速材料を考慮したDf

Dfの0.01〜0.005の間の回路基板は10 Gb/Sデジタル回路に適している。

Dfが0.005-0.003の間にある回路基板は、上限25 Gb/Sのデジタル回路に適している。

Dfが0.0015を超えない回路基板は、50 Gb/Sまたは高速デジタル回路に適しています。

一般的な高周波材料と高速材料には、次のものがあります。

1.ロジャーズ、RO 4003、RO 3003、RO 4350、RO 5880など

2、TUC:Tuc 862、872 SLK、883、933など

3.パナソニック、マイ創4、マイ創6など

4.Isola、370時間、FR 408時間、IS 620、IS 680など

5.Nelco、N 4000-13、N 4000-13 EPSIなど

6、東莞聖意、台州王嶺、泰興マイクロ波など


もちろん、昨年ロジャーズに買収されたArlonやTaconicなど、他にも多くの高周波板がありますが、いずれも性能が保証されている無線周波数マイクロ波板工場です。

ここでは、高周波材料と高速材料の選択方法、およびPCB設計の注意点を共有します。実際の用途で具体的なケースを分析する必要があります。