5G 通信、自動運転ミリ波レーダー、AI データセンターの高速スイッチなどのハイエンド電子デバイスでは、高周波高速プリント基板がすでにシステム信号伝送の安定性を決定するコア キャリアとなっています。{{2}普通とは違うfr4 回路基板高周波高速プリント基板は、GHz 周波数帯域の信号の損失制御、インピーダンス精度、長期信頼性を直接決定します。-今日は、コア指標、主流の製品選択、典型的なアプリケーション シナリオに至るまで、高周波および高速 PCB 材料選択の主要なロジックを体系的に分析します。-
高周波および高速の PCB 材料選択のための 6 つのコア指標-
多くのエンジニアは、材料を選択する際に「パラメータではなくブランドだけを見る」という誤解に陥りがちです。実際、次の 6 つの指標がボードの互換性を判断するための中心的な基準となります。
1. 誘電率 (Dk) と安定性: これは高周波シートメタルの最も基本的なコアパラメーターであり、低い Dk 値と温度と周波数による変動を最小限に抑える必要があります。高周波シナリオでは、制御不能な信号伝送速度の偏差を避けるために、Dk 許容値を ± 0.1 以内に制御する必要があります。たとえば、Rogers RO4350B ボードの Dk は 3.48 で安定して制御され、-50 度から 150 度の広い温度範囲内で変動は ± 2% 未満であり、車両レーダーの厳しい環境要件を完全に満たしています。
2. 誘電損失係数 (Df): 伝送中の信号のエネルギー損失を直接決定します。 10 GHz を超える高周波シナリオでは、長距離配線後の高周波信号の過度の振幅減衰や不十分な信号対雑音比の問題を回避するために、Df 値を 0.005 未満に制御する必要があります。-通常の FR-4 ボードの Df は通常 0.02 を超えており、25Gbps を超える高速 SerDes 信号伝送にはまったく適していません。
3. 熱膨張係数 (CTE) のマッチング: 高周波高速プリント回路基板には、多くの場合、多層の厚い銅設計が採用されており、基板の Z- 軸の熱膨張係数は、銅箔の CTE 特性と一致する必要があります。そうしないと、複数回のリフローはんだ付けプロセス中に、メタライズされた穴の破損や層間の位置ずれなどの障害の問題が発生する傾向があります。高品質の高周波基板は、Z- 軸 CTE を 30ppm/度以内に制御するためにセラミック充填技術によって修正され、多層基板の長期信頼性が大幅に向上します。-
4. 銅箔の粗さ: 高周波信号伝送では、表皮効果により電流が銅箔表面の非常に薄い層に集中します。銅箔の粗さが過度に大きいと、導体損失が大幅に増加します。ハイエンドの高周波および高速プリント回路基板では、低プロファイル銅箔 (HVLP) を使用して表面粗さを 0.2 μm 以内に制御し、ミリ波周波数帯域で導体損失を 30% 以上削減できます。
5. 吸水率: 水を吸収すると、基板の誘電率の均一性が直接変化し、その結果、インピーダンスが急激に変化し、信号損失が増加します。高頻度のシナリオでは、ボードの吸水率は 0.1% 未満である必要があります。この指標では、PTFE ベースの高周波材料が通常のエポキシ樹脂基板よりもはるかに優れた性能を発揮します。
6. 熱伝導率: 5G RF アンプや AI アクセラレーション カードなどのシナリオでは、高周波および高速のプリント基板の局所的な熱流束密度が非常に高く、0.8W/m · K 以上の基板熱伝導率係数が必要です。一部の電力シナリオでは、局所的な過熱による信号ドリフトを避けるために、熱伝導率が 2W/m・K を超える高熱伝導率ボードの使用が必要になる場合もあります。
マイクロ ナノ チップ高速パッケージング プリント基板基板: 高周波デジタル信号と光電子デバイスの統合シナリオに特に適応し、マイクロ ナノ レベルのパッケージング技術を利用して極めて高い相互接続精度を実現し、100G 光モジュールの高速信号伝送で優れた性能を発揮し、光チップとプリント基板間の相互接続における信号反射の問題を解決します。-
14 層 4 オンスの厚さの銅コイル基板: 新エネルギー車のワイヤレス充電と高出力 RF モジュールのシナリオ向けに開発されました。混合圧力技術と組み合わせた厚い銅の高周波基板を使用して、高周波信号の低損失伝送を確保しながら大電流を流し、大電流と高周波信号のバランスが難しいという業界の問題点を解決します。-
ロジャース混圧多層基板: RO4350B などの高周波材料と通常の fr4 材料を層間混合することにより、低損失の高周波基板を主要信号層に使用し、熱伝導率の高い fr4 を電源層とグランド層に使用します。これにより、高周波性能を確保しながらボード全体のコストが大幅に削減され、現在 5G マクロ基地局 RF ボードの主流の選択ソリューションとなっています。-
典型的なアプリケーション分野の選択ロジック
業界ごとに高周波および高速 PCB 材料の選択にはまったく異なる焦点があり、基板の性能が高いほど、より適切になります。{0}
5G 通信の分野では、誘電安定性と処理互換性のバランスをとるために、Rogers RO4000 シリーズ セラミック フィラー プレートが基地局アンテナや RF フロントエンド モジュールに好まれています。-データセンターの 200G/400G 高速スイッチ バックプレーンは、25 Gbps を超えるシリアル信号の伝送損失の制御に重点を置き、Panasonic Megtron 7 などの極めて低い Df 高速基板を使用します。{6}
自動車エレクトロニクスの分野: 77GHz ミリ波レーダーは、車両の全温度範囲 -40 度から 85 度でレーダー検出範囲が大幅に変動しないように、誘電率温度係数が 50ppm/度未満の高周波基板を使用する必要があります。車載高速ゲートウェイの PCB には、IATF16949 自動車規格の信頼性要件を満たしながら、コストと信号の整合性のバランスをとる、改良された高周波 fr4 ボードが使用されます。
航空宇宙および防衛の分野では、PTFE 基板を使用した高周波プリント基板が衛星通信機器、レーダー妨害装置、およびその他のシナリオに好まれています。極限の宇宙環境でも安定した誘電性能を維持し、特別な層間強化プロセスにより強い振動衝撃に耐えます。
医療機器や検査機器の分野では、MRI RFコイルやスペクトラムアナライザなどの高周波プリント基板において、極めて高い誘電率の均一性が求められます。通常、輸入されたハイエンド高周波ボードは、ボードの不均一な局所パラメータによって引き起こされるテスト結果の偏差を避けるために選択されます。
fr4 回路基板、高周波 PCB