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高周波PCB技術

高周波PCB技術 - ウェアラブルPCB設計の基本原理

高周波PCB技術

高周波PCB技術 - ウェアラブルPCB設計の基本原理

ウェアラブルPCB設計の基本原理
2023-12-18
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Author:ipcb      文章を分かち合う

サイズとサイズが小さいため、成長し続けるウェアラブルネットワーク市場にはプリント基板規格はほとんどありません。それらが現れる前に、私たちが知っているボードレベルの開発と製造経験に関する知識に依存し、そこに現れる独自の課題にどのように適用するかをよく考えなければなりません。特に注目すべき3つの分野は、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 circuit pcb board材料PCB層は積層板からなり、積層板はFR 4(繊維強化エポキシ樹脂)、ポリイミド又はロジャーズ材料又は積層板からなることができる。異なる層間の絶縁をプリプレグと呼ぶ。

 

ウェアラブルデバイスには高度な信頼性が必要であり、PCB設計者がFR 4(コスト効果の高いPCB製造材料)を使用するか、より先進的で高価な材料を使用するかを選択することに直面した場合、これは問題となる。

 

ウェアラブルPCBアプリケーションに高速、高周波材料が必要な場合、FR 4は答えではない可能性があります。FR 4の誘電率(Dk)は4.5であるのに対し、より先進的なロジャーズ4003系材料の誘電率は3.55であり、その組み合わせ系ロジャーズ4350の誘電率は3.66である。

 

積層板のDkとは、真空中の一対の導体と比較して、積層板付近の一対の導体間の容量またはエネルギーを意味する。高周波では損失が非常に小さいことが望ましいため、Rogers 4350Dk3.66で高周波回路にとってより好ましく、FR 4Dk4.5である

 

一般に、ウェアラブルデバイスの階数は4階から8階まで様々である。層構造は、8PCBである場合、配線層を間に挟むのに十分な接地層と電源層を提供するように構成されています。したがって、クロストークにおけるリップル効果は限度に留まり、電磁干渉やEMIは著しく低下する。

 

回路基板のレイアウト段階では、レイアウトスケジュールは接地層が配電層に隣接している。これにより低リップル効果が発生し、システムノイズはほとんどゼロに低下します。これはRFサブシステムにとって特に重要である。

 

FR 4は、ロジャーズの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Df値は0.002の範囲で、通常のFR 4より1桁優れている。しかし、ロジャーズの積層板は0.001以下であった。したがって、FR 4材料が高周波にさらされると、有意な挿入損失の差が生じる。挿入損失は、A点からB点への伝送中にFR 4Rogers、その他の材料などの積層板を使用することによる信号電力損失と定義される。circuit pcb board

 

製造上の問題

 

ウェアラブルデバイスPCBは、より厳格なインピーダンス制御を必要とし、これはウェアラブルデバイスの基本要素であり、よりクリーンな信号伝播を実現することができる。以前、信号担持トレースの標準公差は+/-10%であった。これは今日の高周波、高速回路にはまだ十分ではありません。現在の要件は+/-7%、場合によっては+/-5%以下です。この他の変数は、極めて厳格なインピーダンス制御を有するウェアラブルデバイスPCBの製造に悪影響を与え、製造可能な製造現場の数を制限する。

 

ロジャーズ極高周波材料の積層板は、+/−2%Dk公差に維持される。+/-1%DK公差を維持することもできるが、FR 4積層板のDk公差は10%であるため、2つの材料を比較すると挿入損失は極めて低い。これは、従来のFR 4材料と比較して、ロジャーズの輸送および挿入損失を半分以下に制限します。

 

ほとんどの場合、コストは重要です。しかしながら、ロジャーズは、許容可能なコストで高周波性能を有する比較的低損失の積層板を提供する。商業用途では、PCBを混合するためにエポキシ樹脂をベースとしたFR 4と一緒に使用することができ、一部の層はロジャーズの材料であり、他の層はFR 4である。

 

ロジャーズの積層板を選択する際には、周波数が第一の考慮事項である。周波数が500メガヘルツ(MHz)以上に増加するにつれて、PCB設計者はFR 4ではなくロジャーズ材料を使用する傾向があり、特にRF/マイクロ波回路に対しては、これらの材料はトレースが厳格なインピーダンス制御を受けている場合に性能が良いためである。

 

FR 4と比較して、ロジャーズ材料はさらに低い誘電損失を有し、広い周波数範囲で安定した誘電率を提供する。また、これらは低挿入損失を有し、高周波動作の理想的な選択である。circuit pcb board

 

ロジャーズ4000シリーズの熱膨張係数(CTE)は優れた寸法安定性を有する。これは、PCBが冷、熱、および非常に熱的なリフロー溶接サイクルを経験するとき、回路基板の膨張および収縮は、FR 4と比較して、より高い周波数およびより高い温度サイクルで安定した限界に維持されることを意味する。

 

混合積層スタックの場合、ロジャーズは一般的な製造プロセス技術を用いて高性能FR 4と容易に混合することができ、それにより比較的容易に良好な製造良率を得ることができる。ロジャーズの積層板には専用の貫通孔準備は必要ありません。

 

信頼性の高い電気性能の点では、FR 4は一般的にはうまくできませんが、高性能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いコストであり、簡単なものから幅広い用途のオーディオ設計から複雑なマイクロ波応用に使用することができます。circuit pcb board