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PCB Blog - 無線周波数とマイクロ波PCBの基材選択ガイド

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無線周波数とマイクロ波PCBの基材選択ガイド
2024-11-08
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Author:iPCB      文章を分かち合う

回路設計の初期段階として、PCB基板材料の選択はRF/マイクロ波PCB設計において重要な役割を果たし、良い基板材料は最終製品の卓越した性能と高信頼性に役立つ。PCB設計と一致する基板材料を考慮する際には、比誘電率、損失正接、厚さ、環境など、いくつかの面を集中しなければならない。以下にその重要性を詳細に説明し、理想的な選択方法を示す。


マイクロ波PCB


1、比誘電率対誘電率とは、誘電率と真空誘電率との比率を指す。RF/マイクロ波PCB設計のための基板材料の比誘電率は、空間的および重量的要件を満たすために十分に高くなければならない。しかし、高速相互接続などの他の用途では、許容可能な線幅とインピーダンス許容差を有する高インピーダンス回路を生成するために、極めて低い相対誘電率が必要である。最終基板材料を決定する前に、一定範囲の板厚の線幅、回路動作周波数の波長、主要部品の近似寸法を含むいくつかのパラメータを確認しなければならない。許容可能な大と小の相対誘電率を確立するためには、基板図のスケッチを描く必要があります。また、基板材料製造業者によって提供される比誘電率偏差は、電気特性が公差範囲内になるように十分に低くなければならない。


2、損失正接誘電損失は損失正接と相対誘電率の関数であり、いくつかの基板材料に対して、単位長さ当たりの誘電損失は導体損失を減らすことができる比較的短い線を印加することによって相殺することができ、これは高周波で導体損失が明らかになった場合に非常に重要である。したがって、特定の回路における素子損失パラメータを推定する場合、所与の周波数における単位線長当たりの通常損失ではなく、単位長または周波数当たりの損失を推定する。一定の周波数範囲では、基板材料の損失は、放熱問題を回避しながら、入出力電力要件を満たすために十分に低くなければならない。さらに、フィルタなどの回路要素の電力応答の中には、電気的性能要件を満たすために、鋭い周波数ロールオフ特性を維持しなければならないものもある。もちろん、誘電損失はこの周波数特性に影響を与える。


3、基板材料の厚さは以下の設計元素と関連している:


トラッキング幅は、所定の特性インピーダンスを維持するために、トレース幅の減少の要求を満たすために基板材料の厚さを減少させるべきである。薄い基板材料上の高インピーダンストレースは、製造時に非常に低い引き廻し幅を必要とする場合がある。


機械的性質は、支持されていない薄い基板材料上に構築された回路が、剛性および熱硬化性材料上では発生しないように曲げられたり、曲げられたり、ねじれたりする可能性がある。


寸法安定性は、一般に、寸法安定性については、薄い基板材料の性能が厚い基板材料よりも劣る。


コストは、典型的には、単位面積当たり厚い基材材料は、単位面積当たり薄い基材材料よりも高価である。


整合性。単純な湾曲形状(例えば円筒形または円錐形)に曲げる必要がある回路基板については、基板材料または銅箔が破壊されることなく、薄板を低い曲率半径に曲げることができる。


誘電破壊は、平行板に対して、薄い誘電材料が厚い材料よりも高い割合の誘電破壊電圧を有する。


動力処理能力、高周波回路基板の電力処理能力は基板材料の厚さを増やすことによって2つの方面の制限を軽減することができる。一方、高出力は加熱によって部分的に消散することができる。一方、高ピーク電力レベルにより、コロナが発電を開始し、基板材料の寿命を短縮することができる。


4、環境プリント配線板の製造と操作環境は基板材料の選択を制限し、考慮すべき主な材料性能は以下を含む:


温度安定性、操作と技術の高温度と低温度を保証し、温度制限は「ピーク」または「連続」と表現し、ピーク温度で電気性能を計算し、設計要求と比較しなければならない。間欠的な温度ピークの範囲では、回路基板が正常に動作することはありません。そのため、「連続」温度を使用して性能を推定する必要があります。回路基板の機械的性質に恒久的な損傷が発生した場合は、「間欠」限界温度範囲内で検査しなければならない。


耐湿性と化学性。基板材料は低湿度を吸収し、高圧環境下で回路基板の電気性能が明らかに低下しないようにしなければならない。結局、追加の環境保護ソリューションは追加の製造コストと設計トレードオフを引き起こし、使用する技術は基材の耐化学性と耐溶剤性に適合する必要がある。


放射線防止性能は、RF/マイクロ波PCBが空間または核応用に応用されると、基板材料は大量のイオン化放射を受け、イオン化放射が基板の機械的および電気的性能に与える影響を確保し、推定しなければならない。また、その蓄積効果を確保し、回路基板の有効動作寿命を比較しなければならない。


5、基材に関するその他の設計規則


銅線コイルの付着力は、永続的な損傷を起こさないように、応用と製造環境に耐えるために十分に高くなければならない。


相対誘電率は温度によって変化し、動作温度範囲内の電気特性に影響を与える可能性があります。


表面実装デバイス(SMD)とメッキスルーホール(PTH)の信頼性もCTEと関連している。


基板材料の熱伝導性は設計に影響を与え、熱管理の問題を考慮する。


ハウジングと取り付けを決定する際には、回路基板の反りを考慮しておく必要があります。


機械的性能はアセンブリとインストール設計に影響を与える可能性があります。


基板材料の比重は回路基板の重量を決定する。


限界周囲温度及び高出力素子の設計及びリフロー溶接又は他の高温製造の応用過程において、熱膨張係数(CTE)を注意深く考慮しなければならない。


抵抗率は、特に高インピーダンス線路が高電圧電力増幅回路を伝送する場合に、電気的性質に関連する素子である可能性がある。