高周波PCB

高周波PCBとは何ですか？

高周波PCBは、PTFEやロジャーズシリーズなど、低誘電率（Dk）および低誘電損失（Df）の専用基板を使用するタイプのPCBです。 寄生成分を低減するため、厳密なインピーダンス制御と最適化された配線が求められます。これは特に高周波信号伝送用途向けに設計されています。 300 MHzから3GHzまでの範囲。通信、軍事産業、医療、および民生用電子機器などの分野で使用される装置と広く互換性のある高精度プリント回路基板 ケア、および民生用電子機器。

高周波PCBの特徴

高周波通信回路の特徴は、300 MHzから3GHzの高周波信号伝送における低損失、高安定性、および干渉防止という3つの主要要件に基づいて設計されています。 各特性は、特定の材料選定、工程基準、および応用価値に対応しています。以下に詳細を示します。

基板の低損失特性

高周波信号が伝送される際、基板の誘電特性によりエネルギー損失が発生します。これが高周波回路と一般のPCBとの本質的な違いです。

主要パラメータ

・低誘電率（Dk）： 誘電率は信号伝送速度を決定します。Dk値が低いほど、信号伝送速度が速くなり、信号遅延が小さくなります。高周波PCBの 基板のDk値は通常2.2から4.5の間で安定しています（一般的なFR-4基板のDkは約4.6～4.8）。温度や周波数の変化に対してDk値の安定性を確保し、信号歪みを防ぐ必要があります。

・低誘電損失角正接（Df）： Df値は、信号が基板内で受けるエネルギー損失を直接反映しています。Df値が低いほど損失は小さくなります。高周波PCB基板のDf値は一般的に0.002未満です（ これにより信号減衰を効果的に低減でき、長距離かつ高周波の信号伝送に特に適しています。

代表的な基板

・PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）： Dk≈2.1、Df≈0.0009、耐熱性（260℃以上）、優れた化学的安定性を備えており、軍事産業や衛星通信など高要求環境での使用に最適です。

・Rogersシリーズ（例：RO4350B）： Dk≈3.48、Df≈0.0037、インピーダンス安定性に優れ、5G基地局やRFモジュールに適しています。

・高周波用エポキシ樹脂基板： コストが低く、Dk≈3.5～4.0で、家電製品におけるRF部品の基本要件を満たします。

高精度インピーダンス制御特性

高周波信号はインピーダンス変化に対して非常に敏感です。インピーダンスマッチングが取れていないと、信号の反射、定在波、歪みが発生し、機器の性能に直接影響します。

・インピーダンス制御基準： 高周波PCBで一般的に使用されるインピーダンス値は50Ωおよび75Ωです。インピーダンスの許容誤差は±3%から±5%以内に管理する必要があります。 ±3%から±5%以内に管理する必要があります。

・実現方法： 線幅、線間隔、基板厚、銅箔厚の4つのコアパラメータを正確に設計し、電磁場シミュレーションソフトウェアで検証することにより、 インピーダンスの一貫性を確保する。例えば、マイクロストリップ線路構造のインピーダンス値は線幅に比例し、基板厚さに反比例する。目標値に達するまで繰り返し調整が必要である。 目標値に達する。

低寄生成分および干渉防止特性

高周波回路では、配線の寄生容量および寄生インダクタンスが追加の干渉源となり、信号のクロストークや電磁放射（EMI）を引き起こす可能性がある。したがって、高周波PCBは寄生効果を低減するために設計および最適化される必要がある。 寄生効果を低減するために設計および最適化される必要がある。

低寄生成分設計

・配線長を短縮し、迂回配線を減らして、寄生インダクタンスを低減する；

・信号線の間隔を広げるか、グランド分離帯を使用して、寄生容量を低減する；

· マイクロストリップ線路やリボン線路などの特殊な伝送線路構造を採用し、信号と外部世界との間の電磁結合を低減する。

電磁妨害（EMI）に対する耐性

· グラウンド層の数を増やして「シールドキャビティ」を形成し、外部からの電磁妨害を遮断する；

・感度の高い部品に対して局所的なシールドを施し、内部信号の放射を低減する；

· 電源およびグラウンド配線のレイアウトを最適化し、電源ノイズが高周波信号に与える影響を低減する。

優れた物理的・環境的適応特性

高周波PCBの適用シナリオは、工業制御、医療、軍事産業など、厳しい環境条件が求められる分野に多く存在します。したがって、基材および工程は 追加の物理的性能要件を満たす必要がある

・耐熱性： 一部の基材は260℃以上の温度に耐えることができ、リフローはんだ付けおよび波はんだ付けの加工要件を満たすとともに、 高温環境下での機器の長期運転にも適している。

・化学薬品への耐性: 基材は、厳しい環境下で基材の層間剥離や銅箔の酸化を防ぐために、耐酸・耐アルカリ性および耐湿性を備えている必要があります。

・機械的安定性： 銅箔は基板との接着力が強く、反りや変形が生じにくいため、振動や衝撃条件下でも機器の信頼性を確保できます。

高精度製造特性

高周波PCBの加工技術精度は、一般のPCBと比べてはるかに高いです。主な工程要件には以下が含まれます。

・細線幅／ライン間隔： 3ミル／3ミル（0.076mm／0.076mm）またはそれ以下の線幅と間隔を実現でき、高密度・高周波回路の配線要件を満たします。

・精密なドリリング： 最小穴径は0.1mmに達し、穴位置公差は±0.01mm以内に制御され、穴位置のずれによるインピーダンス変化を回避します。

・ 表面処理： 金メッキおよび銀メッキプロセスが多く採用され、導体表面での信号損失を低減します .

コア基板

基板は高周波PCBの基礎であり、信号伝送損失および安定性に直接影響を与えます。主流のタイプとそのパラメータは以下の通りです。

銅箔材料

高周波信号には表皮効果があるため、銅箔の選定では導電効率と表面平坦性の両方を考慮する必要があります：

・電解銅箔： コストが低く、表面粗さが適度で、ほとんどの高周波PCB用途に適しています；

・圧延銅箔： 表面が滑らかで、表皮効果損失が少なく、高周波および高感度の無線周波数機器に適しています。

・銅箔の厚さ： 一般的には1oz（35μm）または½oz（17.5μm）が使用されます。薄い銅箔は寄生インダクタンスを低減でき、高密度・高周波配線に特に適しています。

表面処理材料

高周波PCBの表面処理は、接触抵抗を低下させ、銅箔の酸化を防止し、高周波信号の伝送に影響を与えないようにする必要があります。

・金めっき（ENIG）： 表面が滑らかで、酸化抵抗性が強く、接触抵抗が低く、高周波信号損失への影響が小さいため、高精度のRFインターフェースに適しています。

・銀メッキ： 金メッキよりも優れた電気伝導性と低い損失がありますが、酸化しやすいため、耐酸化コーティングとの併用が必要です。高周波マイクロ波回路に適しています。

・有機ソルダーレジスト（OSP）： コストが低くプロセスが簡単ですが、耐熱性は平均的です。コストに敏感な民生用電子機器における高周波PCBに適しています。

低信号減衰は伝送品質を保証します。

PTFEやRogersシリーズなどの低誘電率（Dk）および低誘电損失（Df）を特徴とする専用基板を使用することにより、300MHzから3GHzの高周波信号伝送時のエネルギー損失を効果的に 低減でき、信号の歪みを回避し、長距離かつ高周波通信およびデータ伝送の要件を満たすことができます。

高精度インピーダンス制御による信号完全性の向上

配線幅、配線間隔および基板厚さを精密に設計することで、インピーダンス公差を±3%～±5%以内に制御し、50Ω/75Ωなどの標準インピーダンスとの安定した整合を実現します。これにより信号の反射 および定在波現象を防止し、RFおよびマイクロ波などの高周波回路の信頼性ある動作を保証します。

優れた耐干渉性を備えており、複雑な電磁環境にも適しています

最適化された配線構造（マイクロストリップ線路やリボン線路など）および多層グランド設計により、寄生容量およびインダクタンス、ならびに信号のクロストークや電磁放射（EMI）を低減できます。これに加えて 局所的な金属シールドを組み合わせることで、外部からの電磁干渉に耐えることができ、産業用制御装置や医療機器など、電磁両立性が厳しく要求される用途に適しています。

優れた環境適応性を持ち、過酷な使用条件に対応可能

専用の高周波基板は耐熱性（260℃以上）、耐化学薬品性および耐湿性に優れています。安定した銅箔接合プロセスと組み合わせることで、振動や高低温サイクルといった過酷な環境下でも安定した 性能を維持でき、自動車グレードおよび軍用グレードの長期運転要件を満たします。 機器。

高密度実装をサポートし、小型化設計を実現します

3ミル／3ミル以下の細線幅および間隔、ならびに小径穴の処理をサポートします。高密度配線が可能で、RFモジュールや5G基地局部品などの小型化・高集積化製品の設計要件を満たし、装置のスペースを節約できます。 モジュールおよび5G基地局部品の設計要件を満たし、装置のスペースを節約します。