高周波積層板の解説：RF・マイクロ波プリント基板における主要な進展

キーワード: RFマイクロ波プリント基板

これが、過去数年にわたり、私たちが製造能力を拡大し、高周波積層板の世界的な生産者となるために、マイクロ波およびRFプリント基板への投資を余儀なくされた理由です。RFおよびマイクロ波プリント基板には、RFまたはマイクロ波信号を伝送する要素があります。

概して、これらの用途では、単純な標準FR-4の特性を超える、電気的、熱的、機械的、またはその他の性能特性を持つ積層板が要求されます。PTFEベースのマイクロ波積層板の製造における豊富な経験から、ほとんどの用途では高い信頼性と低い公差が要求されることを私たちは理解しています。

ハイブリッドプリント基板は、積層構造内でFR-4とPTFE、またはその他の材料の両方を使用する、RFおよびマイクロ波プリント基板の特別なカテゴリーです。

プリント基板材料在庫

あらゆるRFプリント基板用途の多様な特性に対応するため、私たちはRogers、Arlon、Nelco、Taconicなど、主要な材料サプライヤーと戦略的提携関係を築いています。在庫のほとんどは専門的なものですが、Rogers（4003および4350シリーズ）、Arlonなどの製品については、倉庫にかなり良好な在庫を保有しています。迅速な対応を可能にする在庫保有コストは通常非常に高額であるため、これを行うことを望む組織はほとんどありません。

高技術回路基板の製造に使用される高周波積層板は、信号の感度とほとんどの用途における熱伝達に関連する問題のため、そのような回路基板の設計プロセスを複雑にします。最適な高周波プリント基板材料は、従来のプリント基板に組み込まれたFR-4材料と比較して、低い熱伝導率を示します。

RFおよびマイクロ波信号はノイズに対して非常に敏感であり、従来のデジタル回路基板よりも高いインピーダンス要件を持ちます。設計を可能な限り最良の状態で動作させるためには、グランドプレーンとインピーダンス制御されたトレースの十分な曲げ半径を採用しなければなりません。現在、ほとんどすべてのプリント基板アセンブラーおよびメーカーは、多くの電子製品に採用されている標準的なプリント基板を提供しています。しかし、彼らすべてがRFおよびマイクロ波プリント基板を製造する能力を有しているわけではありません。電子デバイスへの関心の高まりと新たな開発は、これらのプリント基板の大幅な進歩に寄与してきました。

回路の波長はその周波数と材料に依存するため、高い比誘電率（Dk）値を有するRFマイクロ波プリント基板材料は、特定のインピーダンスと特定の周波数範囲に対する小型化回路設計として、最小のプリント基板を実現することができます。ほとんどの場合、より高いDkを得るために、Dkが6以上の積層板が、多層構造において低コストのFR-4材料と組み合わせて使用されます。

利用可能なプリント基板材料のCTE、比誘電率、熱係数、TCDK、DF、さらには比誘電率や損失正接などの項目を知ることは、RFプリント基板設計者が、所望の特性を満たし、場合によってはそれを超える設計を開発する上で役立ちます。

使用する基板の種類について最終決定を下す前に、回路の動作周波数と主要部品のおおよその寸法が確立された後、最終決定に委ねられる可能性のある、一定の基板厚さに対するライン幅など、他のいくつかの要因を決定する必要があります。

異なるRFプリント基板材料の種類は以下の通りです：

セラミック強化ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）は、優れた電気的および機械的安定性を示します。ロジャースRO3000シリーズ回路材料は良好な機械的特性を有し、誘電率（Dk）に変化がないため、異なる誘電率材料を用いた多層プリント基板設計でも反りや信頼性の問題が生じません。タコニックRFシリーズ製品は低い損失正接と高い熱伝導率を実現可能なため、炭化水素系をベースとした競合品のように酸化、黄変、または誘電率及び損失正接の上昇ドリフトが発生しません。

メグトロン6プリント基板材料 – 超低損失、高耐熱、かつハロゲンフリーの構成材です。高ガラス転移温度（Tg）と炭化水素樹脂ベースのMEGTRON 6の最小膨張率により、高密度相互接続（HDI）および高速（3 GHz以上）用途における選択材料となっています。

織りガラス強化PTFE積層板は非常に軽量な織りガラス繊維から作られており、短繊維強化PTFE複合材料よりも寸法安定性に優れています。タコニックTLファミリー材料のようなこの種の材料では、損失正接（損失係数）が確かに低く、77 GHz用に設計されたレーダーアプリケーションやその他のミリ波周波数帯のアンテナに理想的です。

炭化水素セラミック積層板は、マイクロ波およびミリ波周波数設計に使用されます。この低損失材料は、他のPTFE材料と比較して回路製造での使用が容易で、特性が合理化されています。ロジャースRO4000シリーズ製品は広範囲の誘電率（2.55-6.15）で入手可能で、中程度から高い熱伝導率（0.6-0.8）を有します。

ガラスまたはセラミックを充填したPTFE積層板も存在します。例えばロジャースRT/デュロイド高周波回路材料は、低い電気損失、低い吸湿性、低いアウトガス性を有し、宇宙用途に適しています。

熱硬化性マイクロ波積層板は、低いTCDR（熱膨張係数）、銅整合の熱膨張係数、良好な機械的耐久性を兼ね備えています。ロジャースTMMは高周波積層板で、特に信頼性の高いストリップラインおよびマイクロストリップ回路に適しています。

特殊加工設備

マイクロ波/RFプリント基板加工の大部分は、標準的な製造設備と同様です。しかし、最も複雑な設計ソリューションは、特殊な設備の使用を前提としています。当社は多大な投資を行い、社内に以下の設備を保有しています：プラズマエッチング設備は、スルーホールの品質を高め、先進技術によるドリリング要件に耐えられるようにするために使用されます。プラズマエッチングでは、基板のスルーホールやその他の表面がプラズマまたはエッチャントガスを用いてエッチングされ、後続のコーティングのための空間が作られます。より伝統的な写真露光装置に対するLDI（レーザー直接描画）装置により、非常に狭いトレース幅と表裏の位置合わせ精度を実現できます。機械切削ではバリが生じ、布目が緩んだり、熱による変色さえ起こり得る多種多様な材料に対応するために必要なレーザードリル設備。これにより、お客様が発注されるすべての注文において、最高品質のマイクロビアを提供できるよう努めています。

RFおよびマイクロ波プリント基板実装の標準手順

現在、ほとんどすべてのプリント基板アセンブラーおよびメーカーは、多くの電子製品に展開される標準プリント基板を提供しています。しかし、それら全てがRFおよびマイクロ波プリント基板を製造する能力を有しているわけではありません。電子デバイスへの関心の高まりと新たな開発は、これらのプリント基板における広範な進歩をもたらしました。以下は、これらのプリント基板を作成する際に考慮される重要な事項のいくつかのリストです。

RFマイクロ波プリント基板は、高品質なFR4やセラミック充填炭化水素などの材料を使用して製造されています。これらの材料は非常に厚く、多様な形状に容易に曲げることができるため、人気があります。これらは望ましい熱膨張係数（CTE）仕様を有しています。これらの材料は、極限条件下で機能が強化された安定した基板構造の提供に貢献します。

RFおよびマイクロ波プリント基板に使用される材料は、あらゆる種類の過酷な条件下での基板性能を保証しなければなりません。

HT材料は、非常に微細な幾何学的形状や詳細なパターンを含む、高い層数の実現を可能にします。

また、これらの基板には、狭いトレース幅の取得に加えて、イメージングのためのレーザー装置も組み込まれています。