RF・マイクロ波プリント基板のマスタリング：エンジニアのための包括的ガイド

キーワード: RFプリント基板

RFプリント基板は、プリント基板製造業界において興味深く、急速に発展しているニッチな市場セグメントになりつつあります。それらはまた非常に多様であり、どの拡張現実オプションを追求すべきかを決めようとすると、数時間あっという間に迷子になってしまうこともあります。エンジニアは、製造/アセンブリの各段階における決定事項や、お客様のRFプリント基板を構築するプロセスにおける制約、落とし穴、可能性について、喜んで議論します。

RF回路基板とは何ですか？

プリント基板業界の標準では、RF回路基板は100 MHz以上で動作するあらゆる高周波プリント基板と定義されています。

周波数が2 GHzを超える無線周波数クラスについては、マイクロ波プリント基板と呼びます。

マイクロ波プリント基板とは何ですか？

RF回路基板とマイクロ波プリント基板の主な違いは、それらが機能する無線周波数にあります。これらは、2GHzを超えて動作するあらゆるRF回路基板がマイクロ波プリント基板です。RF回路基板とマイクロ波プリント基板は、無線信号の受信と送信を必要とするあらゆるシステムの通信信号に広く使用されています。

マイクロ波プリント基板と無線周波数回路：

典型的な困難とその解決策

例えば、RF回路基板とマイクロ波プリント基板は、通常のプリント基板レイアウトよりも設計がはるかに困難です。これは、無線信号の受信または送信において発生する可能性のある同義的な問題を考慮したものです。最も重要な問題のいくつかは、ノイズ感度の問題とより厳しいインピーダンス公差です。

無線およびマイクロ波信号は、通常の回路基板よりもノイズに対してはるかに敏感であり、同時にインピーダンスに対してはるかに厳しい公差を持っています。さらに、これらの問題は、グランドプレーンの活用や、インピーダンス制御されたトレースに十分な曲げ半径を設けることで解決できます。これらの解決策は、最終的にRF/マイクロ波プリント基板が最高の性能を発揮するのに役立ちます。

RF基板の用途

RF基板は、無線技術、通信、スマートフォン、センサー、ロボット工学、セキュリティなどの分野で非常に多様な応用の見込みがあります。RF基板は現在需要があり、特に今日の電子機器において顧客のニーズに対応し満たすための新たな革新が出現していることを考えると顕著です。

正確な仕様と適切な納期内に基板が製造されることを保証するためには、適格なRFプリント基板メーカーを選ぶことが重要です。当社の評判について言えば、それはほとんど傷のないものです。当社は、今日最も困難な概念のレイアウトにも対応できることを誇りとしています。

用途別 RF材料

当社は、洗練された50層基板の製造に関する推奨事項に至るまで、基板コストのあらゆる側面についても支援可能です。

RFプリント基板の製造は決して容易ではありませんが、そのプロセスに魔法はありません。

このため、エンジニアがRF製造プロジェクトに着手しなければならない場合に考慮すべきいくつかの要因を以下に示します：

比誘電率などのパラメータは、RF以外のほとんどの用途では定数と見なすことが可能ですが、それらの強力な周波数範囲でははるかに変動しやすいものです。

プリント基板アセンブリが基板に課す極端な熱負荷のため、基板内の熱管理は重要です。穴あけ作業中、材料の熱伝導または熱抵抗特性は、多層スタックの層間配向にとって重要です。

特徴間の距離も重要な要素となります。なぜなら、RF基板は非常に敏感で、近くの特徴と干渉する可能性があるためです。

したがって、意図された用途とコストに応じて使用する適切な材料を決定することは重要です。なぜなら、残りの課題のほとんどはこの決定から生じるからです。

RFプリント基板の材料選択においては、常に特定の重要な特性を考慮する必要があります。

適切な材料を選択することは、RF基板製造の全工程を補完し得るものであり、おそらく最も重要な決定となります。

誘電率、動的特性

材料の誘電率は、電界内に置かれた材料に蓄えられるエネルギーと、同じ電界強度における真空中に蓄えられるエネルギーの比として定義されます。

これは方向に依存するため、この誘電率は材料の軸に基づいて他のものと異なります。

最初のものは熱膨張係数を用いて測定されます。

熱膨張係数（CTE）は、温度変化に対する物体の寸法変化の度合いを測定するものです。また、耐熱性を定量化する方法でもあります。これはプリント基板の製造におけるドリル加工および組立工程で主要な役割を果たします。

多層スタックの場合と同様に、異なるCTEを持つ電子材料は異なる方法で形状を変化させます。ドリル加工工程では、上層が下層よりも速く膨張する際に、位置合わせの問題が非常に大きな懸念事項となります。

広く使用されている最高品質のRF材料の一部であるPTFEは、加熱されるとドリル加工時にスミアが発生し、それは除去できません。部品がはんだ付けされる機能統合段階では、CTEがはんだ付けからの熱膨張ストレスにどう対処するかを決定します。不適切なCTEは、最終段階での基板破損につながる可能性があり、企業にとって非常にコストがかかります。

これらの問題に対処するため、CTEが低い材料は、ドリル加工と組立においてより強固になります。

損失正接

損失正接は、動的誘電率と同様に、RFでは現れるが低周波数設計では実際には有害ではない難しい効果の一つです。これは材料の分子構造、いわば衣服の生地の結果です。

その結果、周波数が増加すると信号は分散、吸収され、熱として燃え尽きます。非常に重要な点は、アナログ回路では振幅損失が発生することです。

複雑な多層基板では部品形成が非常にコンパクトになり得る一方で、動作中に発生する余分な熱は考慮すべき要因となります。

間隔

クリーニングに関しては、RFアプリケーションではクロストークおよび表皮効果と呼ばれる現象のため、間隔が少し問題になる可能性があります。

クロストークは、基板の高さが互いに干渉し始める状況、例えば信号が近接部品と結合したり干渉したり、望ましくない結合が生じる状況です。表皮効果は、トレースの抵抗が上昇し始め、抵抗性の損失をもたらし、回路内で熱を発生させる状況です。これはトレース幅や長さなどの要因に比例し、周波数が上昇するにつれて問題が深刻化します。

安全な最小距離は様々な方法で異なります。最小間隔に関する質問やその他のRFプリント基板設計ガイドラインについてご質問があれば、今すぐSFCにお問い合わせください。

吸湿性

考慮すべきもう一つの要素は、デバイスが動作する環境です。基板が空調環境の実験室内で使用される場合、この材料の吸湿性は問題にならないかもしれません。しかし、基板が屋外、または雨の多い気候で設置される場合、あるいは事前の計画なく短時間で水に出入りする可能性がある場合は、湿気の侵入がより重要度の高い問題となります。

コスト対性能

特定の材料タイプは顕著な特性を有しています。提案された誘電率とCTEは、お客様のアプリケーションに適合するよう特別に設計されています。残念ながら、そのような材料は通常高価です。しかし、コスト、電気的性能、熱的特性の間で良好なバランスを見出すことは困難ですが、確かに不可能ではありません。