RFアプリケーション向け高周波PCB：製造と設計の究極ガイド（2024年）

5GやIoTやレーダーシステムの時代に 高周波PCBは 迅速で信頼性の高い無線通信の 未知のヒーローですこれらの特殊なボードは,最小限の損失でRF信号 (300MHz~300GHz) を送信するが,正しく設計および製造されている場合にのみ単一のエラー (例えば,間違った材料,インピーダンスのマッチングが不十分) は,5G基地局の信号を歪めたり,レーダーシステムを役に立たない状態にする可能性があります.

高周波PCBの設計は 標準PCBよりも 3倍も少ない信号損失 50%も少ない EMI 寿命も 2倍も長くなりますロジャーズ RO4003Cのような低損失材料の選択からインピーダンスのマッチングとシールドのマスターまで5Gモジュールや衛星RFシステムを 構築しているにせよ 成功へのロードマップです

主要 な 教訓
1材料は作動または破裂:信号損失を最小限に抑えるため,低ダイエレクトリック常数 (Dk: 2.2 〜 3.6) と損失触角 (Df < 0.005) の基板を選択します.38, Df=0.0027) はRFの標準値である.
2阻力マッチングは交渉不可: 50Ωの制御阻力痕跡は信号反射を排除し,VSWR <1.5 (5G/mmWaveにとって重要な) を保持する.
3製造精度の問題:レーザードリリング (マイクロヴィア) とSAB結合 (皮質強度800~900g/cm) は,信頼性があり,低損失の接続を保証します.
4.シールドは干渉を止めます: 固体地平面 + 金属シールド缶は,混雑したRF設計では EMI を40%削減し,クロスストークを60%削減します.
5.LT CIRCUITのエッジ:彼らのIPCクラス3認定プロセスとロジャーズ/メグトロンの材料は,10 GHzで信号損失 <0.7 dB/inのPCBを供給します.

第1部分:高周波PCBの製造能力
高周波PCBは"より速い"標準PCBだけでなく RF信号を処理するために 専門的なプロセスや材料や品質管理が必要ですLT CIRCUITのような製造者が信頼性の高い低損失のボード

1.1 専門機器とプロセス
標準的なPCBマシンが提供できるより高い精度を要求します 違いを生むギアと技術がここにあります

例:LT CIRCUITはレーザードリルを用いて 5G PCB の 6ml マイクロボイアを作成します. これにより,同じスペースに 2 倍以上の RF トレースが収まるようになり,SPC は 10,000+ のボードでインピーダンスを一貫させています.

1.2 材料選択: 低損失 = 強いRF信号
高周波PCBの基材 (ベース材料) は,信号損失に直接影響する.RF設計には以下のような材料が必要である.
a.低ダイレクトリ常数 (Dk): 2.2~3.6 (信号伝播が遅い =損失が少ない).
b.低損失触角 (Df): <0.005 (熱として無駄になるエネルギーが少ない).
c.高ガラス移行 (Tg): >180°C (ベースステーションなどの高温RFシステムにおける安定性).

下記は,RF材料が積み重なっている様子です.

重要な警告: 販売者のDfの主張は,しばしば実世界のパフォーマンスと一致しません.試験結果によると,測定されたDfは,広告より33~200%高いことが示されています.常に第三者の試験データを要求します (LT CIRCUITはすべての材料のためにこれを提供しています).

1.3 先進的な粘着とラミネーション
劣悪な結合は,RF PCB のデラミネーション (層分離) と信号損失を引き起こす.SAB (Surface Activated Bonding) などの近代的な方法がこれを解決する.
プラズマはLCP (液晶ポリマー) と銅の表面を処理し,粘着剤なしで化学結合を作り出します
b.結果: 殻強さは800~900g/cm (従来の結合では300~400g/cm) と表面粗さ <100nm (導電損失を3倍減らす).
c.XPS分析: レーミネート (結合線ではなく) の"ボックフラクター"を確認し,長期的信頼性を証明する.

層面化も精度が必要です
a.圧力/温度: ロジャース材料では,気口 (信号反射を引き起こす) を避けるため,170°Cから190°Cで200~400PSI.
b.電解均一性: 50Ω RF トレースに対してインピーダンスの一貫性を維持するために,厚さの変化 <5%が重要である.

1.4 品質管理:RFグレード試験
標準的なPCB検査は RFには不十分です 信号の整合性を確保するために 専門的な検査が必要です

LTCIRCUITはRFPCBの各バッチに これらのテストを行います 99.8%の生産率は 業界平均よりも2倍高いのです

第2部分:高周波RFPCBの設計考察
最良の製造でも 悪い設計を修正することはできません RF PCBは 高周波に合わせたレイアウト,接地,ルーティング戦略が必要です

2.1 阻力マッチング:信号反射を排除する
阻力不一致は,RF信号損失の#1原因である.ほとんどのRFシステム (5G,Wi-Fi,レーダー) では,ターゲットが50Ω制御阻力であり,ソース (例えばRFチップ) と負荷 (例えばアンテナ) に一致する.

50Ω の阻力 を 達成 する 方法
1阻力計算機を使用します Polar SI9000のようなツールは,次のことをベースに線路幅/距離を計算します
a.基板Dk (例えば,Rogers RO4003Cの3.38).
b.痕跡の厚さ (1oz = 35μm).
c.電解厚さ (4層PCBの場合0.2mm)
2軌跡の幾何学を選択します.
a.マイクロストライプ:上層に痕跡,下面の地面平面 (製造が容易,110 GHzで有効).
(b) ストライプライン: 2つの地面平面間の線路 (よりよい遮蔽,> 10 GHz/mmWave に最適).
3阻害の断絶を避ける:
a.鋭い曲がりがない (45°の角度または曲線を使用する) 90°の曲がりで28 GHzで0.5~1 dBの損失が発生する.
b.相変化を避けるため,差異対 (例えば,5G mmWave) の軌跡長をマッチする.

例:ロジャースRO4003C (0.2mm介電体) の50Ωマイクロストライプには1.2mmの痕跡幅が必要である.任意の変化 (>±0.1mm) は阻害が漂移し,帰帰損失を増やす原因となる.

2.2 固定・遮断: EMIとクロスストークを停止
RF信号は干渉に敏感です 良好な接地とシールドは EMI を40%削減し,クロスストークを60%削減します

最善の実践を基礎にする
a.固体地平面:未使用スペースの70%以上を銅で覆う.これはRF信号に低阻抗回路 (5Gにとって重要な) を与えます.
b.単点接地: アナログとデジタル接地を1点だけ接続する (ノイズを引き起こす接地ループを避ける).
c.地面縫合バイアス:地面平面の辺に沿って5mmごとにバイアスを配置すると,外部EMIをブロックする"ファラデーケージ"が作られます.

防御 策

プロのヒント: 5G PCB では,デジタルトラスをルーティングする前に,RFトランシーバーの上にシールド缶を置いてください.これは,騒々しいデジタル信号で敏感なRF経路を交差することを避けます.

2.3 レイアウト最適化:信号損失を最小限に抑える
線路の長さとともに RF信号の損失が増加します 経路を短く直接的に保つためにレイアウトを最適化します

主要な配置規則
1.RFを最初にルーティングする:デジタル/パワートラスの前にRFのトラスを優先する (28 GHzでは<50mm).

2信号領域を別々に:
デジタル・トラスからRF・トラスを3倍離れた場所に保持する (例えば,1.2mmのRF・トラスは3.6mmのギャップが必要です).
電源コンポーネント (レギュレーター) を RF 部品から遠ざける

3RFの層積み:
4層:上部 (RF痕跡) →上部2層 (地面) →下部3層 (パワー) →下部 (デジタル)
8層: 密度の高い設計 (例えば,衛星トランシーバー) のために,地平を介した内部 RF 層を追加する.

部品の配置
a.RFコンポーネントをグループ化:アンテナ,フィルター,トランシーバーを互いに近づけ,軌跡長さを最小限に抑える.
b.RF経路における経路を避ける:各経路は,10 GHzで0.1~0.3 dBの損失を加える.必要に応じて盲目・埋葬経路を使用する.
c.短距離トラスのためのオリエンタコンポーネント:RFチップをアライナインして,ピンがアンテナに向いているようにして,トラスの長さを20%短縮します.

2.4 トレースルーティング:一般的なRFエラーを避ける
小さいルーティングエラーでさえ RF性能を損なう可能性があります.
a.平行軌跡:RFとデジタル軌跡を平行に実行すると,交差しなければならない場合,90°で交差する.
b.重複する痕跡:重複する隣接層の痕跡は,信号の結合を引き起こし,コンデンサーのように作用する.
c.経路ストップ:長度経路 (ストップ) が使用されない場合,信号反射が起こります.

3 部: 高周波 PCB の 一般 的 な 問題 を 解決 する
RF PCBは 性能に影響する前に 解決する方法です

3.1 信号喪失:診断と修正
高信号損失 (IL >1 dB/in 10 GHz で) は,通常,以下によって引き起こされる.
a. 誤った材料: 24%の損失を削減するために,Megtron6 (0.95 dB/in) を Rogers RO4003C (0.72 dB/in) に交換する.
低痕跡幾何学:狭い痕跡 (0.8mmの代わりに1.2mm) は抵抗を増加させる.幅を確認するためにインピーダンスの計算機を使用する.
c.汚染:RF痕跡に溶接マスクまたは流体残留が加えられ,清掃室の製造の損失が増加します (LT CIRCUITはクラス1000の清掃室を使用します).

3.2 EMIの干渉
RFPCBが音を拾っている場合:
a. 接地を確認: マルチメーターを使用して接地平面の連続性をテストする. 断裂は高いインピーデンスとEMIを引き起こす.
制御装置からの高周波のノイズを遮るため,電源線にノイズを置く.
c.再設計シールド:シールド缶を拡張して,EMIが漏れることを許す地縫いバイアスのギャップをカバーします.

3.3 熱管理
RFコンポーネント (例えば5G電源増幅器) は熱を発生させ,過熱によりDfと信号損失が増加します.
a. 熱経路:熱部材の下に4−6の経路を加え,熱を地面面に移動させる.
(b) 消熱器: 1W以上の消耗力を有する部品にはアルミの消熱器を使用する.
c.材料選択:ロジャースRO4003C (熱伝導性:0.71W/m·K) は,標準FR4よりも2倍の熱を散布する.

部分4:高周波RFPCBのLT回路を選択する理由
LT CIRCUITはPCB製造業者だけでなく 5G,航空宇宙,レーダーシステム用のボードを供給する実績を持つ RFの専門家です

4.1 RFグレードの材料と認証
a.認証されたロジャース/メグトロンのパートナー:彼らは正規のロジャース RO4003C/RO4350Bとメグトロンを使用し,信号損失を引き起こす偽造材料は使用していません.
(b) IPCクラス3認定:最高PCB品質基準で,RFPCBが航空宇宙/通信の信頼性要件を満たしていることを保証する.

4.2 専門技術
a.RF設計サポート: 彼らのエンジニアはインピーダンスのマッチングとシールドを最適化するのに役立ちます. 4〜6週間の再設計を節約します.
b.先端試験: 社内のTDR,IL/RLおよび熱サイクル試験は,出荷前にRF性能を検証する.

4.3 証明された結果
a.5Gベースステーション:トップ通信会社で使用される10GHzで損失 <0.7dB/inのPCB.
(b) 衛星RF: 1,000回以上 (-40°C~125°C) の熱サイクルに耐えるPCBは,性能が低下しない.

よくある質問
1高周波PCBと高速PCBの違いは何ですか?
高周波PCBはRF信号 (300MHz~300GHz) を処理し,低損失/Dfに焦点を当て,高速PCBはデジタル信号 (例えばPCIe 6.0) を処理し,信号の整合性 (歪み,ジッター) に焦点を当てます.

2標準FR4を RFアプリケーションに使用できますか?
No FR4 は高い Df (0.01 0.02) と信号損失 (> 10 GHz で 1.5 dB / in) を有し,RF に適さない.代わりにロジャーズまたはメグトロンの材料を使用する.

3高周波のRFPCBの値段は?
ロジャースベースのPCBはFR4よりも2倍3倍高いが,投資は報われる:より低い信号損失はフィールド障害を70%減らす. 100mm × 100mm 4層ボードでは,FR4の20$ 30に対して50$ 80を期待する.

4高周波PCBの最大周波数は?
テフロン基板とストライライン幾何学により,PCBは衛星通信と6G研究開発に使用される最大300GHz (mmWave) に対応できます.

5高周波RFPCBの製造にはどれくらい時間がかかりますか?
LT CIRCUITは原型を5~7日間で,大量生産を2~3週間で,業界平均よりも早く (原型は10~14日) 届けます.

結論: 高周波 PCB は RF の 未来 です
5Gが拡大し,IoTが成長し,レーダーシステムがより進歩するにつれて,高周波PCBは重要性が増加するだけです.成功の鍵は簡単です:材料を優先 (低Dk/Df),マスターインピーダンスのマッチング精密製造に投資する

コーナーを切る―ロジャースの代わりに FR4 を使用する― シールドをスキップする― またはインピーデントを無視する― は信号喪失,EMI,そして高額なフィールド障害につながるでしょう.しかし正しいアプローチ (LT CIRCUITのようなパートナー)最も要求の厳しいアプリケーションでも 迅速で信頼性の高い信号を 送れるRFPCBを 作ることができます

ワイヤレス通信の未来は 高周波PCBに依存しています このガイドのガイドラインに従って次の世代のRF技術を推進する製品を提供します.