ハイブリッドPCB：Rogers材料とTG170を組み合わせ、最適な性能を実現

顧客が人間化したイメージ

高性能ロジャース材料と費用対効果の高いTG170 FR4の混合層を用いられたハイブリッドPCBは,高周波電子機器のゲームチェンジャーとして登場しました.TG170の機械的な強さと手頃な価格で5G ベース ステーション,レーダー,産業用 センサー 向けに最適で,ハイブリッド設計は重要な課題を解決します.材料に過剰な費用をかけても 高周波の性能を達成する方法.

このガイドでは ロジャースとTG170を組み合わせる科学を 模索し ハイブリッドスタックアップのベストプラクティスを設計します高速信号伝送と実用的な信頼性の両方で優れているPCBを製造するためにエンジニアを装備する.

主要 な 教訓
1ロジャースとTG170を組み合わせたハイブリッドPCBは,高周波性能の90%を維持しながら,完全なロジャース設計と比較して材料コストを30~40%削減します.
2ロジャース材料 (例えば,RO4350) は,低ダイレクトリック損失 (Df = 0.0037) と安定したダイレクトリック常数 (Dk = 3.48) を有する高周波 (28GHz+) アプリケーションで優れています.TG170は機械的強度 (Tg=170°C) を有し,非重要な層ではコスト削減が可能です.
3適切なスタックアップ設計により ロジャースは信号の重要な層に TG170はパワー/グラウンド層に配置され,コストを最小限に抑えながら性能を最大化します
4熱膨張不一致とラミネーション結合のような製造課題は,材料選択 (マッチングCTE) と制御されたプロセス (精密ラミネーション) で解決できます.

なぜロジャースとTG170を組み合わせるのか?
ロジャースとTG170はそれぞれハイブリッドPCBに独特の強みをもたらし,いずれかの材料を単独で使用する限界を解決します.

a.ロジャース材料 (例:RO4000シリーズ) は高周波性能のために設計されているが,プレミアム価格で提供される (FR4の3倍5倍).低損失と安定したDkが取引できない信号-重要な層で輝きます.
b.TG170 FR4は,高Tg (Tg = 170°C) の低コストのラミネートで,強力な機械性能があり,電源配送,地面平面,高周波の性能が重要でない非重要な信号層.

組み合わせることで,ハイブリッドPCBは,最も重要な場所でロジャースの電気性能と,他の場所でTG170の手頃な価格を活用し",両世界の最良の"ソリューションを生み出します.

ロジャース と TG170 の 特性: 比較
効果的なハイブリッドPCBの設計には それぞれの材料の核心特性を理解することが重要です

ロジャーズ 材料 の 重要 な 特徴
a.低電解損失:Df = 0.0037は,5G mmWave (2860GHz) およびレーダー (77GHz) システムにおける信号衰弱を最小限に抑える.
b. 安定したDk: 温度 (-40°C~85°C) と周波数において一貫した電気性能を維持し,インピーデンス制御に不可欠である.
c.湿度耐性:<0.1%の湿度を吸収し,湿った環境 (例えば,屋外5G小型セル) の信頼性を保証する.

TG170 の 主要 な 強み
a.高Tg:リフロー温度 (260°C) と130°Cで長期間の動作に耐えるため,工業および自動車用途に適しています.
b.機械的硬さ: 歪みなく多層設計 (12層以上) をサポートし,電源と信号層を持つ複雑なPCBに最適です.
c.コスト効率:ロジャースのコストの1/5で,非重要な層で使用される場合,PCBの総コストを削減します.

ロジャーズとTG170のハイブリッドPCBの利点
ハイブリッドデザインは 単一の材料がもたらす恩恵を 解き放ちます
1均衡したパフォーマンスとコスト
例えば,2つの信号層 (RF経路) に対してロジャーズと10つのパワー/グラウンド層に対してTG170を使用した12層5GPCBは,信号の整合性の92%を維持しながら,すべてロジャーズ設計よりも35%安価である.
利用事例: 通信機器メーカーが5Gベースステーションのハイブリッド設計に切り替えて年間120万ドルの節約を報告しています.

2熱管理の強化
ロジャースの高熱伝導性 (0.6 W/m·K) は高功率RF増幅器からの熱を散布し,TG170の硬さは散熱器の構造的サポートを提供します.
結果:レーダーモジュールのハイブリッドPCBは 全TG170設計よりも15°C低温で動作し,部品の寿命を2倍延長します

3. 応用の多様性
ハイブリッドPCBは様々なニーズに適応します. ロジャースは高周波信号を処理し,TG170は電力配送と機械的ストレスを管理します.
応用: 5G ベースステーション トランシーバー,自動車レーダー,産業用IoT センサー,衛星通信システム

ハイブリッドPCBスタックアップの設計:ベストプラクティス
ハイブリッドPCBの成功の鍵は 材料を意図した機能に合わせる 戦略的な層配置にあります
1層割り当て戦略
ロジャース層:高周波信号経路 (例えば28GHz RF経路) と臨界インピーダンスの制御経路 (50Ω単端,100Ωの差点ペア) のための予備.
TG170層:電源平面 (3.3V,5V),地面平面,制御線などの低速信号 (≤1GHz) に使用する.

4層のスタックアップの例:

1上層:ロジャース (RF信号,28GHz)
2内部層1: TG170 (地平面)
3内部層2: TG170 (パワープレート)
4底層:ロジャース (差分ペア,10Gbps)

2阻力制御
ロジャース層:Polar Si8000のようなツールを使用して目標インピーダンスを達成するために 50Ω の軌跡寸法 (幅,距離) を計算する.ロジャース RO4350 (0.2mm 介電体) の 50Ω マイクロストリップには 0.15mmの痕跡幅.
TG170層:低速信号では,インパデンス耐性は ±10% (ロジャース層では ±5%) に緩和され,設計を簡素化することができる.

3熱と機械のバランス
CTEマッチング:ロジャース (Z軸CTE=30ppm/°C) とTG170 (50~60ppm/°C) は異なる熱膨張率を有する.
膨張ストレスを減らすために薄いロジャース層 (0.2~0.3mm) を使用する.
"バッファ"層 (例えばガラス面付TG170) を加える.
銅の重量:電流処理のために TG170 電源層に 2オンス銅を,損失を最小限にするために ロジャース信号層に 1オンス銅を使用します.

4材料の互換性
プレプレグの選択:ロジャーズとTG170の両方にうまく結合するエポキシベースのプレプレグ (例えば,Isola FR408) を使用する.ロジャーズからデラミネートするポリエステルプレプレグを避ける.
表面処理: ロジャースは,TG170層への粘着性を改善するために,ラミネートする前にプラズマ清掃を必要とする.

製造 の 課題 と 解決策
ハイブリッドPCBは,材料の違いのためにユニークな製造障害がありますが,制御されたプロセスで管理できます.
1層化結合
課題: ロジャースとTG170は標準プリプレッグと結合が不十分で 脱層が起こる
解決法:混合ラミネーション用に設計された改造されたエポキシプレグ (例えば,ロジャーズ4450F) を使用する.ラミネーション中に300~400psiの圧力と180°Cの温度を適用して完全な粘着を確保する.

2熱膨張不一致
課題: リフローの際に 差異的な膨張が 歪みや層分離を引き起こす可能性があります
解決策:
ロージャース層厚さをPCB総厚さの≤30%に制限する.
ストレスのバランスを取るために対称なスタックアップ (ロジャースとTG170層を映し出す) を使用します.

3掘削と塗装
課題: ロジャースはTG170よりも柔らかいので 穴が不均一になります
解決策:
ロージャース層にダイヤモンドで覆われたドリルビットを使用し,裂きを避けるために,低給水率 (標準の50%) を使用します.
2段階のプレートバイアス:まず銅ストライク (10μm) でロジャースを密封し,その後,伝導性のためにフルプレート (25μm)

4品質管理
検査: ロージャーズ層とTG170層間の脱層を検出するために超音波検査を使用します.
試験: 機械的安定性を検証するために熱循環 (−40°Cから125°Cまで1000サイクル) を実行する.

ハイブリッド PCB の 応用
ハイブリッドPCBは,高周波性能とコスト効率の両方を要求するアプリケーションで輝いています.
1. 5Gベースステーション
需要: 28GHz mmWave信号 (低損失) +電源配送 (コスト効率)
設計: RF フロントエンド用のロジャース層; DC電源と制御回路のための TG170.
結果: 30%のコスト削減と 95%の信号完整性を持つ ロジャーズ専用設計

2自動車レーダー
需要: 77GHz ラダー信号 (安定 Dk) + 耐久性 (高い Tg)
設計:レーダートランシーバー追跡用のロジャース;電源管理およびCANバス用のTG170.
結果:ISO 26262の信頼性基準を満たし,材料コストを25%削減

3産業用センサー
6GHzのIoT信号 + 工場温度への抵抗
設計: ワイヤレス通信のためのロジャース; センサーパワーと処理のためのTG170
結果: <1%の信号損失で 85°Cの工場環境で生き残る.

ハイブリッド と 純粋 材料 の PCB: 性能 と 費用 の 比較

よくある質問
Q:ハイブリッドPCBは 60GHz以上周波数に対応できますか?
A: はい,しかし60GHz経路 (例えば,Dk=2.2のRogers RT/duroid 5880) に対してロジャース層を予約し,サポート層のためにTG170を使用します.ハイブリッド設計では60GHzで信号損失は~5dB/10cmであり,4dBですべてRogers.

Q: ロジャースとTG170の接着をどのように確保しますか?
A: 互換性のあるプリプレッグ (例えば,ロジャース4450F) を使用し,プラズマ処理のロジャース表面を処理し,ラミネーション圧力 (300~400psi) と温度 (180°C) を制御する.

Q:ハイブリッドPCBの設計は複雑ですか?
A: 精密なスタックアップ計画が必要ですが,現代的なツール (Altium,Cadence) はインピーダンスの計算とレイヤーの割り当てを簡素化します.コスト削減はしばしば追加の設計努力を正当化します.

Q:ハイブリッドPCBの最大層数は?
A:適切なスタックアップ対称性で20層以上は可能である.テレコム5GPCBはしばしば16層ハイブリッド設計を使用する (4 Rogers, 12 TG170).

Q:ハイブリッドPCBは 特別試験が必要ですか?
A: はい,ロージャース層のインピーダンスを検証するために,デラミネーションとTDR (タイムドメイン反射測定) の超音波検査を追加します.熱循環試験 (-40°Cから125°C) は機械的安定性を検証します.

結論
ロジャーズとTG170の材料を組み合わせたハイブリッドPCBは,重要なところでは高周波性能を提供し,非重要な層では費用対効果の高いTG170を利用するスマートな妥協案です.強力な材料を戦略的に割り当てることで 信号の整合性のために5G,レーダー,産業用電子機器の要求を満たすPCBを製造できます.

精密なスタックアップ設計,材料の互換性,そして制御された製造プロセスによって成功が決まります.これらのことが実現すれば,ハイブリッドPCBは性能をバランスさせるための説得力のある解決策を提供します.信頼性電子機器のコストは,現在の最も要求の高い電子システムで

高周波のアプリケーションが 増え続けるにつれて ハイブリッドラミネーションは 予算を破らずに 革新を 目指す技術者にとって 重要な戦略であり続けるでしょう