高周波無線通信PCBの主要製造要件

2025-11-19

新しい無線通信のニーズに対応するためのプレッシャーが高まっています。5Gネットワークと新しいIoTアプリケーションの台頭により、高周波PCBは通常のPCBよりも速く成長しています 5Gネットワークと新しいIoTアプリケーションの台頭。これらの高周波設計では、標準のFR4ボードの代わりにPTFEやRogersラミネートが使用されています。これらの材料は最大40％の信号損失を削減し、データ伝送を改善します。LT CIRCUITは、強力で信頼性の高い信号を維持するのに役立つ高度な製造ソリューションを提供する信頼できるパートナーです。また、この急速に進化する無線通信分野で、お客様がコンプライアンスを維持できるよう支援します。

主なポイント

# PTFEやRogersラミネートなどの特殊な材料を選択します。これにより、信号損失を減らし、無線通信の性能を向上させることができます。

# トレース幅と間隔を一致させることでインピーダンスを制御します。これにより、信号が強力に保たれ、エラーを防ぐことができます。

# 高度なエッチングや精密な穴あけなどの正確な製造方法を使用します。これにより、優れた性能を発揮する高周波PCBを作成できます。

# EMCやFCC規格などの厳格な品質管理とテストを実施します。これにより、デバイスが正しく動作し、規則に従っていることを確認できます。

# 優れた熱設計と低損失材料を使用して、熱と信号損失に対処します。これにより、PCBが安定し、長持ちします。

材料

基板

適切な基板を選択すると、無線通信におけるPCBの性能が向上します。各材料には、高周波設計に独自の利点があります。以下の表は、一般的な基板材料とその特徴をまとめたものです。

基板材料	主な特性と用途
PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）	優れた誘電特性、低信号損失、熱安定性。5G、レーダー、航空宇宙、自動車で使用。
セラミック充填	熱管理の強化と高周波動作。航空宇宙、防衛、医療機器で使用。
炭化水素樹脂	費用対効果が高く、優れた電気的性能。アンテナ、パワーアンプ、RFIDシステムで使用。
ガラス強化（FR-4）	機械的強度、中程度の周波数使用。通信および自動車システムで使用。
高度な複合材料（ポリイミド）	柔軟性と耐熱性。ウェアラブルおよびフレキシブルエレクトロニクスで使用。

注：2024年には、アジア太平洋地域が高周波PCB基板の主要市場であり、市場の48％以上を占めています。

誘電特性

誘電特性は、特に10 GHzを超える信号の送信にとって非常に重要です。低誘電率（Dk）と低損失係数（Df）の材料が必要です。これにより、信号が強力に保たれ、損失が削減されます。Rogers材料は Dk値が3.38〜3.55、Dfが0.002と低いです。Isola材料はDkとDfが少し高いため、信号損失が少し多くなりますが、製造が容易です。テフロンベースの基板はDkとDfが最も低いため、非常に高い周波数での使用に最適です。

材料属性	Rogers 4000シリーズ	Isola FR408 PCB材料
誘電率（Dk）	3.38 – 3.55	3.65 – 3.69
損失係数（Df）	0.002 – 0.004	0.0094 – 0.0127

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専門家は、 10 GHzで0.005未満のDfの材料を使用することを推奨しています。これにより、信号損失と熱を低く抑えることができ、無線通信にとって非常に重要です。

熱管理

高周波PCBは通常のPCBよりも高温になります。ボードが正常に動作するように、この熱を制御する必要があります。アルミニウムや銅などの金属コアPCBは、熱をすばやく移動させます。熱伝導率は5〜400 W/mKです。これは、0.4 W/mKまでしか上がらないFR4よりもはるかに優れています。金属コアPCBを使用すると、ボードをすばやく冷却できます。これは、無線ルーター、基地局、衛星などにとって重要です。

IPC-2221規格は、低誘電率、高熱伝導率、低吸湿性、および高い機械的強度を持つ材料を選択するのに役立ちます。これらの規格に従うと、PCBは高周波無線通信でうまく機能します。

設計

インピーダンス制御

高周波無線通信では、適切なインピーダンスを持つことが非常に重要です。PCBトレースがシステムの標準インピーダンス（通常は 50オーム）と一致していることを確認する必要があります。これにより、信号の反射と電力損失を防ぐことができます。インピーダンスが一致しない場合、信号が跳ね返ることがあります。これにより、リンギングとデータの誤りが発生します。これらの問題は、周波数が上がると悪化します。制御されたインピーダンストレースを使用することで、これらの問題を回避できます。ソース、レシーバー、トレースがすべて同じインピーダンスを持つようにしてください。

インピーダンス許容度	アプリケーション領域	一般的な範囲/注記
±1%〜±2%	高周波RFおよび無線PCB	5G、衛星通信、医療機器で使用
±5%〜±10%	標準的なデジタルおよびアナログシステム	イーサネット、PCIe、USB
±10%	低速または非クリティカルな回路	基本的なデジタルPCB

業界の規則では、高周波無線PCBトレースのインピーダンス許容度を ±1%〜±2% に保つ必要があります。この厳密な制御により、信号が強力に保たれ、システムが正常に動作します。

高周波PCBトレースでインピーダンスが一致しない場合、信号が跳ね返って弱くなります。これは信号品質を損ないます。部品とトレースは、これを防ぐために特定のインピーダンスに合わせて作られています。周波数が上がると、インピーダンスが一致しない場合、挿入損失が大幅に悪化します。インピーダンスを適切に一致させることで、反射と電力損失を低く抑えることができます。これにより、無線通信で信号をクリアに保つことができます。

信号の完全性

信号の完全性とは、PCB全体で信号を強力かつクリアに保つことを意味します。高周波信号は、クロストーク、伝送遅延、クロックタイミングエラーなどの問題を抱える可能性があります。クロストークは、近くのトレース上の信号が互いに干渉することによって発生します。トレースの間隔を広くすることで、クロストークを減らすことができます。差動信号とガードトレースを使用することも役立ちます。

トレース間隔（mil）	一般的なクロストークレベル	容量性結合	誘導性結合
3	高	深刻	中程度
5	中程度	高	低
10	低	中程度	最小限
20	最小限	低	最小限

ヒント：クロストークと干渉を減らすために、トレース間隔をトレース幅の少なくとも3倍にしてください。

伝送遅延は、タイミングエラーとノイズを引き起こす可能性があります。トレースの長さが同じでない場合、信号が異なる時間に到着します。これにより、クロックタイミングが乱れます。蛇行パターンでトレース長を一致させることでこれを修正できます。ビアの数をできるだけ少なくするようにしてください。信号ビアの近くにトランジションビアを配置する信号が参照面を変更する場合。ボードを作成する前に、シミュレーションツールを使用して信号の完全性の問題を特定して修正します。