RF 回路 板 は 何 です か

ワイヤレス通信を動かす見えないエンジンです スマートフォンの5Gモデムから自動運転車のレーダーまでRF PCBは,最小限の損失で高周波信号 (300kHz~300GHz) を送信・受信する標準PCBとは異なり (低速デジタル/アナログ信号を処理する) RFボードには特殊な材料,設計技術,微小な欠陥でも性能を損なうことができる周波数で信号の整合性を維持する製造プロセス.

このガイドでは RF回路板の謎を解き明かす. それは何であり,どのように機能し,それらをユニークにする材料,そして現代技術における重要な役割です.WiFi 7 ルータや衛星通信システムを設計しているかどうか信頼性の高い高性能の無線デバイスを 構築するのに役立ちます

主要 な 教訓
1.RF回路板は,高周波信号 (300kHz~300GHz) 向けに設計された特殊PCBで,基本的な機能は,低い信号損失,制御されたインピーダンスを中心に,電気磁気干渉の抑制.
2標準FR4PCBとは異なり,RFボードは低損失基板 (例えば,ロジャースRO4350,PTFE) を使用し,介電常数 (Dk) は2.1 〜 3である.信号の衰弱を最小限に抑えるために重要である.
3.RFPCB設計には,厳格なインペダンスの制御 (単端信号には通常50Ω,差差ペアには100Ω),最適化された接地 (例えば接地平面,バイアス),干渉を減らすためにシールド.
4主要な応用分野は,5G/6Gネットワーク,自動車レーダー (77GHz),衛星通信,医療イメージングなどで,信号の完整性が性能と安全性に直接影響する産業です.
5.RFPCBは標準PCBより3×10倍高い費用がかかりますが,それらの特殊な設計は高周波で信号損失を40~60%削減し,ワイヤレス・クリティカルデバイスへの投資を正当化します.

RF回路板とは何か?定義とコア・ディフェリエンシャーター
RF回路板は,周波数信号の質を低下させずに送信,受信,または処理するように設計された印刷回路板である.標準PCBは低速信号 (例えば.高周波通信の特異的な課題に対処するために設計されています.

RF PCB は 標準 PCB と どの よう に 異なっ て い ます か
1GHz以上の周波数では,信号は波のように働き,痕跡の端から反射し,不十分な隔熱を通り抜け,干渉を拾う..RFPCBはこれらの問題に対処するために設計されていますが 標準PCBはしばしば問題を悪化させます

例:標準FR4PCBは28GHz (5G mmWave) でインチあたり3dBの信号強さを失い,1インチ後に信号の半分が消えたことを意味します.Rogers RO4350を使用するRFPCBはわずか0を失います.同じ周波数でインチあたり8dB信号の83%を同じ距離で保持します

RF回路板のコアコンポーネント
RFPCBは,標準PCBには多くない高周波信号を管理するための特殊なコンポーネントを統合しています.
1.RFトランシーバー:デジタルデータとRF信号を変換するチップ (例えば,Qualcomm Snapdragon X75 5Gモデム).
2.アンテナ:印刷されたまたは離散したアンテナ (5G用のパッチアンテナなど) で信号を送信/受信する.
3.フィルター: 帯域通過/帯域停止フィルター (例えば SAW,BAWフィルター) で,望ましくない周波数をブロックする (例えば, 28GHz 5G から 24GHz WiFi をフィルタリングする).
4増幅器 (PA/LNA): パワー増幅器 (PA) は出力信号を増幅し,低騒音増幅器 (LNA) は騒音を加えないまま弱い入力信号を増幅する.
5.コネクタ:反射信号を最小限に抑え,インピーダンスを維持するRF特有のコネクタ (例えば,SMA,U.FL).

RF回路板の基本機能
RFPCBは,信頼性の高い無線通信を可能にする4つの重要な機能を果たします.各機能は,高周波信号伝達のユニークな課題に対応します.
1信号損失が低い (衰弱を最小限に抑える)
信号損失 (衰弱) はRF設計の敵である.高周波では,信号は2つの主要な要因によって強さを失う.
a.電解損失:PCB基板に吸収されるエネルギー (FR4のような高Df材料では悪化する).
b.導体損失:銅の痕跡 (粗い痕跡表面や薄銅で悪化) で熱として失われたエネルギー.
RF PCB は,以下のように損失を最小限に抑える:
a.低Df基材 (例えば,Df=0.001のPTFE) を使用し,信号エネルギーを最小限に吸収する.
b.粗い電解銅 (Ra 1 〜 2 μm) ではなく滑らかなローリング銅ホイール (Ra < 0.5μm) を使用し, 28GHzで導体損失を30%削減する.
c. 痕跡幾何学の最適化 (例えば,より低い抵抗のためにより広い痕跡) と鋭い曲がり (反射を引き起こす) を避ける.

データポイント: ロジャーズ RO4350 とローリング銅を使用した 5G mmWave RF PCB は,電解銅の標準 FR4 PCB に対して 28GHz に対して 0.8dB/インチを失います.5Gベースステーションの4インチのトラスは信号の50% (RF PCB) を保持します標準PCBの6パーセントです

2制御された阻力
阻力 (交流信号に対する抵抗) は,信号反射を防ぐためにRF PCB全体で一貫している必要があります.阻力変化 (例えば,狭い線が広い線に続く) のとき,信号の一部が反射し 歪みや範囲を縮める.
RFPCBは,以下によって制御されたインペダントを維持する.
a.標的インピーデンス (50ΩはほとんどのRF信号,100Ωはイーサネットのような差点ペア) に一致する軌跡を設計する.
阻害を調整するために基板厚さを使用する: 厚い電解器 (例えば0.2mm) は阻害を増やし,薄い電解器 (例えば0.1mm) は阻害を減少させる.
c.阻害を妨げる痕跡の不連続 (例えば,突然の幅変化,ストップ) を避ける.

重要な注意: RF アプリケーションではインペデンス耐性は ± 5% でなければならない. 10% の偏差 (例えば,50Ω の代わりに 55Ω) は,信号の 10% が反射されるので,5G ダウンロード速度を 4Gbps から 3 に低下させるのに十分である.2Gbps.

3EMI 抑制と保護
高周波RF信号は,EMI (電磁気干渉) に易くなります.スマートフォンのGPSに干渉し,他のデバイスからのノイズ (e例えば,車のエンジンがレーダーに干渉する.
RF PCBは以下を介してEMIを抑制する.
a.地面平面:RF痕跡の直下の固体銅の地面平面は,ノイズ吸収する"シールド"として機能します. 5G PCBでは,地面平面はボード面積の90%をカバーする必要があります.
b.Ground Vias: RF線路に沿って2~3mmごとに viasを配置することで,上部地面平面と内側/外側地面平面が接続され,ノイズを閉じ込める"ファラデーケージ"が作られる.
c.金属シールド:敏感なRFコンポーネント (例えばLNA) の周りの導電性キャビネット (例えばアルミ缶) は外部の干渉を阻害する.
d.フィルター部品:フェライト粒やコンデンサは,RFの痕跡に到達する前に,望ましくないノイズを地球にシフトします.

ケース・スタディ: エンジンのEMIにより,地面経路のない車用レーダーPCB (77GHz) は,誤検出が20%増加した. 2mmごとに地面経路を追加すると,EMIが45%減少した.誤り検出を1%以下に削減する (ISO 26262).

4熱管理
パワーアンプ (PA) などのRFコンポーネントは,特に5Gベースステーションやレーダーシステムでは,かなりの熱を発生します.高温では,基板Dkが変化し,インピーダンスのシフトが起こります.信号の整合性を損なう.
RFPCBは,次の方法で熱を処理する.
a. 熱伝導性のある基板を使用する (例えば,セラミックで満たされたロジャーズ RO4835,熱伝導性 =標準FR4の0.3 W/m·Kに対して0.6 W/m·K).
b.熱成分 (例えばPA) の下に銅で満たされた熱経路を加え,内面の地面平面に熱を転送する.
c.高性能RFシステム (例えば5Gマクロベースステーション) の金属コア (アルミ,銅) を統合し,熱伝導性を1°5W/m·Kに高めます.

例:標準FR4PCBの5GPAモジュールは,動作中に120°Cに達し,信号強度が15%低下する.同じモジュールは,熱経路を持つセラミックで満たされたRFPCBでは85°Cにとどまります.全信号強度を維持し,PAの寿命を2倍に延長する.

RF回路板のための重要な材料
RF PCBの成功は,その材料に完全に依存する.標準FR4は高周波に適していないため,RF設計は,特殊な基板,銅ホイールおよび仕上げに依存する:
1RF基板材料
基板は最も重要な材料の選択であり,信号損失,インピーダンスの安定性,温度性能に直接影響します.

主要選択因子:温度全体で安定したDkを持つ基質を選択する.例えば,ロジャースRO4350のDkはわずか0で変化する.-40°Cから85°Cまでの5% 極度のハッジ下での動作における自動車用RFPCBには極めて重要です.

2. RF 痕跡のための銅製フィルム
銅ホイルは導体損失と信号反射に影響を与える.RF PCBは2種類を使用:

なぜローリング銅は? 表面が滑らかで 皮膚効果の減少 損失 高周波信号が痕跡表面に沿って移動するので,粗い銅は抵抗を増加させます. 28GHzで,ローリング銅は,電導体損失を40%削減します.. 電気代銅

3RF特異的な表面塗装
表面仕上げは酸化から銅を保護し,RFコンポーネントの信頼性の高い溶接を確保する.HASLのような標準仕上げは不適切である.それらは信号損失を増加させる粗い表面を作り出す.

重要な注意: RF PCB のために HASL を避ける.その粗い表面 (Ra 1μ2μm) は,28GHz で 0.2dB/インチの信号損失を加え,低損失基板の利点を取り消す.

RF回路板設計の課題と最良の実践
RF PCB の設計は,標準の PCB よりはるかに複雑である.以下は,信号の完整性を確保するための最も一般的な課題と実行可能なソリューションである:
1. 課題:阻力不一致
a.問題: 痕跡幅,基板厚さ,またはコンポーネント配置の小さな変化でさえ,インピーダンスを妨害し,信号反射を引き起こす可能性があります.
溶液:
阻力計算機 (例えば,Altiumの阻力計算機) を使用して基板の軌跡寸法 (例えば,ロジャース RO4350で50Ωの0.15mm幅) を設計する.
トレース・ストップ (未使用の部分) を避ける 28GHz で 1mm のストップは 10% の信号反射を引き起こす.
試験インピーダンスは,製造後,タイムドメイン反射計 (TDR) で試験する.偏差が>±5%の断板.

2難題: 地面付けが不十分
a.問題: 適切な接地がなければ RF信号が漏れ 音を拾い 信号の整合性を破壊する反射をします
溶液:
RFコンポーネントの単点接地 (すべての接地接続が1点で出会う) を使用し,接地ループ (ノイズを引き起こす) を避ける.
RF線路に沿って2~3mmごとに地経路を配置します.これは上部線路を地平面に接続し,低阻力回帰経路を作成します.
地面平面を分断しないように (例えば,別々のアナログ/デジタル平面) これは騒音を捕らえる"島"を作り出します.

3課題:コンポーネント配置
a.問題:騒音のある部品 (例えばPA) を敏感な部品 (例えばLNA) の近くに置くことで,EMIクロストークが発生します.
溶液:
RFフローの規則に従います:信号の移動順にコンポーネントを配置します (アンテナ → フィルター → LNA → トランシーバー → PA → アンテナ) 追跡長さを最小化します.
騒音と敏感な部品を ≥ 10mm 隔離する
できるだけ短くしてください 28GHzで1インチのトラスは 0.8dBを失います 2インチに長さを倍にすると1.6dBを失います

4課題: 製造の許容性
a.問題:基板の厚さの変動,エッチングエラー,溶接マスクのカバーはインパデントをシフトし損失を増やす可能性があります.
溶液:
RF PCB (例えば LT CIRCUIT) に特化した製造者と連携し,厳格な許容度 (基板厚さ ±0.01mm,痕跡幅 ±0.02mm) を提供する.
製造要件として"制御されたインペデンス"を指定する.これは工場がインペデンスをテストし,必要に応じてプロセスを調整することを保証する.
RFの痕跡に最小限の覆いを施す溶接マスクを使用する (0.1mmのクリアランスを保持する) 溶接マスクは阻力を変化させる介電物質を追加します.

RF PCB vs. 標準 PCB デザイン: 簡単な参考

RF回路板の主要な用途
RF PCB は,ワイヤレス通信を使用するあらゆるデバイスにとって不可欠です.以下は,最も重要な産業とRF技術に依存する方法です.
1. 5Gと6Gのワイヤレスネットワーク
a.用例: 5Gベースステーション (マクロ,スモールセル) とユーザー機器 (スマートフォン,タブレット) は,RF PCB を用いて 28GHz/39GHz mmWave 信号を送信します.
b.RFPCB要件:低損失のロジャーズRO4350基板,50Ωインパデンス,0.15mmの痕跡,および多ギガビットデータレート (4Gbps+) を処理するためのENEPIG仕上げ.
c.影響: 5G RF PCBの設計がうまくできれば 小規模な細胞の覆蓋を20%拡大できます.

2自動車レーダーとADAS
a.使用事例:自動運転車は障害物,歩行者,その他の車両を検出するために77GHzレーダーRFPCBを使用します.
b.RFPCB要求:温度安定性のある基板 (例えば,ロジャースRO4835),EMIシールド,ホップの下の条件 (-40°C~125°C) に耐える熱経路.
c.影響: 77GHzで<0.1dB/インチ損失を持つRF PCBは,レーダー検出範囲が200メートル以上で,自動ブレーキの反応時間を倍にする.

3衛星通信
a.利用事例: 衛星や地上ステーションは,インターネット,テレビ,軍事通信のために10~60GHz (Ka帯,Ku帯) で信号を送信/受信するためにRF PCBを使用する.
b.RFPCB要件:PTFE基板 (低Df=0.001),ローリング銅,宇宙における放射線と真空に耐えるENIG仕上げ.
c.影響:PTFEベースのRFPCBは30GHzで0.3dB/インチしか損失せず,衛星と地球 (距離36,000km) 間の信頼性の高い通信が可能になります.

4医療機器
a.使用事例:RFPCは医療画像 (MRI,超音波など) と無線患者モニター (心拍数センサーなど) を動かす.
b.RFPCB要件:生態相容性の高い材料 (例えば,ENEPIG仕上げ),低EMI (他の医療機器に干渉しないように),小型の形因子.
c.インパクト: 50Ωインパデントの超音波RFPCBは10~20MHzで明確な画像を提供し,医師が腫瘍や臓器損傷を95%の正確さで検出するのに役立ちます.

5軍事・航空宇宙
a.使用事例:戦闘機,無人機,ミサイルシステムは,レーダー (10~100GHz),通信,ナビゲーションのためにRFPCBを使用します.
b.RF PCB 要求: 放射線耐性のある基板 (例えばアルミナセラミック),頑丈なシールド,高温耐性 (-55°C~150°C).
c.影響:アルミニウムベースのRFPCBは100kRadの放射線に耐え,レーダーシステムが原子力または宇宙環境で動作することを保証します.

RF回路板に関するFAQ
RF PCBとマイクロ波 PCBの違いは何ですか?
A:RFは通常300kHz~30GHzの周波数を指しますが,マイクロ波は30GHz~300GHzをカバーします.設計原理は類似していますが,マイクロ波PCBには損失が少ない材料 (例えば,PTFE vs.高周波に対応するより厳しい許容量.

Q:低周波 RF アプリケーション (例えば 1 〜 2 GHz) に FR4 を使用できますか?
A: はい,FR4は,信号損失が管理可能な低RF周波 (12GHz) で動作します.例えば,WiFi 5ルーター (5GHz) は,コストとパフォーマンスをバランスするためにセラミックで満たされたFR4 (Dk = 3.8) を使用できます.標準FR4は5GHz以上の周波数で避ける信号の損失が過剰になるので

Q: 標準PCBと比べると RFPCBのコストは?
A: RF PCBは基板によって3×10倍も高くなります. 4層のRF PCBにはRogers RO4350があります.標準FR4 PCBでは~(50/ボード,対) /ボードです.このプレミアムは,ワイヤレス・クリティカル・デバイスの信号損失が低く,信頼性が高くなるため正当化される..

Q: RF PCB の最も一般的なインピーダンスは?
A: 50Ωは,単端RF信号 (例えば5G,WiFi) の業界標準である.ディフェリエンシャルペア (WiFi 7のような高速ワイヤレスで使用される) は,通常100Ωのインピーダンスを使用する.これらの値はRFコネクタのインペダンスの値と一致する (e.g,SMA) とアンテナで反射を最小限に抑える.

Q:RFPCBの性能をどのようにテストしますか?
A: 重要なテストは以下の通りです.
a.TDR (Time Domain Reflectometer):インピーダンスを測定し,不連続性を検出する.
b.ベクトルネットワーク解析器 (VNA):信号損失 (S21),反射 (S11) およびEMIを測定する.
c.熱画像:性能を低下させるホットスポットをチェックする.
d.環境試験:温度 (-40°C~85°C) と湿度 (95%RH) の性能を検証する.

結論
RF回路ボードは 無線通信の未知のヒーローです 5G,自動運転車,衛星インターネット,命を救う医療機器を可能にします高周波信号の特異的な課題に取り組んでいます低損失,制御されたインペデンス,EMI抑制

RF PCBは標準PCBよりも高価で複雑ですが,無線で重要なアプリケーションでは性能上の利点が代用できません.ローリング銅28GHzでシグナル損失を 60%削減できます 都市区画をカバーする 5G小型セルと 近所をカバーする 5G小型セルの違いです

ワイヤレス技術が進歩するにつれて (6G,100GHzレーダー,衛星星座) 高性能RFPCBの需要は増え続けるでしょう.最良の実践を設計するより高速で 距離も長く より信頼性の高い無線接続を 提供するデバイスを 作ることができます

製造者やエンジニアにとって LT CIRCUIT のような RF PCB 専門家に協力することで デザインが現代のワイヤレス技術の 厳格な耐久性や性能要件を満たすことを 保証できます適切な専門知識と材料があればRFPCBは信号を送信するだけでなく 世界をつなぐのです