高速PCBは、1秒間に数十億回の演算を処理できる特殊なタイプの回路基板です。これらのPCBは、多数のマイクロプロセッサやその他の堅牢な部品を使用することでこの速度を実現しています。そのため、 高周波PCB ボードは重大な問題を引き起こす可能性があります。さらに、さまざまな操作を停止させる可能性があります。
高速PCBボードの特徴
- まず、特殊めっきのため、PTHと銅の密着性は高くありません。PTHホールの銅とソルダーレジストインクの密着性を高めるには、プラズマ処理装置を用いて表面とビアを粗面化することが非常に重要です。
- 第二に、相対的な線幅制御が非常に厳格です。インピーダンス制御の要件は通常より厳しく、許容誤差も最大2%です。
- また、マイクロエッチング水を使用することで粗面化できるため、抵抗溶接前に使用することはできません。密着性が低下する可能性があります。
- 同様に重要なのは、ほとんどのプレートがPTFE素材で作られていることです。通常のカッターではバリが多く発生するため、専用のフライスカッターを正しく使用することが不可欠です。
- また、電磁周波数が高いため、特殊な回路基板となります。1GHzを超える場合は、高周波プリント回路基板と定義できます。
高速回路基板の主な用途
高速プリント基板は、電子機器から携帯機器まで、あらゆる場所で使用されています。この記事を読んでいるデバイスも、高速プリント基板設計を採用しています。
高周波 PCB にはさまざまな用途があり、その一部を以下に示します。
- GPS受信機
- 携帯電話
- ジグビー
- より優れた信号伝送を実現するRFリモコン
- 高速テスト装置
- 地上および航空機搭載型レーダーシステム
- マイクロ波
- 無線周波数
高速PCBのシグナルインテグリティ解析
シグナルインテグリティとは、送信信号の品質を指します。メーカーは、この信号を特定の経路（有線または光デバイス）で送信します。つまり、シグナルインテグリティとは、ニーズに応じて特定の電圧を実現することです。
信号整合性に影響を与えるさまざまな要因
信号の整合性に影響を与える主な要因は2つあります。1つ目は信号の伝送速度です。もう1つは伝送媒体の長さです。さらに、高速PCBの材質も信号の整合性に影響を与える可能性があります。これらの要因は伝送遅延を引き起こし、大きな遅延の結果として信号の整合性が損なわれます。そのため、回路基板の性能に影響を与える可能性があります。
反省と解決
インピーダンスの不整合により、伝送信号エネルギーの不完全な吸収が発生します。例えば、急激な角度の変化がこの問題を引き起こす可能性があります。さらに、配線の誤った接続も反射を引き起こす可能性があります。この問題は、主にスルーホール基板で発生します。
負荷インピーダンスが信号源インピーダンスに比べて小さくなると、反射電圧は負になります。その結果、逆電圧は正になります。これは反射にも影響します。したがって、この影響を最小限に抑えるには、反射を減らす必要があります。伝送路のインピーダンスを、信号の負荷インピーダンスと信号源インピーダンスの両方に整合させる必要があります。
信号と電力の整合性の基礎
信号と電力の整合性は、電子製品の故障の主な原因となります。そのため、エンジニアは回路のアナログ特性を考慮する際に、様々な物理現象によって信号のタイミングの不確実性が増大する可能性があるため、細心の注意を払うことが非常に重要です。
PCBのパスを慎重に実装するだけで十分です。信号が所定の時間内にソースから宛先まで到達するようにしてください。
高速PCB配線ガイドライン
ご存知の通り、高速PCBレイアウトではシグナルインテグリティが重要です。そのため、いくつかの独自のパターンに従うことで、望ましいシグナルインテグリティを実現できます。これらのパターンは、基本的に配線ガイドラインです。すべての高周波PCB設計者は、いくつかの基本的な配線手法を念頭に置いています。
電力整合性におけるスタックアップの重要性
スタックアップは、パワーインテグリティ（電力品質）とシグナルインテグリティ（信号品質）の両方において重要な役割を果たします。信号帯域幅が増加すると、相互接続のインピーダンスを管理する必要が生じます。相互接続は必ず終端処理を施す必要があります。さらに、リンギングを最小限に抑えるためには、トレースサイズを大きくする必要があります。そのためには、インピーダンスを一定に保つ必要があります。
長さマッチングとペアルーティング
ノイズはシグナルインテグリティに深刻な影響を与えるもう一つの大きな問題です。そのため、異なるペア間の十分な結合を確保する必要があります。結合領域をレシーバまで可能な限り長く伸ばすだけで十分です。一方、インターコネクト内の非結合領域とドライバは同じ長さにする必要があります。これは、レシーバにおけるノイズを抑制するのに非常に役立ちます。
PCBに適した基板材料を選択することの重要性
適切な基板材料を選択することで、立ち上がり時間を改善できます。この材料は、分散が平坦で、損失正接が低い必要があります。分散はここで非常に重要です。なぜなら、分散は相互接続部に沿った伝搬定数とインピーダンスの変化に非常に役立つからです。さらに、電磁パルスも伝搬します。
高速PCB材料
- ロジャース4350BHF
- ロジャーズRO3001
- ロジャーズRO3003
- タコニックRF – 35セラミック
- タコニックTLX
- ISOLA IS620E – ファイバーグラス
- アーロン85N
| 高周波基板用材料 | ロジャーズRO3003 |
| T | – |
| CTE-z | 25 |
| Er | 3.0 |
| 絶縁耐力 | – |
| 表面抵抗率 | 1×10 ^ 7 |
| 熱伝導率 | 0.50 |
| DK損失正接 | 0.0013 |
| Td値 | 500° |
| ピール強度 | 2.2 |
| 高周波基板用材料 | ロジャーズRO3006 |
| Tg | – |
| CTE-z | 24 |
| Er | 6.2 |
| 絶縁耐力 | – |
| 表面抵抗率 | 1×10 ^ 5 |
| 熱伝導率 | 0.79 |
| DK損失正接 | 0.0020 |
| Td値 | 500° |
| 剥離強度 | 1.2 |
| 高周波基板用材料 | アーロン85N |
| Tg | 250° |
| CTE-z | 55 |
| Er | 4.2 * |
| 絶縁耐力 | 57 |
| 表面抵抗率 | 1.6×10 ^ 9 |
| 熱伝導率 | 0.20 |
| DK損失正接 | 0.0100° |
| Td値 | 387° |
| 剥離強度 | 1.2 |
| 高周波基板の材料 | ロジャーズRO3001 |
| Tg | 160° |
| CTE-z | – |
| Er | 2.3 |
| 絶縁耐力 | 98 |
| 表面抵抗率 | 1×10 ^ 9 |
| 熱伝導率 | 0.22 |
| DK損失正接 | 0.0030 |
| Td値 | – |
| 剥離強度 | 2.1 |
| 高周波基板用材料 | ISOLA IS620Eグラスファイバーガラス |
| Tg | 220° |
| CTE-z | 55 |
| Er | 4.5 * |
| 絶縁耐力 | – |
| 表面抵抗率 | 2.8×10 ^ 6 |
| 熱伝導率 | – |
| DK損失正接 | 0.0080 |
| Td値 | – |
| 剥離強度 | 1.2 |
| 高周波基板用材料 | タコニックRF-35セラミック |
| Tg | 315° |
| CTE-z | 64 |
| Er | 3.5 ** |
| 絶縁耐力 | – |
| 表面抵抗率 | 1.5×10 ^ 8 |
| 熱伝導率 | 0.24 |
| DK損失正接 | 0.0018 ** |
| Td値 | – |
| 剥離強度 | 1.8 |
| 高周波基板用材料 | タコニックTLX |
| Tg | – |
| CTE-z | 135 |
| Er | 2.5 |
| 絶縁耐力 | – |
| 表面抵抗率 | 1×10 ^ 7 |
| 熱伝導率 | 0.19 |
| DK損失正接 | 0.0019 |
| Td値 | – |
| 剥離強度 | 2.1 |
最後の言葉
高速プリント基板は、最も効率的なデバイスに不可欠です。誰もが高速デバイスを求めています。デバイスの速度は基板に依存し、高周波PCBボードは信号と電力の整合性に大きく依存します。最高速度を実現するには、高速基板が必要です。そして、すべての高周波PCBメーカーは、顧客のニーズを満たすために厳格な品質管理を行うことが不可欠です。高品質のPCBボードを保証できるメーカーをお探しでしたら、今すぐお問い合わせください。
