プリント回路基板 高速チップとマイクロ波PCB構造を備えた基板には、従来のリジッドプリント基板やフレキシブルプリント基板とは大きく異なるパラメータが多数あります。これらの違いは、IPC-6018B「無線周波数（マイクロ波）プリント基板の適格性および性能仕様」で説明されています。「高周波」は、IPCにおける回路基板のXNUMXつの主要な分類のXNUMXつです（他のXNUMXつの分類は「高周波」です）。「フレキシブル」回路基板と「リジッド」回路基板）。
マイクロ波PCB設計
特別な要件
これらの周波数範囲の特殊性について何も知らない人は、まずこの章を読んで首をかしげるでしょう。なぜなら、発生する損失のためだけでなく、低周波数とは異なる基板材料（多くの場合テフロンやセラミックをベースにしていますが、新しく特別に開発された有機材料も使用）を使用する必要があるからです。マイクロ波PCBのコンポーネントは異なっており（現時点では、0603サイズまたは0402サイズのSMDチップコンポーネントを使用することが最適です。「0402」は1mm x 0.5mmのサイズを意味します）、新しいコンポーネントが絶えず追加されています。さらに、回路を正常に動作させるには、プリント基板では全く異なる「配線技術」を使用する必要があります。
このような回路では、Target によって提供され、この目的のために普及した「マス フィル オプション」は、数百メガヘルツまでしか十分ではなく、それを超えると新たな問題が発生し、最終的に以下で説明する方法を変更する必要があります。
波抵抗のためのシンプルなLCローパス
波動抵抗Z = 50、カットオフ周波数100MHzのシンプルなLCローパスフィルタを見てみましょう。マイクロ波PCBの部品値自体は、最新のフィルタプログラムにフィルタパラメータを入力することで得られます。すべての部品はSMDバージョンでのみ使用できます（ここでは、コンデンサとコイルは1206、シールドハウジング用の追加のグランド接続を備えた「2220」）。
これらはすべてまだ可能であり、ごく普通のことのように思えます。しかし、プリント基板になると、さらに興味深いものになります。
回路基板の下側には連続した接地面 (= GND) が設けられており、接地が必要なものすべてには、可能な限り多くのメッキスルーホールを備えた専用の「接地パッド」が上面に設けられています。
このシリーズでは、メッキスルーホール自体ももちろん「本物のメッキスルーホール」として設計されています。直径0.8mm（10GHzまでテスト済み）の銀メッキ中空リベットを採用し、最初のテストボードでは非常に良好な動作を示しました。
入力および出力の接続は、正しい波動インピーダンス Z とそれに対応する正しい幅（もちろん導体の材質、基板の厚さ、そして残念ながら動作周波数にも多少依存します）を持つマイクロストリップ ラインを介してのみ行うことができます。
もちろん、フィルタコンデンサは容量が不規則な場合が多いため、そのような珍しいものを探す必要はありません。E12標準規格のSMD標準値を最大1個並列に接続することで簡単に実現できます。これにより、全体の自己インダクタンスが低減され、固有共振周波数が高周波数側に移行します。合計値の2～33.2%までの偏差は許容されるため、この例では33 pFを57.2 pFに、56 pFをXNUMX pFに置き換えています。
新たな要求
PCB CADプログラムの操作性と特性は大きく変化しました。マイクロ波PCBプロセスに対する新たな要求は次のとおりです。
a) オートルーターもオートプレースも使用しないでください。回路基板上の各部品の配置は、次の部品への接続ケーブルが最短になるようにする必要があります（ケーブルが1mm長くなるとインダクタンスが増加する可能性があるため）。つまり、部品は問題なく最大限の精度で移動でき、任意の角度に回転できる必要があります。しかも、すべて手作業で行ってください。
b) 一方、SMD部品のはんだパッドは、回路に追加の容量をもたらすため、可能な限り小さくする必要があります。これらの容量は、設計および回路シミュレーションにおいて既に考慮されている必要があります。
c) 必要な特殊部品がライブラリに存在しない場合が多く、SMDはんだパッドやハウジングを新たに設計せざるを得なくなることがよくあります。これは秘密の科学ではなく、迅速に行うべきです。
d) 「ビア」（= 貫通めっき）を作成する機能が利用可能である必要があります。
e) 必要なグランド面は簡単に作成でき、ビアの穴を自動的にクリアする必要があります。
f) 最後に、導体トラックは丸くしてはならず、その幅と長さは 100 分の 1 ミリメートル以内で調整可能でなければなりません。
g) 回路基板の最下層には銅層が完全に設けられており、ビアを介して「GND」（グランド）に接続されています。
h) そのため、配線は最上層（通常はレベル1）のみで行われます。もちろん、ICやトランジスタが最下層での使用を想定して設計されている場合は、ハウジングのミラーリングが正しく行われているか、十分に注意する必要があります。
設計例（マイクロ波PCB）：100MHz – ローパス
ここで、上記のローパスの完全な設計プロセスを理解したいと思います。
ステップ1：
新しいプロジェクト「回路図付き回路基板」を開始し、適切な名前を付けます。
ステップ2：
回路図に切り替え、「フレームライブラリ」（RAHMEN.BTL4）から「縦型DIN A3001シート」を取得し、画面に表示します。テキストフィールドにはすぐにラベルを付けておくことをお勧めします。そうしないと、後で忘れてしまいます。
ステップ3：
これで、マイクロ波回路のPCB図が完成しました。コンデンサは「C.BTL1206」ライブラリの「C 3001」、コイルは「L.BTL3001」ライブラリの「L」です。
エントリーマーカーとエグジットマーカーは、「その他のコンポーネント」のプルダウンメニューの「参照」として表示されます。スクロールバー内のトランジスタシンボルにカーソルを合わせ、マウスポインタを少し右にスライドすると表示されます。
そこには質量記号も表示されます。
忘れないでください。電子レンジのPCBの各部品をまずクリックしてマークします。次に、十字線が点滅するまで「w」キーを押します。「ä」キーで変更メニューに入り、部品の正確な値を入力します。
ステップ4：
次に回路基板が必要になりますので、回路基板のシンボルをクリックして回路基板画面に切り替えます。そこで、時々表示されるフレームを削除して、完全に空白の画面にします。次に、スクロールバーのICシンボルをクリックし、「Free housing」とライブラリ「PLATINEN.GHS30」から、寸法50mm x 3001mmの基板を取得します。
ステップ5：
これで、このボードはフォーマットに合わせて拡大表示されます。次に、「目印のボタン」の裏側に移動し、画面グリッドを一時的に1mmに変更します。これにより、4つの取り付け穴の位置が分かりやすくなります。取り付け穴はボードの端から3mmの位置にあるはずです。
これが完了したら、カーソルを可能な限り正確に基板の左下隅に移動します。キーボードの「Pos1」キーを押すと、この隅がシステムの相対原点（座標0 | 0）として宣言され、マウスを「3mm | 3mm」の位置に移動します。そこでキーボードの「.」キーをXNUMX回連続して押し（ビアを設定するため）、その後「Escape」キーを押して、巻き戻された接続線を切断します。
残りの3つの穴も同様に作成します。ポジションは以下のとおりです。
3mm | 27mm 47mm | 3mm 47mm | 27mm
今すぐスクリーングリッドを 0.1mm にリセットしてください。
ステップ6：
マイクロ波プリント基板全体に水平の「補助線」を配線します。この線は基板の端を左右に明確に越え、50Ωのマイクロストリップ線路と全く同じ幅にする必要があります。ご安心ください…この線は以降の操作で削除されます！削除するには、描画ツールメニューを開き、「直線」をクリックしてから「o」（オプション）をクリックします。
ここで、線幅を 1.83 mm に設定し、端を丸めず、レベル 16 (つまり上部が銅) を選択する必要があります。
縦軸として、より細い縦補助線（幅は少し狭め、ここでは0.5mm）を描きます。完成形はこんな感じです。
ステップ7：
まず、中央のコンデンサC2を、このように印を付けた中央に配置します。「1206」ハウジングを選択する際は、「SMDを上にマウント」オプションを有効にすることを忘れないでください。その後、「d」キーを使って部品を90度回転させてから配置してください。
これは、コンデンサを設置する直前の電子レンジ用 PCB ボードの中央の様子です。
ステップ8：
どちらのコイルもSMDハウジング2220を選択し、反対側の写真のように配置します。ただし、事前にエアライン（レベル27）を表示し、エアラインが配線と正しく一致するように部品を回転させてください。「SMDを上に配置…」というオプションは選択しないでください。
忘れる。
ステップ9：
ここで、コイル接続の下に配置された 2 つの外側のコンデンサを接続します。
ステップ10：
これで、1.83 つの「補助線」を削除し、幅 XNUMX mm のケーブル XNUMX 本を「マイクロストリップ配線」として左端から右端まで引き出すことができます。
まずはこんな感じで…
じゃあこんな感じで！
ステップ11：
ここで、各コンデンサにグランド接続用の 5 つのビアの適切なフィールドを割り当てます。
覚えていますか？カーソルを目的の位置に移動させてから、キーボードの「ドット」を2回連続で押します。その後、「ESCAPE」キーで追加の接続線を切断します。
（ボア径0.6mm、オーラ0.3mm、直径1.5mmが選択されました）。
ステップ12：
これはすでにうまく機能しているので、コイルシールドカップをアースするために上半分に 2 つの小さなカーペットを敷きます。
ステップ13：
描画ツール（鉛筆ボタン）から「塗りつぶされた長方形」を選択し、「o」を押してオプションを選択します。長方形はレベル16（銅箔が最上層）に配置し、グラウンド接続のXNUMXつのビアすべてを組み合わせる必要があります。
幸いなことに、ビアの穴はプログラムによって自動的に空いた状態に保たれるため、私たちが何もする必要はありません。
ステップ14：
次のことを決して忘れてはいけません。
上部の銅箔面（レベル 16）に適切なラベルを付ける必要があります。そうしないと、マイクロ波 PCB メーカーが上と下の区別がつかなくなり、「ミラー」ボードが提供されてしまう可能性があります。
鉛筆のボタンの後ろにはテキスト オプションもあります。
ステップ15：
そして、丸みを帯びるようにするには、「魔法の杖のボタン」の後ろに行き、マスエリア塗りつぶしオプションを有効にします。
下側（レベル2＝下の銅線）を解放し、信号「GND」を選択します。
その後プログラムが開始されます。
こんな感じです。
最後のステップ：
基板の上部を印刷するには、レベル16（上部の銅箔）、23（アウトライン）、24のみに切り替えます。
（＝ボーリングホール）。その後、マイクロ波用PCBボードがどのようになるか、詳しく見てみましょう。
マイクロ波PCBの認定および性能仕様
IPC-6012、資格および性能仕様 リジッドプリント回路基板 および IPC-6013、フレキシブル PCB の認定およびパフォーマンス仕様。
IPCは通常、これら6018つの認定および性能仕様を同時に更新しようとします。IPC-2002はXNUMX年XNUMX月版「A」で発行されました。
マイクロ波PCB材料
マイクロ波技術の市場は、従来のPCB技術に比べてユーザー数が大幅に少ない。マイクロ波基板によく使用されるテフロン材料であるPTFEのサプライヤーはごくわずかだ。これは、FR-4ラミネートをベースとした配線板を製造する多くの企業とは対照的だ。しかし、材料の使用に関して言えば、「少数」という言葉は、巨大なエレクトロニクス業界においてはすぐに相対的なものになる。現在、数多くのマイクロ波PCB基板が使用されている。
マイクロ波PCBアプリケーション
「この技術は現在、携帯電話基地局や軍事製品など多くの商用アプリケーションで使用されています」と、IPC-22指令を策定したIPC D-6018小委員会の委員長、マイケル・ルーク氏は述べた。
半導体チップの速度が継続的に向上するにつれて、他の分野でもマイクロ波技術が必要になります。
マイクロ波PCB製造ガイドライン
これらの追加事項は、回路基板の基板材料とその上の導体トラックに関する多数の変更に対応しています。マイクロ波領域の導体トラックは、従来の回路基板で使用されるものとは大きく異なる性能パラメータを持っています。一般的なマイクロ波PCB基板の多くのトレースは、リジッドおよびフレキシブル回路基板のIPC要件に従って設計できます。しかし、高速マイクロ波信号が存在する領域では、導体の幅、厚さ、間隔に全く異なるパラメータ値が適用されます。したがって、マイクロ波プリント基板を調達する際には、異なるガイドラインを適用する必要があることは間違いありません。
基板にも違いがあります。従来のプリント基板のFR-4基板とは異なり、マイクロ波プリント基板のほとんどはPTFE（テフロン）をベースとしています。PTFEラミネートは、個々の層を積層した際に独自の特性を持ちます。例えば、寸法安定性は全く異なります。設計者と製造業者は、基板のレイアウトや、埋め込み穴や止まり穴、その他の穴あけ加工が必要な要素の配置において、この点を考慮する必要があります。
これらの穴をドリルで穴あけすると、穴壁の形成時に「レジンスミア」と呼ばれる樹脂残留物が残ることがあります。「IPC-6018Bガイドラインには、高周波回路基板積層板の特殊な特性を考慮した、樹脂残留物（レジンスミア）の除去に関する特別な基準が含まれています。これはPTFE回路基板にとって大きな問題です」とペリー氏は述べています。
2002年初頭に発行Aが完成して以来、数多くの変更が行われました。指令の策定者は、受動抵抗器およびコンデンサに関する参考情報をセクション3[要件]に追加しました。新版では、パッドの中央に穴が開けられていない場合に発生する可能性のあるはんだ付けエッジの破損に関する要件も改善されました。熱応力に関する項目も改訂され、研磨済みサンプルまたは生産中のプリント基板サンプルの熱応力試験における対流リフロープロセスの進歩が考慮されました。
