高周波PCB技術 - ロジャース 5880とTaconic TLY-5の比較

具体的な応用において、回路基板材料の選択は実質的にデータマニュアルに基づいてより良い技術指標を選択することです。異なるベンダーからの2つの異なるPCB材料の重要な技術指標（例えば、誘電率Dkと損失率Df）は同じに見える可能性があり、これは私たちに選択を困難にさせます。

例えば、ロジャース社の高周波回路基板材料RT5880とTACONIC社の製品TLY-5、Dkはすべて2.20、Dfはすべて0.0009で、同じように見えます。しかし、RT5880とTLY-5という2種類のPCB材料は本当に近いのでしょうか。どのような場合、2つの全く異なる材料のデータマニュアルは同じに見えますか。

異なる高周波回路基板材料を比較する場合、誘電率Dkと損失率Dfは最も一般的な基準定員です。これらの2つの技術指標はいずれも周波数変化パラメータで、誘電率Dkは通常周波数の増加に伴って減少し、損失率Dfは通常周波数の増加に伴って増加します。

異なる回路材料の誘電率Dkと損失率Df、特に回路材料が異なるPCBベンダーに由来する場合は、周波数特性に注意し、同じ周波数で比較する必要があります。同じ材料が2つの異なる周波数でテストされても同じです。

各回路材料が同じ方法で、または同じ条件でテストされるわけではありません。テスト方法の違いは、同じ回路材料を評価する場合でも、材料の重要なパラメータ（例えば、DkとDf）の違いをもたらします。

ほとんどのPCB材料は異方性で、これは同じパラメータが異なる方向に測定された時の値が異なることを意味します。Dkを例にとると、ほとんどの回路材料はx−y平面上のDk値とz軸（厚さ）とで異なります。PCB中間誘電体材料の厚さは回路の引き廻しと接地層に基礎と隔離を提供し、回路設計者が一般に言うPCB材料のDkはz軸（材料の厚さ）上のものを指します。

回路材料供給者は、x−y平面上の材料のDk測定値とz軸上の測定値を提供する可能性があるが、異なる材料を比較する際に、使用するDk測定方法が同じであることを確保するために、比較方向は同じ（平面対平面、z軸対z軸）であるべきです。

図１　プリント基板

ほとんどの商用PCB材料では、Dkは温度にも密接に関連しています。ほとんどの回路材料Dkの測定は室温（＋23ºC〜＋25ºC程度）で行われているが、同じ材料でも室温より数度高い偏差はDk測定値と室温時測定値の違いをもたらします。下図から、PTFE/WG、RO 3003、RO3035積層板Dkの測定値に対する温度の影響を示します。

簡単に言えば、異なるベンダーからの異なる回路材料のDkを比較する場合、同じ方向（z軸）と同じ試験周波数の場合に同じ試験方法を用いてDkを測定すべきです。回路材料（例えば、RO3003、RO3035、RO3006及びRO3010）のDkを測定するために、ロジャース社はIPC−TM−650 2.5.5.5リボンワイヤ法を用いて、10GHz、23℃の条件下で材料のz軸（厚さ）方向に沿って試験を行いました。同様に、異なる材料のDf値を比較する場合、z軸方向、@10 GHzと室温（約+23℃）も同様の条件で比較すべきです。

データ・マニュアルのアスタリスクや脚注は、異常や特殊な状況に注意するよう読者に常に注意するように注意するために非常に重要です。自動車安全システムと5G無線通信ネットワークの発展により、ミリ波周波数を使用する応用数は引き続き急速に増加することが予想され、ますます多くの回路設計者はより高い周波数（例えば60 GHzと77 GHz）に適した回路材料の選択を検討しており、同時に圧延銅箔とそれほど滑らかではない電解（ED）銅箔の間でトレードオフを行っています。

より高い周波数では、圧延銅箔は通常、電解（ED）銅箔よりも低い損失を有します。電解（ED）銅箔と比較して、回路材料に圧延銅箔を使用する場合の重要なトレードオフは、電解（ED）銅箔の粗い表面に比べて、滑らかな銅表面が銅の耐はく離強度を高めるため、低い銅はく離強度です。しかし、60GHzと77GHzだけで異なる回路材料の銅はく離強度を比較するべきではなく、いかなる比較もこれらの特殊な状況を考慮しなければなりません。ミリ波周波数に適用される異なる回路材料の比較は、同じタイプの銅箔を用いて得られるピール強度に対して行うべきです。すべての回路材料が同じタイプの銅箔を使用して銅はく離強度試験を行うわけではありません。データマニュアルの技術指標にあるアスタリスクまたはピンは、ここでの銅箔は銅はく離強度を測定する際に使用される銅箔ではないことを指摘することがあります。

例えば、RT5880のデータマニュアルの脚注【1】に記載されている誘電率は、IPC-TM-650 2.5.5.5法を用いて10GHz、23℃の条件下で1ozめっき銅箔に基づいて試験したものです。銅箔のはく離強度の典型値の試験条件は、1 oz電解銅のすず漂白後です。実際には、ロジャース社のRT5880基板は8～70μmの電解銅、反転銅は、より高い電力要求を満たすために、圧延銅を提供することもできます。

図２　プリント基板

高周波回路基板の熱伝導

異なる材料を比較する際に注目すべきもう1つの回路材料パラメータは熱伝導率です。回路基板材料の熱伝導率の測定方法はそれぞれ異なり、銅を用いているものもあれば、ないものもあります。明らかに、銅は良好な熱伝導体で、高周波回路基板材料の誘電体材料がいかなる熱伝導性試験に銅を含むかは、その影響の量は誘電体材料の厚さに依存するが、結果に影響を与えます。銅を含む薄い誘電体材料は、銅を含む厚い誘電体材料よりも熱伝導率が高いです。

銅を含むことは、実際の用途における材料の使用パイプのようなもので、材料上の銅の引き廻しはPCB材料の全体的な熱伝導性に役立つと主張する人もいるだろう。しかし、ほとんどの回路シミュレーションソフトウェアは、その材料上に製造された回路の効率に対する回路材料の熱伝導率の影響を計算する際に、銅を含まない回路材料の熱伝導率を仮定しています。

上記のいくつかの回路材料パラメータから明らかなように、異なるベンダーからの異なるPCB材料の比較は簡単ではない可能性があります。回路材料のデータマニュアルを比較する際に、比較のパラメータが同じであることを確保することが良い出発点です。同じ試験周波数と温度で同じ試験方法でDkやDfなどの基本PCB材料パラメータを測定します。同じ試験方法を用いてこれらのパラメータを測定してこそ、これらのパラメータを用いて異なる材料を客観的に正確に比較し、最終的に選択された回路材料の効果を効果的に推定することができます。

以上を総合すると、以下の点を比較することができます。

1、同じ周波数で比較する

異なる高周波回路基板の資料を比較する場合、誘電率Dkと損失率Dfは最も一般的な基準定員です。これらの2つの技術指標はいずれも周波数変化パラメータで、誘電率Dkは通常周波数の増加に伴って減少し、損失率Dfは通常周波数の増加に伴って増加します。

2、同じ試験方法で比較する

高周波回路基板の各資料が同じ方法で、または同じ条件でテストされるわけではありません。テスト方法の違いは、資料の重要なパラメータ（例えば、DkとDf）の違いにもつながります。

3、同じ方向で比較する

ほとんどの高周波回路基板資料は異方性で、これは同じパラメータが異なる方向に測定された時の値が異なることを意味します。Dkを例にとると、ほとんどの高周波回路基板の資料は、x−y平面上のDk値とz軸（厚さ）とで異なります。

4、同じ温度で比較する

多くの商用高周波回路基板の資料について、Dkは温度とも密接に関連しています。ほとんどの高周波回路基板資料Dkの測定は室温（+23ºC～+25ºC程度）で行われているが、同じ高周波回路基板資料であっても、室温より数度高い偏差はDk測定値と室温時測定値の違いをもたらします。

Taconic TLY-5とRogres 5880高周波板を比較すると、異なるベンダーからの高周波回路基板を比較するのは簡単ではない可能性があります。高周波板資料のデータマニュアルを比較する際に、1つの良い出発点は比較のパラメータが同じであることを確保し、同じ試験周波数と温度の下で同じ試験方法で基本高周波板資料パラメータ、例えばDkとDfを測定することです。同じ試験方法を用いてこれらのパラメータを測定してこそ、これらのパラメータを用いて異なる高周波板資料を客観的に正確に比較することができ、そして最終的に選択された高周波板資料の効果を効果的に推定することができます。