2026-05-14
今日はちょっと変わった基板についてお話したいと思います。これを珍しいのは、層数の多さや複雑な製造プロセスではなく、むしろその逆です。これは、はんだマスクやシルクスクリーンのない 2 層基板ですが、高周波アンテナ用途向けに特別に設計されています。
芯材は、WL-CT440、王陵社の国産高周波ラミネートです。ロジャースまたは PTFE 材料の代替品をお探しの場合は、この記事が新しいアイデアを提供するかもしれません。
構造の概要: ミニマリストだが単純ではない
基本的なパラメーターから始めましょう。基板の大きさは89mm×63.5mmで、2層構造になっています。完成した基板の厚さは 0.8 mm で、外層の完成銅重量は 1 オンスまたは 35 μm です。最小トレース幅は 4 ミル、最小間隔は 6 ミルです。最小穴サイズは0.2mmで、ブラインドビアはありません。すべてのボードは出荷前に 100% 電気テストを受けます。
ここで統計を強調しましょう。このボードには、合計 37 個のコンポーネントと 49 個のパッドが含まれており、27 個のスルーホール パッドと 22 個の表面実装パッドで構成され、すべて最上層に配置されています。最下層には SMT パッドは配置されていません。ビアは 31 個あり、ネットは 2 個だけです。これは典型的な高周波またはアンテナ トポロジであり、構造は単純ですが、パフォーマンスは要求されます。
なぜソルダーマスクやシルクスクリーンを使わないのでしょうか?
このボードの最も特徴的な特徴は、はんだマスクとシルクスクリーンの両方が完全に存在しないことです。最上層にも最下層にも何もありません。
はんだマスクは通常、はんだブリッジを防止し、銅表面を保護するために使用されます。しかし、高周波アプリケーションでは、実際には干渉源になる可能性があります。ソルダーマスクの誘電率と損失係数はベース積層板の誘電率と損失係数とは異なるため、特に 10GHz を超える周波数では、マイクロストリップ ラインのインピーダンスが変化する可能性があります。ソルダーマスクを取り除くことは、より純粋な信号経路とより良い一貫性を意味します。
シルクスクリーンがないことも同様に簡単です。ソルダーマスクがないと、シルクスクリーンの接着に問題が生じます。また、アンテナ基板では、シルクスクリーンは組み立てに何のメリットもないため、省略するのは簡単です。
これは、形状よりも機能を優先する典型的なケースです。電気的性能が要件を満たしている限り、ボードの外観が美しい必要はありません。
WL-CT440を選ぶ理由
WL-CT440 は、Wangling の有機ポリマー セラミック ガラス繊維布で覆われた銅張積層板です。熱硬化性樹脂に属します。誘電体層は炭化水素樹脂、セラミックス、グラスファイバークロスで構成されています。
10GHz、23°C で、誘電率 (Dk) は 4.1、誘電正接 (Df) は 0.004 です。これらの数字は何を意味するのでしょうか?損失が低く、誘電率が適度であるため、マイクロ波やアンテナの用途に非常に適しています。
しかし、WL-CT440の最大の魅力は電気的な性能だけではありません。 FR-4製造プロセスと完全互換です。 PTFE 材料を扱ったことのある人なら誰でも、PTFE にはプラズマ エッチングやナトリウム ナフタレン処理などの特別な穴形成処理が必要であることを知っています。これらがないと穴内部の銅めっきの密着力が不十分になります。一方、WL-CT440 は、標準的な PCB 工場の従来のワークフロー (穴あけ、デスミア、無電解銅蒸着、パターン転写) をすべて 1 つのシームレスなフローで使用して処理できます。少量のプロトタイピングやコスト管理にとって、これは大きな利点です。
熱的および機械的信頼性
WL-CT440 のガラス転移温度 (Tg) は 280°C を超え、標準の FR-4 をはるかに上回っています。 Tg が高いということは、高温の動作条件下でも材料が軟化または変形しにくいことを意味します。
熱膨張係数 (CTE) に関しては、X 軸は 14ppm/°C、Y 軸は 18ppm/°C であり、どちらも約 17ppm/°C にある銅とかなりよく一致しています。 Z 軸の CTE は 35ppm/°C です。ブラインド ビアのない 2 層基板の場合、ビアに対する熱信頼性ストレスはそもそも比較的低いです。
熱伝導率は0.66 W/m・KとFR-4の約0.25 W/m・Kに比べて大幅に高くなります。これはパワーハンドリングに役立ちます。吸湿率は 0.12% であり、許容範囲内です。ただし、ここで注意が必要です。このボードにははんだマスクがありません。湿気の多い環境で使用すると、露出した銅表面が腐食する危険性があります。これは、意図したアプリケーション シナリオに合わせて慎重に評価する必要があります。
特に注意が必要な 1 つのパラメータ: TCDK
WL-CT440 は、-21 ppm/°C の誘電率温度係数 (TCDK) を実現します。この数字は何を示しているのでしょうか?温度が 1°C 上昇するごとに、誘電率は 21 ppm 減少します。
アンテナ設計では、TCDK は重要なパラメータです。材料の Dk が温度によって大きく変化すると、アンテナの動作周波数がドリフトします。夏の測定値は冬の測定値と異なり、日中のパフォーマンスは夜間のパフォーマンスと異なる可能性があります。 WL-CT440 の TCDK 値は非常に優れており、全温度範囲にわたって一貫したアンテナ性能を保証します。
代表的な用途
メーカーによると、WL-CT440 は主に次の分野で使用されています。
航空宇宙機器、客室電子機器、および航空機システム。マイクロ波アンテナと位相感知アンテナ。早期警戒レーダーおよび航空機レーダー システム。フェーズド アレイ アンテナとビームフォーミング ネットワーク。衛星通信およびナビゲーション機器。パワーアンプ。
製造工程と品質基準
提供されるアートワーク形式はガーバー RS-274-X で、世界中の PCB 工場で処理できます。品質規格はIPC-Class-2です。
表面仕上げはイマージョンゴールド（ENIG）です。はんだマスクが存在しないため、浸漬金は銅表面を酸化から効果的に保護しながら、良好なはんだ付け性を実現します。
留意すべきいくつかの点
この基板設計には特別な注意が必要な側面がいくつかあります。
まず、はんだマスクがないということは、銅の表面が完全に露出していることを意味します。浸漬金保護にもかかわらず、組み立て、テスト、使用中に傷や汚れがつかないように注意する必要があります。
次に、シルクスクリーンがありません。コンポーネントの配置はシルクスクリーンのリファレンス マークに依存できません。手動で組み立てる場合は、ピック アンド プレイス マシンの座標ファイルまたは組み立て治具に依存する必要があります。
第三に、2 つの層、31 個のビア、および 2 つのネットのみを備えたこのトポロジは、何らかの形式のアンテナ アレイまたは電力分割ネットワークを示唆しています。 RF パスに対するビアの影響、特に信号リターン パスの連続性に特別な注意を払う必要があります。
最終的な考え
この 2 層 WL-CT440 ボードの背後にある設計哲学は非常に明確です。従来の製造技術で処理できる材料を使用し、不必要なはんだマスク層とシルクスクリーン層を除去し、コスト削減を性能と信頼性に振り向けます。
アンテナ、レーダー フロントエンド、または衛星通信モジュールを開発していて、PTFE 材料に伴う処理の問題を回避したい場合は、WL-CT440 を真剣に検討する価値があります。もちろん、はんだマスクの除去に伴う保護の問題、浸漬金表面の均一性制御、インピーダンス計算の校正などはすべて、プロトタイピングの前に PCB 製造業者と話し合う必要がある詳細です。
このような高周波基板を設計する際に、何か課題に遭遇したことはありますか?あなたの経験をぜひ共有してください。
