RF 設計で高周波性能が要求されるが、予算が PTFE 材料の特殊な処理に対応できない場合はどうすればよいでしょうか?ハイブリッド PCB を構築します。重要な信号層には高性能 RF ラミネートを、残りには標準の FR-4 コアを組み合わせます。優れた電気特性と手頃な価格の製造という、両方の長所を活用できます。
今日は、まさにそれを実現する 6 層ハイブリッド リジッド PCB について説明します。ペアリングしますRO4003CTg170°C FR-4 の炭化水素セラミック材料を使用し、制御されたインピーダンス、ブラインド ビア、IPC クラス 3 の信頼性を単一のボードで実現します。
施工の流れをご案内させていただきます。
これは、プロセスエッジを含む 127mm x 103mm の 6 層リジッド PCB です。完成したラミネートの厚さは 1.74 mm で、各導電層に 1 オンスの完成銅が含まれています。
この積み重ねがこのボードを面白くしているのです。次の 2 つのマテリアル ファミリを組み合わせています。
RO4003Cコア– 高周波層用のガラス強化炭化水素セラミック熱硬化性積層板
Tg170℃ FR-4 プリプレグおよびコア– 残りの層には標準 FR-4 素材を使用
このハイブリッド アプローチにより、設計者は重要な RF 信号パスを RO4003C 層に配置しながら、配電、グランド プレーン、および感度の低い信号には低コストの FR-4 を使用できます。
表面仕上げは硬質電解金メッキで、優れた耐摩耗性と長い保存寿命を必要とするボードに最適です。両面に白いシルクスクリーンの凡例が付いた緑色のはんだマスクがあります。
このボードには、L1-L2 および L5-L6 を接続するブラインド ビアが含まれており、ホール銅の厚さは 25μm です。完全に制御されたインピーダンス回路がボード全体に実装されています。品質基準は、高性能電子機器の最高信頼性クラスである IPC-Class-3 です。
スター素材である RO4003C に焦点を当てましょう。これがボードの高周波性能を可能にするものだからです。
RO4003C は、Rogers のガラス強化炭化水素セラミック熱硬化性ラミネートです。標準の FR-4 では RF 電気要件を満たすことができなくなっている、500MHz 以上で動作する高周波回路向けに特別に設計されています。
PTFE ベースのラミネートではなく RO4003C を選択する理由は何ですか?
答えは簡単、加工性です。 PTFE 材料とは異なり、RO4003C は前処理による特別なナトリウム エッチングを必要としません。標準的な FR-4 製造プロセスと完全に互換性があり、穴あけ、デスミア、銅メッキ、エッチングはすべて従来の装置を使用して実行できます。これにより、プレミアム RF パフォーマンスを提供しながら、製造コストとリードタイムが大幅に削減されます。
電気的性能はしっかりしています。この材料は、超低い誘電率温度係数 (TCDK) を備え、広い周波数範囲にわたって安定した誘電率を維持します。これは、インピーダンス制御された伝送ラインが温度変化に対して一貫性を保つことを意味します。これは広帯域 RF およびマイクロ波回路にとって重要です。
熱特性も同様に印象的です。280°C を超えるガラス転移温度 (Tg) を備えた RO4003C は、ハイブリッド スタックアップの複数の積層ステップを含む、PCB 製造の熱サイクル全体にわたって安定した熱特性を維持します。 CTE 値は銅箔とほぼ一致しており、優れた寸法安定性を保証します。 Z 軸の CTE が低いため、厳しい熱衝撃条件下でもめっきスルーホールの完全性が確保されます。
オプションの LoPro® 銅箔ブロードバンドアプリケーションの挿入損失をさらに最小限に抑えるために利用できます。この設計では標準の銅箔が使用されていますが、さらに要求の厳しいアプリケーション向けのオプションも存在します。
6 つの層すべてに RO4003C を使用せずにハイブリッドを使用するのはなぜですか?答えはコストの最適化です。
RO4003CはFR-4より高価です。必要な場所 (通常は外部信号層または重要な RF ルーティング層) にのみ FR-4 を使用し、電源、グランド、または低速信号を伝送する内部層に FR-4 を使用することで、必要のない場所に高級な材料を支払うことなく、必要な RF パフォーマンスを得ることができます。
この設計で使用されている Tg170°C FR-4 は、それ自体が高性能 FR-4 の一種です。標準的な FR-4 の Tg は約 130 ～ 140°C です。 Tg170°C FR-4 は熱安定性が優れているため、RO4003C ラミネートプロセスと互換性があり、ハイブリッド基板が製造および組み立て中の複数の熱サイクルに耐えることができます。
ボードには、L1-L2 および L5-L6 を接続するブラインド ビアが含まれています。これらはスタック全体を貫通する貫通ビアではなく、それぞれ 2 層目と 5 層目で止まります。
なぜブラインドビアを使用するのでしょうか? 3 つの理由:
配線密度の向上– ブラインドビアにより、内層の配線スペースが解放されます
スタブ効果による軽減– ビアスタブが短いほど、高周波数での信号整合性が向上します。
電力配分の改善– ブラインドビアは、ボード全体を横切ることなく、表面コンポーネントを内部の電源層またはグランド層に直接接続できます。
25μm のホール銅厚は IPC-Class-3 要件の標準であり、堅牢な機械的および電気的接続を保証します。
このボードには完全に制御されたインピーダンス回路が指定されています。 RF およびマイクロ波周波数では、インピーダンスの不整合により信号の反射、電力損失、および性能の低下が発生します。制御されたインピーダンスにより、各伝送線の特性インピーダンスがソースおよび負荷のインピーダンス (RF システムの場合は通常 50Ω) に一致することが保証されます。
RO4003C の厳しい Dk 許容差とハイブリッド スタックアップ設計の組み合わせにより、製造業者は正確なインピーダンス制御を実現できます。 RO4003C を使用した積層プロセスにより、重要な信号層全体で一貫した誘電体の厚さと Dk が確保されます。
このデザインでは硬質電解金メッキが指定されています。ソフト ゴールドや ENIG (無電解ニッケル浸漬金) とは異なり、ハード ゴールドにはコバルトまたはニッケルの硬化剤が含まれており、より耐久性と耐摩耗性が高くなります。
この表面仕上げは以下の用途に最適です。
嵌合サイクル要件が高いボード (エッジ コネクタなど)
長い保存寿命が必要な用途
耐食性が重要な環境
トレードオフとして、ハードゴールドは ENIG よりも高価ですが、信頼性の高いアプリケーションの場合、耐久性はコストに見合う価値があります。
このボードは、IPC 規格で定義された最高の信頼性クラスである IPC-Class-3 に準拠して製造されています。クラス 3 ボードは次の場合に必要です。
航空宇宙および軍事機器
医療機器
自動車安全システム
高信頼インフラ設備
クラス 3 の要件には、穴の銅の厚さのより厳格な公差 (クラス 2 の 20 μm に対して 25 μm)、より厳格な検査基準、およびより厳格なテストが含まれます。このボードに指定されている 100% 電気テストと完全なインピーダンス制御は、クラス 3 の期待と一致しています。
材料の組み合わせと設計の特徴に基づいて、このハイブリッド PCB は次の用途に最適です。
広帯域RFおよびマイクロ波通信回路
制御されたインピーダンス伝送線路と信号整合ネットワーク
商用レーダー、アンテナ、無線トランシーバー モジュール
基地局無線装置と無線通信インフラ
多層混合誘電体高周波 PCB
高周波センシングおよび産業用 RF デバイス
同様のハイブリッド設計を検討している場合は、留意すべき点がいくつかあります。
材料の互換性は非常に重要です。RO4003C と FR-4 の CTE 値は異なります。 RO4003C は銅とほぼ一致するように設計されていますが、FR-4 の CTE はわずかに異なります。積層プロセスは、層間の応力を最小限に抑えるために慎重に制御する必要があります。この設計で使用されている Tg170°C FR-4 は、標準 FR-4 よりも優れた熱整合を実現します。
ブラインドバイレジストレーションには正確さが必要です。6 つの層と 2 ペアのブラインド ビア (L1-L2 および L5-L6) により、位置合わせの精度が非常に重要になります。アライメントがずれていると、オープンやショートが発生する可能性があります。製造者は、シーケンシャルラミネートとブラインドビア形成の経験を持っている必要があります。
制御されたインピーダンス許容差はプリプレグの厚さに依存します。ハイブリッド積層では、層間の誘電体の厚さはプリプレグの厚さによって決まります。プリプレグの厚さの変化はインピーダンスに直接影響します。製造業者と協力して、設計段階の早い段階で許容許容範囲を定義します。
この 6 層ハイブリッド PCB は、高周波設計への実用的なアプローチを示しています。つまり、重要な箇所にはプレミアム RF ラミネートを使用し、そうでない箇所にはコスト効率の高い FR-4 と組み合わせ、FR-4 の加工性を活用して製造コストを制御します。
RO4003C は、PTFE のような加工上の悩みを抱えることなく、安定した Dk、低損失、優れた熱安定性などの電気的性能を実現します。ブラインド ビアは配線密度を高め、信号の完全性を向上させます。 IPC-Class-3 規格により、ボードが最も要求の厳しいアプリケーションに耐えられることが保証されます。ハードゴールド仕上げにより長期にわたる耐久性を実現します。
次の RF 設計でインピーダンスの制御、多層統合、コスト効率の高い生産が必要な場合は、このハイブリッド アプローチを検討する価値があります。
これまでに RO4003C と FR-4 を組み合わせたハイブリッド スタックアップを使用したことがありますか?マテリアル マッチングまたは登録によるブラインドでどのような課題に遭遇しましたか?コメントにあなたの経験を書き込んでください。
RF 設計で高周波性能が要求されるが、予算が PTFE 材料の特殊な処理に対応できない場合はどうすればよいでしょうか?ハイブリッド PCB を構築します。重要な信号層には高性能 RF ラミネートを、残りには標準の FR-4 コアを組み合わせます。優れた電気特性と手頃な価格の製造という、両方の長所を活用できます。
今日は、まさにそれを実現する 6 層ハイブリッド リジッド PCB について説明します。ペアリングしますRO4003CTg170°C FR-4 の炭化水素セラミック材料を使用し、制御されたインピーダンス、ブラインド ビア、IPC クラス 3 の信頼性を単一のボードで実現します。
施工の流れをご案内させていただきます。
これは、プロセスエッジを含む 127mm x 103mm の 6 層リジッド PCB です。完成したラミネートの厚さは 1.74 mm で、各導電層に 1 オンスの完成銅が含まれています。
この積み重ねがこのボードを面白くしているのです。次の 2 つのマテリアル ファミリを組み合わせています。
RO4003Cコア– 高周波層用のガラス強化炭化水素セラミック熱硬化性積層板
Tg170℃ FR-4 プリプレグおよびコア– 残りの層には標準 FR-4 素材を使用
このハイブリッド アプローチにより、設計者は重要な RF 信号パスを RO4003C 層に配置しながら、配電、グランド プレーン、および感度の低い信号には低コストの FR-4 を使用できます。
表面仕上げは硬質電解金メッキで、優れた耐摩耗性と長い保存寿命を必要とするボードに最適です。両面に白いシルクスクリーンの凡例が付いた緑色のはんだマスクがあります。
このボードには、L1-L2 および L5-L6 を接続するブラインド ビアが含まれており、ホール銅の厚さは 25μm です。完全に制御されたインピーダンス回路がボード全体に実装されています。品質基準は、高性能電子機器の最高信頼性クラスである IPC-Class-3 です。
スター素材である RO4003C に焦点を当てましょう。これがボードの高周波性能を可能にするものだからです。
RO4003C は、Rogers のガラス強化炭化水素セラミック熱硬化性ラミネートです。標準の FR-4 では RF 電気要件を満たすことができなくなっている、500MHz 以上で動作する高周波回路向けに特別に設計されています。
PTFE ベースのラミネートではなく RO4003C を選択する理由は何ですか?
答えは簡単、加工性です。 PTFE 材料とは異なり、RO4003C は前処理による特別なナトリウム エッチングを必要としません。標準的な FR-4 製造プロセスと完全に互換性があり、穴あけ、デスミア、銅メッキ、エッチングはすべて従来の装置を使用して実行できます。これにより、プレミアム RF パフォーマンスを提供しながら、製造コストとリードタイムが大幅に削減されます。
電気的性能はしっかりしています。この材料は、超低い誘電率温度係数 (TCDK) を備え、広い周波数範囲にわたって安定した誘電率を維持します。これは、インピーダンス制御された伝送ラインが温度変化に対して一貫性を保つことを意味します。これは広帯域 RF およびマイクロ波回路にとって重要です。
熱特性も同様に印象的です。280°C を超えるガラス転移温度 (Tg) を備えた RO4003C は、ハイブリッド スタックアップの複数の積層ステップを含む、PCB 製造の熱サイクル全体にわたって安定した熱特性を維持します。 CTE 値は銅箔とほぼ一致しており、優れた寸法安定性を保証します。 Z 軸の CTE が低いため、厳しい熱衝撃条件下でもめっきスルーホールの完全性が確保されます。
オプションの LoPro® 銅箔ブロードバンドアプリケーションの挿入損失をさらに最小限に抑えるために利用できます。この設計では標準の銅箔が使用されていますが、さらに要求の厳しいアプリケーション向けのオプションも存在します。
6 つの層すべてに RO4003C を使用せずにハイブリッドを使用するのはなぜですか?答えはコストの最適化です。
RO4003CはFR-4より高価です。必要な場所 (通常は外部信号層または重要な RF ルーティング層) にのみ FR-4 を使用し、電源、グランド、または低速信号を伝送する内部層に FR-4 を使用することで、必要のない場所に高級な材料を支払うことなく、必要な RF パフォーマンスを得ることができます。
この設計で使用されている Tg170°C FR-4 は、それ自体が高性能 FR-4 の一種です。標準的な FR-4 の Tg は約 130 ～ 140°C です。 Tg170°C FR-4 は熱安定性が優れているため、RO4003C ラミネートプロセスと互換性があり、ハイブリッド基板が製造および組み立て中の複数の熱サイクルに耐えることができます。
ボードには、L1-L2 および L5-L6 を接続するブラインド ビアが含まれています。これらはスタック全体を貫通する貫通ビアではなく、それぞれ 2 層目と 5 層目で止まります。
なぜブラインドビアを使用するのでしょうか? 3 つの理由:
配線密度の向上– ブラインドビアにより、内層の配線スペースが解放されます
スタブ効果による軽減– ビアスタブが短いほど、高周波数での信号整合性が向上します。
電力配分の改善– ブラインドビアは、ボード全体を横切ることなく、表面コンポーネントを内部の電源層またはグランド層に直接接続できます。
25μm のホール銅厚は IPC-Class-3 要件の標準であり、堅牢な機械的および電気的接続を保証します。
このボードには完全に制御されたインピーダンス回路が指定されています。 RF およびマイクロ波周波数では、インピーダンスの不整合により信号の反射、電力損失、および性能の低下が発生します。制御されたインピーダンスにより、各伝送線の特性インピーダンスがソースおよび負荷のインピーダンス (RF システムの場合は通常 50Ω) に一致することが保証されます。
RO4003C の厳しい Dk 許容差とハイブリッド スタックアップ設計の組み合わせにより、製造業者は正確なインピーダンス制御を実現できます。 RO4003C を使用した積層プロセスにより、重要な信号層全体で一貫した誘電体の厚さと Dk が確保されます。
このデザインでは硬質電解金メッキが指定されています。ソフト ゴールドや ENIG (無電解ニッケル浸漬金) とは異なり、ハード ゴールドにはコバルトまたはニッケルの硬化剤が含まれており、より耐久性と耐摩耗性が高くなります。
この表面仕上げは以下の用途に最適です。
嵌合サイクル要件が高いボード (エッジ コネクタなど)
長い保存寿命が必要な用途
耐食性が重要な環境
トレードオフとして、ハードゴールドは ENIG よりも高価ですが、信頼性の高いアプリケーションの場合、耐久性はコストに見合う価値があります。
このボードは、IPC 規格で定義された最高の信頼性クラスである IPC-Class-3 に準拠して製造されています。クラス 3 ボードは次の場合に必要です。
航空宇宙および軍事機器
医療機器
自動車安全システム
高信頼インフラ設備
クラス 3 の要件には、穴の銅の厚さのより厳格な公差 (クラス 2 の 20 μm に対して 25 μm)、より厳格な検査基準、およびより厳格なテストが含まれます。このボードに指定されている 100% 電気テストと完全なインピーダンス制御は、クラス 3 の期待と一致しています。
材料の組み合わせと設計の特徴に基づいて、このハイブリッド PCB は次の用途に最適です。
広帯域RFおよびマイクロ波通信回路
制御されたインピーダンス伝送線路と信号整合ネットワーク
商用レーダー、アンテナ、無線トランシーバー モジュール
基地局無線装置と無線通信インフラ
多層混合誘電体高周波 PCB
高周波センシングおよび産業用 RF デバイス
同様のハイブリッド設計を検討している場合は、留意すべき点がいくつかあります。
材料の互換性は非常に重要です。RO4003C と FR-4 の CTE 値は異なります。 RO4003C は銅とほぼ一致するように設計されていますが、FR-4 の CTE はわずかに異なります。積層プロセスは、層間の応力を最小限に抑えるために慎重に制御する必要があります。この設計で使用されている Tg170°C FR-4 は、標準 FR-4 よりも優れた熱整合を実現します。
ブラインドバイレジストレーションには正確さが必要です。6 つの層と 2 ペアのブラインド ビア (L1-L2 および L5-L6) により、位置合わせの精度が非常に重要になります。アライメントがずれていると、オープンやショートが発生する可能性があります。製造者は、シーケンシャルラミネートとブラインドビア形成の経験を持っている必要があります。
制御されたインピーダンス許容差はプリプレグの厚さに依存します。ハイブリッド積層では、層間の誘電体の厚さはプリプレグの厚さによって決まります。プリプレグの厚さの変化はインピーダンスに直接影響します。製造業者と協力して、設計段階の早い段階で許容許容範囲を定義します。
この 6 層ハイブリッド PCB は、高周波設計への実用的なアプローチを示しています。つまり、重要な箇所にはプレミアム RF ラミネートを使用し、そうでない箇所にはコスト効率の高い FR-4 と組み合わせ、FR-4 の加工性を活用して製造コストを制御します。
RO4003C は、PTFE のような加工上の悩みを抱えることなく、安定した Dk、低損失、優れた熱安定性などの電気的性能を実現します。ブラインド ビアは配線密度を高め、信号の完全性を向上させます。 IPC-Class-3 規格により、ボードが最も要求の厳しいアプリケーションに耐えられることが保証されます。ハードゴールド仕上げにより長期にわたる耐久性を実現します。
次の RF 設計でインピーダンスの制御、多層統合、コスト効率の高い生産が必要な場合は、このハイブリッド アプローチを検討する価値があります。
これまでに RO4003C と FR-4 を組み合わせたハイブリッド スタックアップを使用したことがありますか?マテリアル マッチングまたは登録によるブラインドでどのような課題に遭遇しましたか?コメントにあなたの経験を書き込んでください。
