高周波設計がスペースの制約を満たす場合、純粋な平面レイアウトでは不十分なことがよくあります。このとき、垂直方向に考える必要があります。ブラインド ビア、制御された深さのスロット、多層ハイブリッド ラミネートが役に立ちます。
今日私が見ているボードはその完璧な例です。 Rogers RO3210 と RO4450F の組み合わせに基づいて構築されたこの 4 層構造は、特にスペースに制約のある高周波アプリケーション向けに設計された、制御された深さのスロットとブラインド ビアを備えています。
工事概要: 4層ハイブリッド構造
基本的なパラメータから始めましょう。基板の大きさは95mm×98mmで、4層銅構造を採用しています。
スタックアップは非常に代表的なものです。
コア 1: 0.508mm RO3210
ボンドプライ：0.2mm RO4450F
コア 2: 0.508mm RO3210
総積層厚さ：1.321mm
銅構成の場合、外層の完成銅重量は 1 オンス (約 35 μm) で、内層は 0.5 オンス (約 18 μm) を使用します。表面仕上げはイマージョンシルバーとイマージョンゴールドの組み合わせです。
表面の表面では、最上層に白いシルクスクリーンが施された緑色のはんだマスクがあります。最下層には緑色の半田マスクがありますが、シルクスクリーンはありません。
2 つのプロセスの特徴は特に注目に値します。
制御された深さのスロット:最上層から内層1まで（L1とL2の間で止まるスロット）
ブラインド経由: 1～3層ブラインドビア（基板全体を貫通せずにL1からL3まで穴あけ）
RO3210: 高誘電率セラミック充填 PTFE
RO3210 は、Rogers の RO3200 シリーズの高 Dk メンバーです。このシリーズは RO3000 ファミリの拡張であり、機械的安定性を向上させながら高周波性能を維持するという重要な利点を備えています。
コアパラメータを共有しましょう。 10GHz では、RO3210 の誘電率 (Dk) は 10.2 ± 0.50 で、設計 Dk 値は 10.8 に達します。誘電正接 (Df) は 0.0027 で、PTFE 材料としては低損失の部類に入ります。
なぜ高いDKを選ぶのでしょうか？
誘電率が高いということは、基板上の波長が短いことを意味します。特定の周波数では、Dk が 10.2 の基板上の波長は空気中の波長の約 3 分の 1 です。これにより、アンテナと共振構造を大幅に小型化でき、スペースに制約のあるアプリケーションでは貴重な利点となります。
熱的および機械的側面では、RO3210 の分解温度 (Td) は 500°C を超えており、鉛フリーはんだ付け温度に容易に対応できます。 X 軸と Y 軸の熱膨張係数 (CTE) は 13 ppm/°C で、銅 (約 17 ppm/°C) とよく一致します。 Z 軸の CTE は 34 ppm/°C で、PTFE ベースの材料としては非常に優れた数値です。熱伝導率は0.81W/m・Kで、消費電力を抑えます。
RO3210 の一般的な用途には、マイクロストリップ パッチ アンテナ、衛星通信システム、自動車衝突回避レーダー、無線通信基地局、電力増幅器モジュールなどがあります。
RO4450F: 高周波ハイブリッドラミネートの「接着剤」
高周波多層基板では、コア間の接着層が重要です。 RO4450F はまさにこの目的のために設計されました。RO4400 シリーズのボンドプライであり、特に RO4000 シリーズ材料とのハイブリッド ラミネートを目的としています。
主要なパラメータは次のとおりです。 10GHz では、Dk は 3.52 ± 0.05、Df は 0.0040 です。 X 軸の CTE は 19 ppm/℃、Y 軸は 17 ppm/℃、Z 軸は 50 ppm/℃です。吸湿率はわずか0.09%、熱伝導率は0.65W/m・Kです。
標準の FR-4 プリプレグではなく RO4450F を選択する理由は何ですか?答えは CTE のマッチングにあります。 RO3210 の X/Y CTE は約 13 ppm/°C です。 FR-4 の X/Y CTE は通常 14 ～ 16 ppm/°C の範囲ですが、Z 軸の CTE の差はかなり大きくなります。 RO4450F の Z 軸 CTE は 50 ppm/°C で、標準 FR-4 の 70 ～ 80 ppm/°C よりも大幅に低くなります。これにより、熱サイクル中のビア故障のリスクが大幅に軽減されます。
また、RO4450FはFR-4加工にも対応しています。 PTFE ベースの接合材料に必要な特別な処理を必要とせず、標準プロセスを使用してラミネートできます。
プロセスの特徴を理解する
制御された深さのスロット (上部から内部層 1)
制御された深さのスロットは、ボード全体を通過しないミリング操作です。この設計では、スロットは最上層と内部層 1 の間で停止します。なぜこれを行うのでしょうか?考えられる理由としては、コンポーネントの埋め込み、沿面距離の増加、または放熱の改善などが挙げられます。留意すべき点が 1 つあります。制御された深さのスロットの深さの許容差は、通常 +/- 0.1 mm 程度です。デザインに適度な余白を追加することをお勧めします。
ブラインドビア 1-3
ブラインド ビアはレイヤー 1 とレイヤー 3 を接続し、レイヤー 2 を完全にスキップします。貫通ビアと比較して、この設計には 3 つの利点があります。レイヤー 2 上の配線スペースが解放され、信号ビアへのスタブ効果が排除され、配線密度が増加します。その代償として、プロセスの複雑さとコストが増加します。ブラインド ビアは連続した積層が必要であり、1 回の操作で穴あけすることはできません。
設計上の考慮事項とリスクポイント
CTE マッチング
RO3210 と RO4450F の両方の X/Y CTE は銅とかなりよく一致しますが、Z 軸方向には違いが残ります。この 4 層構造のブラインド ビアとスルー ビアは複数の熱サイクルを経ます。重要なビアの周囲に熱応力緩和設計を使用することをお勧めします。
ハイブリッドラミネートプロセス
RO3210 は PTFE ベースの材料ですが、RO4450F は炭化水素樹脂系に属します。これら 2 つの材料ファミリーには積層パラメータが異なるため、経験豊富な製造者が必要です。 RO4450F との良好な接着を実現するには、PTFE 表面にプラズマ処理を施す必要があります。
制御された深さのスロット精度
0.508mm RO3210 と 0.2mm RO4450F の合計の厚さは約 1.3mm です。制御された深さのスロットは、L1 と L2 の間、つまり深さ約 0.5 ～ 0.7 mm で正確に停止する必要があります。このレベルの精度には優れた機器が必要です。生産に移行する前に、製造業者の能力を確認することをお勧めします。
典型的なアプリケーションシナリオ
材料の組み合わせとプロセスの特徴に基づいて、このボードはいくつかのアプリケーション分野で使用できます。
スペースに制約のあるフェーズド アレイ アンテナ素子
組み込みコンポーネントを必要とする RF フロントエンド モジュール
多層給電ネットワーク
高密度衛星通信アセンブリ
車載用ミリ波レーダーRFボード
最終的な考え
この 4 層 RO3210 と RO4450F の設計は、材料性能、製造コスト、集積密度のバランスという、RF PCB エンジニアリングにおける重要な傾向を示しています。
RO3210 の高い Dk は小型化の基礎となります。ボンドプライとしての RO4450F は、ハイブリッド ラミネートにおける CTE 適合性の課題を解決します。また、制御された深さのスロットとブラインド ビアの組み合わせにより、垂直方向のスペースがさらに圧縮されます。
もちろん、このタイプの設計では、製造業者のプロセス能力に高い要求が課せられます。 PTFE と炭化水素材料のハイブリッド ラミネート、スロットの深さの制御、ブラインド ビアの位置合わせ精度はすべて、プロトタイピングの前にファブ ハウスと徹底的に話し合う重要なポイントです。
プロジェクトが小型化と多層統合という課題に直面している場合は、この設計アプローチを検討する価値があります。
ハイブリッド積層板を設計または製造する際に何か問題に遭遇したことがありますか?コメントでお気軽にあなたの経験を共有してください。
高周波設計がスペースの制約を満たす場合、純粋な平面レイアウトでは不十分なことがよくあります。このとき、垂直方向に考える必要があります。ブラインド ビア、制御された深さのスロット、多層ハイブリッド ラミネートが役に立ちます。
今日私が見ているボードはその完璧な例です。 Rogers RO3210 と RO4450F の組み合わせに基づいて構築されたこの 4 層構造は、特にスペースに制約のある高周波アプリケーション向けに設計された、制御された深さのスロットとブラインド ビアを備えています。
工事概要: 4層ハイブリッド構造
基本的なパラメータから始めましょう。基板の大きさは95mm×98mmで、4層銅構造を採用しています。
スタックアップは非常に代表的なものです。
コア 1: 0.508mm RO3210
ボンドプライ：0.2mm RO4450F
コア 2: 0.508mm RO3210
総積層厚さ：1.321mm
銅構成の場合、外層の完成銅重量は 1 オンス (約 35 μm) で、内層は 0.5 オンス (約 18 μm) を使用します。表面仕上げはイマージョンシルバーとイマージョンゴールドの組み合わせです。
表面の表面では、最上層に白いシルクスクリーンが施された緑色のはんだマスクがあります。最下層には緑色の半田マスクがありますが、シルクスクリーンはありません。
2 つのプロセスの特徴は特に注目に値します。
制御された深さのスロット:最上層から内層1まで（L1とL2の間で止まるスロット）
ブラインド経由: 1～3層ブラインドビア（基板全体を貫通せずにL1からL3まで穴あけ）
RO3210: 高誘電率セラミック充填 PTFE
RO3210 は、Rogers の RO3200 シリーズの高 Dk メンバーです。このシリーズは RO3000 ファミリの拡張であり、機械的安定性を向上させながら高周波性能を維持するという重要な利点を備えています。
コアパラメータを共有しましょう。 10GHz では、RO3210 の誘電率 (Dk) は 10.2 ± 0.50 で、設計 Dk 値は 10.8 に達します。誘電正接 (Df) は 0.0027 で、PTFE 材料としては低損失の部類に入ります。
なぜ高いDKを選ぶのでしょうか？
誘電率が高いということは、基板上の波長が短いことを意味します。特定の周波数では、Dk が 10.2 の基板上の波長は空気中の波長の約 3 分の 1 です。これにより、アンテナと共振構造を大幅に小型化でき、スペースに制約のあるアプリケーションでは貴重な利点となります。
熱的および機械的側面では、RO3210 の分解温度 (Td) は 500°C を超えており、鉛フリーはんだ付け温度に容易に対応できます。 X 軸と Y 軸の熱膨張係数 (CTE) は 13 ppm/°C で、銅 (約 17 ppm/°C) とよく一致します。 Z 軸の CTE は 34 ppm/°C で、PTFE ベースの材料としては非常に優れた数値です。熱伝導率は0.81W/m・Kで、消費電力を抑えます。
RO3210 の一般的な用途には、マイクロストリップ パッチ アンテナ、衛星通信システム、自動車衝突回避レーダー、無線通信基地局、電力増幅器モジュールなどがあります。
RO4450F: 高周波ハイブリッドラミネートの「接着剤」
高周波多層基板では、コア間の接着層が重要です。 RO4450F はまさにこの目的のために設計されました。RO4400 シリーズのボンドプライであり、特に RO4000 シリーズ材料とのハイブリッド ラミネートを目的としています。
主要なパラメータは次のとおりです。 10GHz では、Dk は 3.52 ± 0.05、Df は 0.0040 です。 X 軸の CTE は 19 ppm/℃、Y 軸は 17 ppm/℃、Z 軸は 50 ppm/℃です。吸湿率はわずか0.09%、熱伝導率は0.65W/m・Kです。
標準の FR-4 プリプレグではなく RO4450F を選択する理由は何ですか?答えは CTE のマッチングにあります。 RO3210 の X/Y CTE は約 13 ppm/°C です。 FR-4 の X/Y CTE は通常 14 ～ 16 ppm/°C の範囲ですが、Z 軸の CTE の差はかなり大きくなります。 RO4450F の Z 軸 CTE は 50 ppm/°C で、標準 FR-4 の 70 ～ 80 ppm/°C よりも大幅に低くなります。これにより、熱サイクル中のビア故障のリスクが大幅に軽減されます。
また、RO4450FはFR-4加工にも対応しています。 PTFE ベースの接合材料に必要な特別な処理を必要とせず、標準プロセスを使用してラミネートできます。
プロセスの特徴を理解する
制御された深さのスロット (上部から内部層 1)
制御された深さのスロットは、ボード全体を通過しないミリング操作です。この設計では、スロットは最上層と内部層 1 の間で停止します。なぜこれを行うのでしょうか?考えられる理由としては、コンポーネントの埋め込み、沿面距離の増加、または放熱の改善などが挙げられます。留意すべき点が 1 つあります。制御された深さのスロットの深さの許容差は、通常 +/- 0.1 mm 程度です。デザインに適度な余白を追加することをお勧めします。
ブラインドビア 1-3
ブラインド ビアはレイヤー 1 とレイヤー 3 を接続し、レイヤー 2 を完全にスキップします。貫通ビアと比較して、この設計には 3 つの利点があります。レイヤー 2 上の配線スペースが解放され、信号ビアへのスタブ効果が排除され、配線密度が増加します。その代償として、プロセスの複雑さとコストが増加します。ブラインド ビアは連続した積層が必要であり、1 回の操作で穴あけすることはできません。
設計上の考慮事項とリスクポイント
CTE マッチング
RO3210 と RO4450F の両方の X/Y CTE は銅とかなりよく一致しますが、Z 軸方向には違いが残ります。この 4 層構造のブラインド ビアとスルー ビアは複数の熱サイクルを経ます。重要なビアの周囲に熱応力緩和設計を使用することをお勧めします。
ハイブリッドラミネートプロセス
RO3210 は PTFE ベースの材料ですが、RO4450F は炭化水素樹脂系に属します。これら 2 つの材料ファミリーには積層パラメータが異なるため、経験豊富な製造者が必要です。 RO4450F との良好な接着を実現するには、PTFE 表面にプラズマ処理を施す必要があります。
制御された深さのスロット精度
0.508mm RO3210 と 0.2mm RO4450F の合計の厚さは約 1.3mm です。制御された深さのスロットは、L1 と L2 の間、つまり深さ約 0.5 ～ 0.7 mm で正確に停止する必要があります。このレベルの精度には優れた機器が必要です。生産に移行する前に、製造業者の能力を確認することをお勧めします。
典型的なアプリケーションシナリオ
材料の組み合わせとプロセスの特徴に基づいて、このボードはいくつかのアプリケーション分野で使用できます。
スペースに制約のあるフェーズド アレイ アンテナ素子
組み込みコンポーネントを必要とする RF フロントエンド モジュール
多層給電ネットワーク
高密度衛星通信アセンブリ
車載用ミリ波レーダーRFボード
最終的な考え
この 4 層 RO3210 と RO4450F の設計は、材料性能、製造コスト、集積密度のバランスという、RF PCB エンジニアリングにおける重要な傾向を示しています。
RO3210 の高い Dk は小型化の基礎となります。ボンドプライとしての RO4450F は、ハイブリッド ラミネートにおける CTE 適合性の課題を解決します。また、制御された深さのスロットとブラインド ビアの組み合わせにより、垂直方向のスペースがさらに圧縮されます。
もちろん、このタイプの設計では、製造業者のプロセス能力に高い要求が課せられます。 PTFE と炭化水素材料のハイブリッド ラミネート、スロットの深さの制御、ブラインド ビアの位置合わせ精度はすべて、プロトタイピングの前にファブ ハウスと徹底的に話し合う重要なポイントです。
プロジェクトが小型化と多層統合という課題に直面している場合は、この設計アプローチを検討する価値があります。
ハイブリッド積層板を設計または製造する際に何か問題に遭遇したことがありますか?コメントでお気軽にあなたの経験を共有してください。
