マイクロ波技術 - 剛フレキシブル板工場FR 4の誘電率DK値はなぜ不安定なのか。

最近、剛フレキシブルボード工場の顧客はFR 4の誘電率を4.5にしなければならないと規定している。しかし、メーカーはFR 4のDK値がこのように正確であることを保証することはできない。今日は、FR 4（ガラス繊維エポキシ銅被覆板）の誘電率（DK）値が通常4.2〜4.8の間に表記される理由を説明します。

プリント基板（PCB）材料に編組ガラスを添加することで、材料の構造強度を高めることができる。これは積層材料の機械的安定性を高めるのに役立ちますが、これは材料の電気的挙動に何か影響がありますか。ガラス繊維強化積層PCB板の古典的な問題の1つは、「ガラス繊維編み効果」がこれらの積層板上で加工される高速または高周波回路の電気的性質に悪影響を与える可能性があることである。

ガラス繊維積層板の特定の樹脂系によれば、この材料の誘電率（Dk）は実際には非常に小さい周期で位置に応じて変化する。Dk値の異なるこれらの小さな領域は、ガラス繊維特有の物理的な編組構造に起因する可能性があり、ガラス繊維織物はガラス束から編組され、ガラス束の間に小さな開放領域がある。ここで、ガラス繊維束のDkは通常約6であり、束間開口領域の積層体のDkはガラス繊維束よりはるかに低く、通常約3である。高速/高周波伝送路のインピーダンスはDkに高度に依存するため、Dk値の変化はガラス繊維積層板を使用する回路設計エンジニアが直面している問題である。

プリプレグと銅被覆板は私たちが一般に言うPPと芯板です。媒体はエポキシ樹脂とガラス繊維布の混合物である。（リジッドプリント配線板）

ガラスクロスにはいろいろな種類があり、それぞれに厚みや編みサイズがあります。以下は、剛性フレキシブルプレート工場でよく使用されるガラス繊維のモデルのリストです。格子状のガラス繊維布が非常に直感的に見ることができます。大きな空窓があるモデルもあれば、小さな空窓があるモデルもあります。

ガラス繊維効果の具体的な影響については、インピーダンスへの影響、遅延への影響、損失への影響を次の図例を参照してください。

注意しなければならないのは、ガラス繊維の効果は高速長トレースに対する影響が最も大きく、低速システムまたは非常に短いトレースは無視できることである。

ここでは、上部と下部（信号伝送とマイクロストリップ接地面）を有する両面銅被覆板を考慮して、Z軸（厚さ）方向が10 GHzであるガラス繊維がマイクロストリップ伝送回路にどのように影響するかを説明する例がある。誘電率DKは3.0である。通常、ミリ波周波数（30 GHz以上）などのより高い周波数では、DKの変化は材料の性能に影響を与える。例えば、77 GHzで回路を介して伝播する信号の4分の1波長は約0.024インチであり、これは8分の1波長が0.012インチであることを意味する。理論的には、電磁（EM）波がその伝播媒体中で興味のある周波数の4分の1以上の波長を持つ任意のタイプのDK変化に遭遇すると、電磁波の伝播が破壊され、共振する可能性がある。

実践経験から、波長の8分の1以下の異常でも電磁波伝播問題を引き起こすことが明らかになった。ガラスまたはガラスビーム中の波長の8分の1以上を有する回路積層板は、ガラスビーム分布（および対応するDk変化）の影響を受け、性能が不規則になる可能性がある。異なる回路積層板を補強するために使用できるガラスのタイプを考慮すると、77 GHz（0.012インチ）で8分の1波長以上のギャップを持つガラスのタイプも珍しくない。

これは、ミリ波の波長が小さく、FR 4ガラス繊維の「ギャップ」に相当するサイズになると、DKの変動が大きく変化することを意味する可能性がある。これがFR 4がミリ波回路に適さない理由の一つである。

対策については、主に材料選択、設計回避、生産回避である。材料選択回避：

1：小さな空窓を持つガラス繊維布を使用する。板ガラス布、開繊布などとも呼ばれる。ガラス繊維布の空窓有効誘電率変動の存在を源から回避する。例：1067/1078/2116など。

2：複数のPPカバーを使用して窓の露出の可能性を下げる。この方法は実行可能です。媒体がより厚く、複数のPPカバー層が必要でない限り、私個人の意見は最初ほどではありません。1つはコストで、もう1つはPPシートを3枚以上製造する際に滑りやすいことです。

3：低誘電率ガラス繊維布を使用し、ガラス繊維とエポキシ樹脂間の誘電率の差を減少し、空窓内外の有効誘電率の差を減少する。注：低誘電率ガラス繊維布は通常、超低損失シートのみを備えている。言い換えれば、高速シートは一般的にコストが高いと考えられている。

設計回避：

1：重要な信号の引き廻しには一定の角度があり、3°、7°、11°など、基本的にコストを増やさないが、レイアウトはもっと難しい。すべてのレイアウトパートナーはすでにこの恨みを本に置いていると思う。

2：重要な信号の回転角度レイアウトは設計難易度を高めた。小さなテクニックは、FANOUTの後にチップを全体として回転させることです。

3：正常な設計後、パズルゲームでパズルを7°回転させる。これは1ページ全体の7°結線操作に相当します。

生産の回避：

通常の設計では、剛性フレキシブルプレート工場が製造中に材料を回転させることができます。私たちが使っているコアプレートは大きな材料から切り落とされています。大きな材料は正方形です。回転切断は必然的に板材の利用率を低下させ、PPもより大きな板材を使用しなければならない。製造コストが増加します。