マイクロ波技術 - 信号損失の高周波回路基板最小化

携帯電話の成長で, インターネットアクセス, ハンドヘルドデバイス, 情報量 高周波回路 板 劇的に増加した. 電子システムの大規模データを扱う, PCB 高速無線周波数信号要求の伝送はますます高くなっている, そして、伝送速度が改善されている. 高GHz周波数範囲, how to reduce the rf signal loss (also known as insertion loss) becomes increasingly significant. 挿入損失は、伝送線または光ファイバにデバイスを挿入することによって引き起こされる信号電力の損失である, で表される. 挿入損失は、信号立ち上がりエッジ劣化またはより高いビット誤り率.

すべて PCB 材料は伝導および誘電体RF信号損失に苦しむ. 伝導損失は抵抗であり、その中で使用される導電性銅層によって引き起こされる 高周波回路基板. 一方で, the dielectric loss is related to the substrate (insulating material) used in the PCB. この層は、銅層に起因する抵抗伝導損失に焦点を当てる.

伝送損失の研究は電気信号の種々の定常状態刺激下でのdbにおける線形電気ネットワークの電気的振舞い（散乱行列）をプロットし，信号周波数（ghz）を増加させることを含む。挿入損失としても知られている伝送損失は、測定された相関層間の被試験デバイス（DUT）の導入に起因する付加的損失である。追加損失は、試験中のデバイスの固有の損失および／または不整合に起因する。余分の損失の場合、挿入損失は正として定義される。DBにおける挿入損失の負の値を挿入ゲインと定義する。

皮膚効果

導体を流れるDCまたはAC電流とは異なり, RF電流は導体に深く浸透せず、その表面に沿って流れる傾向がある. これは皮膚効果として知られている. 導電性銅層の信号損失は、「表皮効果」の現象に直接関係する. 皮膚深さは、RF電流に使用される導体の深さである. Basically, として 高周波増加, 導体が少なくなる, 図1に示すように.

「表皮効果」による挿入損失に直接影響する2つの現象は、銅粗さ（図1）および使用される表面コーティングの特性である。無電解ニッケル析出（enig）および無電解ニッケル‐パラジウム析出（enepig）のような表面に無電解ニッケルを含む表面被覆は，無電解ニッケルの抵抗特性により銅に比べて大きな挿入損失を示した。無電解パラジウム析出（EPG）及び無電解パラジウム析出（IGEPG）のようなより新しいコーティングは、高周波用途における最小挿入損失を達成するための好ましい方法である。

銅の表面粗さ

多層構造では，銅の表面が粗大化して導体と媒体との密着性を高める。粗大化は化学的または機械的方法によって行われ、樹脂の固定位置を形成する。これは、非RF電流用途及び低周波数で伝搬するRF信号にも有効である。しかし、周波数が10 GHz以上になると皮膚の深さは減少する。表皮深さが銅表面粗さ（図1）以下であると、粗さはワイヤ抵抗率の増加につながり、回路の導体損失及び位相角応答に影響する。

図1 :銅導体の表皮効果

として 高周波信号が増える, 電気信号は、銅導体の表面に接近して近づく, したがって、抵抗および伝送損失を増加させる.

粗い表面に銅を使用する回路は、より滑らかな表面を有する銅を使用するものよりも導体損失を被ることになる。より具体的には、基板−銅界面の銅表面は、導体損失に関連する表面粗さの懸念である。多層基板の密着性を改善する最近の進歩は黒色及び酸化物形成のための標準粗大化を超えている

今日、ほとんどの内部層は、最大のボンディングのために配線をわずかに粗くするために化学エッチングに頼ります。しかし，粗大化は導体信号損失を最小化する方法ではない。産業は、高周波RF信号を担持しているワイヤの接着を改良するために化学接着剤を選んでいますまた、滑らかな銅の表面に非常に効果的です。

現在入手可能な1つの化学結合システムは、錫堆積の後に続くシランカップリング剤による処理である。この処理は、通常、水平搬送装置で実施され、導体と媒体との間の良好な接着性を得る。ある種の粗さを持つ銅箔タイプがストリップライン構造の挿入損失に直接影響することを研究は示している

銅の表面粗さ

ハンドヘルドデバイスは回路設計者が小型化を達成するための重要なドライバである. そのために, ファインアラインメントとスペーシングが正規化されている. 加えて, the demand for lead bonding is focused on ni-gold (ENIG) and Ni-palladium (ENEPIG) coatings. 上記のRF信号伝送に関して 高周波 (（10 GHz）), 一定の制限を満たす必要がある. 無電解ニッケル被膜は導体表面の一部である. 銅に比べて, 無電解ニッケルめっきの表皮効果に関連した透過損失.

新しい表面被覆は高周波rf伝送に利用できる。これらのコーティングは、ENの使用を排除または低減する。現在最も一般的には無電解パラジウム析出金（epig）である。私は最後のコラムでエピッグを紹介しました。この記事の焦点は挿入損失です。

ニッケル含有、薄いニッケル及びニッケルの自由表面上の被覆の挿入損失の比較

図2は、垂直軸上の信号周波数と水平軸との関係としての散乱パラメータ（Sパラメータ）を含む。sパラメータの下で、散乱は送電線へのネットワーク挿入によって引き起こされる不連続性に遭遇するとき、送電線の電流と電圧がどのように影響を受けるかを示します。ベースラインが確立され、新しいカーブは、テスト中のデバイスを導入することによって測定されます。差は、dBで測定された透過または挿入損失である。

Figure 2 compares the insertion losses of ni (two ENEPIG and one エンジニアリング), little nickel (thin nickel ENEPIG), and no nickel (EPIG and IGEPIG) surface coatings. 薄いニッケルenepigはわずか4.0 μ Ins (0.1 μm) for electroless nickel plating. IGEPGは、エピグラムの変形です. パラジウム浸出触媒によって銅表面にエピックを堆積させた. IGEPigは無電解パラジウムを析出させる触媒として金層を使用する.

単一の表面被覆は、シングルエンド50°伝送ルート（長さ250 mm、幅0.52 mm）に堆積された。挿入損失を測定する装置はvna 2 va 67である。同図（図2）に示すように、低NiとNOIのコーティングの挿入損失値は、膜厚（膜厚120〜1，000〜1，3，3，1，6，1，6，4，4 m）に比べて著しく増加している。

大規模データ伝送と小型化の動向と共に産業界は続く, the 高周波回路基板 PCBメーカー Msignal transmission will continue to increase. 例えば, 10 GHz以上のRF周波数が関与する場合, 銅粗さと表面被覆タイプによる伝送損失を最小化するために、ある手当を確保しなければならない.