マイクロ波技術 - PCB回路基板DKに及ぼす材料と加工の影響

増加して PCB回路基板 DK, it is more and more difficult to control the phase consistency of printed circuit board (PCB) materials. 回路基板材料の位相変化を正確に予測することは、単純でないか定まった仕事ではない. The signal phase of high frequency and high-speed PCB depends largely on the structure of the transmission line processed by it and the dielectric constant (DK) of the circuit board material. The lower the Dk of the medium (for example, 空気のDKは約1です.0), 電磁波伝搬が速くなる. DKの増加で, 波の伝播は遅くなるだろう, そしてこの現象は伝搬信号の位相応答にも影響する. 伝播媒体のDKが変化するとき, 波形の位相変化が起こる, より低いかより高いDKが、それに応じて、より速く、または、より遅い伝播媒体の信号の速度を作るので.

材料のPCB回路DKは通常、異方性であり、異なるDK値は長さ、幅、厚さの3次元（3 D）、X、Y、Z軸に対応する。いくつかの特別な回路設計のためには，dkの違いのみならず，回路製造の位相への影響も考慮する必要がある。第5世代（5 G）セルラ無線通信ネットワークインフラストラクチャ装置、および電子支援車両における先進的ドライバ支援システム（ADS）のような、特にマイクロ波およびミリ波周波数において、PCB動作周波数が増加するにつれて、位相安定性および予測可能性はますます重要になるであろう。

それで、何が回路基板材料のDKを変化させるでしょうか? 場合によっては, differences in The Dk on the PCB are caused by the material itself (e.g. changes in copper surface roughness). 他の場合, PCB製造 プロセスはDKの変更を引き起こすこともある. 加えて, a harsh 作業環境 (such as high working temperature) can also cause PCB circuit Dk to change. 材料の特性を理解することによって, 製造工程, working environment, DKテスト, とPCB DKの変更を検討する他の側面. このように, PCBの相変化をよりよく理解し予測できる, その影響を最小限に抑えることができます.

異方性は回路基板材料の重要な性質であり，dkの性質は三次元数学における「テンソル」と非常に似ている。3軸の異なるdk値は，3次元空間における電界と電界強度の差につながる。回路で使用される伝送線路の種類によっては、材料の異方性によって結合構造を有する回路の位相を変えることができ、回路の性能は回路基板材料上の位相の方向に依存する。一般に、回路基板材料の異方性は、プレートの厚さ及び動作周波数によって変化し、Dk値が低い材料は、より異方性を有する。ガラス繊維補強材を用いたpcb材は，ガラス繊維強化のないpcb材よりも異方性が大きい。フェーズがキーインディケータであり、PCBのDKが回路設計モデリングの一部であるとき、2つの材料間のDK値を記述して、比較することは同じ方向の軸上のDKのためになければなりません。PCB材料DKを変更する様々な要因（測定方法を含む）についてのより詳細な情報については、ロジャーズの「webinar」の理解のある回路材料および製造を参照して、PCB回路DK変動と位相同期性（PCB材料及び製造プロセスがPCB DK変動及び位相同期性にどのように影響するかを理解すること）に影響を及ぼす可能性がある。

デザインDKの徹底的な観察

回路の有効なdkは，特定のタイプの伝送線路で電磁波がどのように伝搬するかに依存する。伝送線路によっては、電磁波の一部がPCBの誘電体材料を透過し、他方の部分がPCB周辺の空気を透過する。DK値は、任意の回路材料のDk値（約1.00）であり、実効的なDK値は、伝送線路導体中を伝搬する電磁波と誘電体中を伝搬する電磁波と、ベース付近の空気中を伝搬する電磁波との結合作用によって決まるDK値の組み合わせである。「設計DK」は、異なる伝送線路技術、製造方法、ワイヤ、およびDKを測定するために使用される試験方法の組み合わせ影響を考慮するので、「効果的なDK」よりも実用的なDKを提供する試みである。設計dkは，回路形式で材料をテストする際に抽出されるdkであり，回路設計とシミュレーションに使用するための最も適切なdk値である。設計dkは回路の有効dkではないが，有効dkの測定により決定される材料dkであり，設計dkは回路の真の性能を反映できる。

種々の厚さのPCB誘電体材料における導体銅箔の表面粗さは、設計PCB回路DKの位相応答に異なる影響を及ぼす. より厚い基板を有する材料は銅箔導体の表面粗さの影響を受けにくい. 粗面銅箔導体であっても, 設計DK値は基板材料の媒体Dkに近い. 例えば, ロジャーズ' 6.6マイル ROC 4350 B回路基板材料は、平均設計dk.8から40 GHzで96. 厚さ30ミリメートルの同じ材料, デザインDKは、平均3.68同じ周波数範囲. When the material substrate thickness is doubled again (60 mils), デザインDKは3です.66, このガラス繊維強化積層体の媒体の真性dkはどれであるか.

上記の例から、より厚い基板は銅箔粗さの影響を受けず、設計DK値は比較的低いことが分かる。しかしながら、より厚い回路基板を使用して処理回路を製造する場合、特に信号波長が小さいミリ波周波数では、信号振幅と位相の整合性を維持することが困難である。より高い周波数回路は、より薄い回路基板に対してしばしば適している。そこでは、材料の媒体部分は、設計DKおよび回路性能に対してより影響を与えない。より薄いPCB基板の信号損失及び位相性能は、導体により影響を受ける。ミリ波周波数では、回路材料の設計DKに関して、より厚い基板よりも導体特性（銅箔表面粗さなど）に対しても敏感である。

伝送線路回路の選択方法

RF／マイクロ波およびミリ波周波数では、回路設計技術者は、マイクロストリップ、ストリップ、および接地コプレーナ導波路（GCP）のような従来の伝送線路技術を使用する。各々の技術は、異なる設計方法、設計挑戦および関連した利点を有する。例えば、GCPW回路の結合動作の違いは、回路設計DKに影響する。緊密に結合されたgcpw回路，タイトな間隔を持つ伝送線路の場合，コプレーナ結合面積間の空気を使用し，損失を最小化することにより，より効率的な電磁波伝搬を達成できる。結合導体のより高い側壁を有するより厚い銅導体を使用することによって、結合領域におけるより多くの空気経路を使用することにより、回路損失を最小化することができるが、銅導体の厚さを減少させることに対応する効果を理解することがより重要である。

多くの要因は、与えられた回路および回路基板材料のための設計DKに影響を及ぼすことができる. 例えば, the temperature coefficient Dk (TCDk) of circuit board materials is used to measure the influence of working temperature on design Dk and performance. TCDKのより低い値は、回路基板材料が温度依存性が低いことを意味する. 同様に, high relative humidity (RH) can increase the design Dk of circuit board materials, 特に吸湿性の高い材料について. 回路基板材料の特性, 回路製造工程, そして、作業環境の不確実性はすべてデザインに影響を及ぼすだろう PCB回路基板 材料のDK. これらの特徴を理解し、設計プロセスにおいて考慮することによってのみ、それらの影響を最小化することができる.