PCBニュース - RF高出力応用のための選択PCB材料

いくつかのハイパワー PCB アプリケーションは基地局から独立している, 大部分のハイパワー PCB アプリケーションは基地局の電力増幅器に関連する. そのような高出力RF応用の設計, 多くの側面を考慮する必要がある. 本論文では、基地局電力増幅器の応用について述べる PCB, しかし、ここで論じた基本的な概念は他の高出力アプリケーションにも適用可能である.

大部分の高出力RFアプリケーションは、熱管理問題を有しており、いくつかの基本的な関係は、熱管理において良好に行うために考慮される必要がある。例えば、信号電力が回路に入力されると、より高い損失を有する回路はより高い熱を生成するもう一つは周波数に関係している。周波数が高くなればなるほど熱が発生する。加えて、任意の誘電体材料の熱の増加は、誘電体材料Dk（誘電率）、すなわち誘電率温度係数（TCDK）の変化を引き起こす。損失の変化は回路温度の変化につながり，温度変化はdkの変化に導く。tcdkに起因するこのdk変化はrf回路の性能に影響し，システム応用に影響する可能性がある。

熱損失関係については，種々の異なる材料と対応するpcb特性を考慮することができる。時々、設計者がPCBアプリケーションのために低損失材料を選ぶとき、それらは消散要因（DFまたは損失正接）だけを考慮するかもしれません。DFは材料の誘電損失だけであるが、回路には他の損失がある。rf性能に関連する全回路損失は，誘電損失，導体損失，放射損失と漏れ損失の和である4つの損失から成る挿入損失である。

df＝0.002と非常に滑らかな銅箔を持つ超低損失材料を用いる回路は，比較的低い挿入損失を持つ。しかし、同一の低損失材料を用いた場合でも、平滑銅の代わりに粗さを有する電解銅（ED）を用いると挿入損失が大きく増加する。

銅箔の表面粗さは回路の導体損失に影響する。損失に関連した表面粗さは，積層板を処理する際の銅‐誘電体界面での銅箔の表面粗さであることが明らかである。また、回路で使用する媒体が薄い場合には銅箔の表面が近い。このとき、銅箔表面粗さは、比較的厚い媒体よりも挿入損失に大きな影響を与える。

高出力RF用途では、通常、熱管理は一般的な問題であり、低DF及び平滑銅箔で積層体を選択することはより有利である。また、通常、熱伝導率の高い積層体を選択するのが賢明である。高い熱伝導率は、回路から放熱器まで熱を助けて、効果的に移します。

周波数-熱関係は、両方の周波数で同じRFパワーを仮定すると、周波数が増加するにつれてより多くの熱が発生することを示している。ロジャースによって実施されたいくつかの熱管理実験を行った結果、3.6 GHz周波数で80 WのRF電力を装荷したマイクロストリップ伝送線路の熱上昇は、同じ回路を6.1 GHzで80 W電力でテストした場合、50℃程度であり、熱上昇は80℃程度であることが分かった。

周波数が高くなると温度が上昇する理由が多い。つの理由は、材料のDFが周波数の増加に伴って増加することであり、それは、より多くの誘電損失を生じ、最終的に挿入損失および熱を増加させる。他の問題は、導体損失が周波数の増加とともに増加することである。導体損失の増加は，周波数の増加に伴う皮膚深さの減少のためである。加えて、周波数の増加に伴って、電界はより高密度になり、回路の所与の領域に大きな電力密度が存在し、それはまた、熱を増加させる。

最後に，材料のtcdkについても言及した。DKは温度によって変化する材料の固有の性質であり、しばしば無視される材料特性である。電力増幅器回路では，dkゆらぎに非常に敏感なマッチングネットワークで1／4の波長ラインを使用する。dkが大きく変化すると，1／4波長整合がシフトし，結果として電力増幅器の効率が変化し，非常に望ましくない。

結論として, when selecting high-frequency materials for high-power RF PCB アプリケーション, 材料は低DF, 比較的滑らかな銅箔, 高熱伝導率と低TCDK. これらの材料特性と使用終了要件を考慮するとき、多くのトレードオフが必要である. したがって, 高出力RF応用のための材料を選択するとき，設計者が材料供給者に接触するのは常に賢明である.