RF PCB設計用のPTFE材料の種類

RF PCB設計では、非常に低い誘電体損失と幅広い可能なDk値の範囲のおかげで、低損失のPTFEベースの材料がよく使用されます。これらの材料は基材としてポリテトラフルオロエチレン（PTFE）を使用していますが、これらの積層材料に含まれる唯一の成分ではありません。必要な材料特性を持たせるために、補強材や充填材も使用されます。

市販のPTFEベースの材料は、補強ありまたはなしで提供されていますが、信頼性と機能性を確保するためには、設計者が必要なものを指定することが求められます。ボードに適当なPTFEベースの材料を選ぶ前に、PTFE積層材の充填材と補強材がボードの動作にどのように影響するかを理解しておくことが重要です。

PTFE積層材の材料成分

PTFEベースの材料には、その材料特性を定義する2つの主要な材料成分が含まれています：

• 補強材 - 剛性を提供
• 充填材 - 材料特性をエンジニアリングするために使用されるセラミック粉末

PCBで使用されるPTFE積層材は、積層材の材料特性をエンジニアリングするためにセラミック粒子を充填材として使用します。材料特性への具体的な影響は、使用されるセラミックの種類と基板内の含有量によって異なり、これは主にPTFE積層材の製造業者の知的財産です。

セラミックフィラーの使用に加えて、熱的、機械的、電磁的特性をエンジニアリングするために、PTFEベースの積層板はPTFEマトリックス内に補強を含むことができます。

ガラス織物補強

ガラス補強は、RF PCB用のPTFEベースの材料で使用される標準的な補強です。これらの補強は、標準的なエポキシ-ガラス繊維積層板に見られる同じ織りガラスファブリックスタイルです。PTFE積層材料の剛性がFR4に比べて低いため、信頼性を確保するために必要であれば、補強によってボードの全体的な剛性を高めることができます。また、ハイブリッドスタックアップを含むスタックアップ全体でのドリリングを簡素化します。

補強に使用される典型的なガラススタイルには、次のものがあります：

• 1078
• 106
• 1080
• スプレッド/フラットガラス

これらの織りスタイルはどのように異なり、回路全体での位相応答にどのような違いを生み出すのでしょうか？一般に、より開いた織りは、相互接続の目標位相応答と実際の（測定された）位相応答との間により大きな偏差を生み出します。これは、典型的なファイバーウィーブ効果です。位相配列アンテナなど、位相に敏感なシステムにとっては悪影響です。

目標位相応答を持つシステムを設計および製造する必要がある場合、広がり/フラットガラス補強を使用するか、まったく補強を使用しない方が良いでしょう。また、不織布ガラスやセラミック補強もあります。

不織布ガラス補強

完全にランダムなガラス補強のタイプもあります。このPTFEベースの材料では、織り補強ラミネートで見られるのと同じレベルの機械的剛性を通常見つけることができますが、織り補強ラミネートで見られる繊維織り効果のレベルは同じではありません。PTFEラミネートでの不織布ガラスの使用は、すべてのメーカーがこのオプションを材料で提供しているわけではないため、あまり一般的ではありません。しかし、提供されている場合（下記参照）、織り補強と不織布補強のPTFEの材料特性は似ています。

セラミック補強対セラミック充填

ガラス補強の使用により、PTFEベースの材料をPCBスタックアップでより薄く使用できるようになり、PTFEマトリックスに剛性を強制する必要があります。しかし、ガラスだけが利用可能な補強材ではありません。セラミック補強もまた、剛性を提供するために使用されます。これらの補強材は充填剤としての機能も提供しますが、ガラス織物としての機械的補強を提供するわけではありません。

セラミックを補強材として取り上げるのは、これらの材料が時にはセラミック補強として特に指定されるからです。セラミック補強には織り方が含まれていないため、PCBラミネートに繊維織り効果はありません。しかし、セラミック補強とセラミック充填の間の線は曖昧であり、一部のベンダーはこれらの用語を交換可能に使用する場合があります。材料選択を最終決定する前に、意味のある違いがあるかどうかを確認することが重要です。

無補強

最後に、セラミック微粒子フィラーと添加剤のみを含む無補強のPTFEラミネートがありますが、他の補強材は含まれていません。入手可能なPTFEベースのラミネート製品の多くは、補強されているか無補強のいずれかで提供されています。ほとんどの設計者は、自分のPTFEラミネートが無補強であると想定していますが、正確に必要なものを指定しない限り、製造業者の材料在庫に左右されることになります。

利点：なぜ補強されていない材料を使用するのでしょうか？これは、基板材料内のインターコネクトに沿って、補強が繊維ウィーブやスキュー効果を生じる可能性を排除したい場合に行います。これがこれらの材料の主な利点であり、特にレーダーのような非常に高周波システムでの使用に適しています。高密度先進レーダーでは、外部ビルドアップ層のブラインドビアを使用する場合にも、以下の利点があります：

• 位相整合されたRFラインを横切るスキューの排除
• 繊維束が重なるナックルエリアの排除

欠点：補強されていないPTFEベースの材料の主な欠点は、スタックアップに適用され硬化する前の剛性の欠如です。これは、特にドリルホールやパッドで、層間の位置ずれを引き起こす可能性があり、わずかな不整合が生じることがあります。上述した現代のボードでは、これは非常に高周波でのリターンロスの重要な原因となる可能性があります。

これらの材料が常に大きなミスレジストレーションを持つとは言いたくありませんが、製造業者がこれらの材料の取り扱いに慣れていない場合、大きなミスレジストレーションを持つ可能性があります。ロジャースのアプリケーションエンジニアが、これらの非補強ラミネートを「濡れた麺」と表現しているのを聞いたことがあります。つまり、非常に柔らかく、スタックアップに追加される際に曲がることがあります。非補強を使用する場合は、製造業者がこれらの材料の取り扱いに慣れていることを確認してください。

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