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信号の速度について
信号の損失について
高周波回路としての精度の重要性


FR-4
テフロン基板
セラミック基板



ノイズの発生を抑えるためのプリント基板設計のポイント
高周波特性向上のためのプリント設計のポイント
品質向上のためのプリント基板設計のポイント







高周波回路としての精度の重要性

信号の伝達速度・損失をシビアに管理することが必要な高周波基板においては、プリント基板を作成する上では特に高い精度の信号配線を形成することが求められます。下記の公式は、配線のインピーダンスが回路の線幅・厚み・比誘電率がどのような影響を与えるかを示した公式です。

高周波基板を設計する際、信号ラインの配線は通常50Ωで行いますが、前頁の式からも分かるように回路の線幅、材料厚み、そして誘電率が安定していることが安定したインピーダンスに繋がります。言い換えれば、50Ωで設計を行った場合、回路線幅は基板の比誘電率とその厚みにより大きく変動することになります。さらに、回路線幅の違いはそのまま配線板の大きさに影響するので、仮に幅は半分に設定できると高周波基板の面積は1/4になります。高周波基板でよく使用されるテフロン製のプリント基板の場合、信号ラインの線幅の誤差は通常のレベルでも±25μm、厳しい物では15μmを要求される場合が多くなります。


コラム「誘電率」と「比誘電率」はどう違うの?

高周波基板の設計を行う場合、誘電率(ε)と比誘電率(εr)については、明確な区分けを行って取り扱う必要があります。なぜなら、伝送線路の計算を行う場合には、ε と εrを明確に分けて計算し、その値が違えば特性に大きな影響を及ぼし、想定していた性能が得られないからです。
比誘電率(εr、relative permittivity、dielectric constant)とは、媒質の誘電率と真空の誘電率の比のことであり、ε / ε0 = εrで表わされます。なお、真空の誘電率は 「ε0」 と表し、その値はε0 ≒ 8.85 * 10-12 F/m となります。
文献によっては誘電率と比誘電率の記載があいまいであったり、あるいは、テフロン基板のメーカーによっては一方は誘電率で表記されているものもあれば、他方は比誘電率で記載されているものもあります。従って伝送線路を設計するにあたっては、一つ一つ丁寧に確認を行うことが必要となります。



表皮効果とプリント基板の材質の関係

表皮効果とは、高周波の特徴の一つであり、プリント基板の配線部分に高周波電流を流したときにその導体の表面近くにだけ電流が集中する現象です。この表皮効果が発生すると導体の断面の一部しか電流が流れないので等価的に導体の抵抗が増加することになります。
高周波基板には誘電率の低いテフロン基板が採用されますが、誘電率が低い材質が選ばれる理由は、この高周波特有の表皮効果による損失を防ぐためです。高周波基板に使用される材質で議論される焦点が、テフロンやセラミックなどの誘電率なのは、実はこの高周波基板特有の表皮効果によるものなのです。

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