Rogers PCB とは何ですか?

電子技術の発展に伴い、電子製品の製造には高周波材料など、ますます多くの材料が必要になります。

Rogers PCBを例に挙げましょう。Rogers PCB材料は、Rogers社が製造する高周波基板の一種で、従来のPCB基板用エポキシ樹脂とは異なり、中間にガラス繊維を含まず、セラミックベースの高周波材料です。回路の動作周波数が500MHzを超える場合、設計エンジニアが使用できる材料の範囲は大幅に狭まります。

Rogers PCB材料は、優れた誘電率と温度安定性を備え、誘電率の熱膨張係数は銅箔と非常によく一致しているため、PTFEポリテトラフルオロエチレン基板の欠点を改善することができます。高速設計だけでなく、商用のマイクロ波およびRFアプリケーションにも非常に適しています。

吸水性が低いため、湿度の高い環境での理想的な選択肢として使用でき、高周波基板業界の顧客に最高品質の材料と関連リソースを提供し、製品の品質を根本的に管理します。

一般的に、ロジャースPCB高周波基板とは、1GHzを超える周波数のPCBプリント回路基板を指します。その物理的性能、精度、および技術的パラメータは非常に厳しく、通信システム、自動車衝突防止システム、衛星システム、無線システムなどの分野で広く使用されています。

ロジャースPCBボード材料シリーズの分類

ロジャースPCBボード材料RO3000®シリーズ：

セラミック充填PTFE回路材料をベースにしたモデルは、RO3003G2™、RO3003™、RO3203™、RO3035™、RO3006™、RO3010™、RO3210™です。Rogers PCB基板材料RO4000®シリーズ：Ro4000セラミック充填炭化水素ラミネートおよびプリプレグは、業界をリードする製品シリーズです。モデルには、RO4003C、RO4350b、RO4360G2、RO4830、RO4835T、RO4533、RO4534、RO4535、RO4725JXR、RO4730G3が含まれます。

Rogers PCBボードの材質 RT/duroid® ラミネート:

RT/Duroid®高周波回路材料は、PTFEフィラー（ランダムガラス繊維またはセラミック）を含む複合積層板で、高信頼性、航空宇宙および国防用途に適しています。RT/duroid® 5880、RT/duroid® 5880lz、RT/duroid® 5870、RT/duroid® 6002、RT/duroid® 6202などが含まれます。

ロジャースPCBボード材料TMM®シリーズ：

セラミック、炭化水素、熱硬化性ポリマーをベースとした複合材料、型番：TMM3、TMM4、TMM6、TMM10、TMM10i、TMM13i など。

ロジャースPCBパラメータの詳細な分析

1. Rogers PCB ボード基板は吸水性が低く、吸水性が高いと濡れたときに誘電率と誘電損失が発生します。

2. Rogers PCB ボード基板と銅箔の熱膨張係数は一致している必要があります。一致していないと、熱と寒さの変化時に銅箔が分離してしまいます。

3. ロジャースPCB基板の基板材料の誘電損失（Df）は小さくなければなりません。これは主に信号伝送品質に影響を与えます。誘電損失が小さいほど、信号損失も小さくなります。

4. ロジャースPCB基板の誘電率（Dk）は小さく、かつ安定している必要があります。一般的に、小さいほど良いとされています。信号伝送速度は材料の誘電率の平方根に反比例します。誘電率が高いと、信号伝送遅延が発生しやすくなります。

現在、世界中で5Gのレイアウトが加速しています。従来の3G/4G基地局の分散アーキテクチャは、BBU、RRU、アンテナフィーダーシステムに分けられ、RRUとアンテナフィーダーシステムはフィーダーで接続されています。高周波化に伴い伝送損失のリスクが高まるため、RRUとアンテナフィーダーシステムを統合したアーキテクチャは、フィーダーにおける信号損失を低減し、伝送効率を向上させることができます。高集積化は、多数の散在部品をPCB基板に置き換えることを意味し、最終的にはPCB基板の単位使用率を増加させます。

ロジャースPCB材料の特性

 ラピッドPCBプロトタイピングにおいて、ロジャースPCBは特定の技術的ハードルを持つ特殊な回路基板であり、操作が難しく、コストも高くなります。一般的なPCBプロトタイピング工場では、製造が面倒すぎる、あるいは顧客からの注文が少ないため、あまり行わない、あるいはほとんど行わないといった状況が見られます。

Rogers PCB RO4350B材料は、RFエンジニアがネットワークマッチングや伝送線路のインピーダンス制御など、回路設計を容易に行えるようにします。RO4350Bは誘電損失が低いため、高周波アプリケーションにおいて一般的な回路基板材料よりも多くの利点を備えています。温度による誘電率の変動は、類似材料の中でほぼ最小です。広い周波数範囲において、誘電率は3.48と非常に安定しており、推奨設計値は3.66です。LoPra™銅箔は挿入損失を低減するため、ブロードバンドアプリケーションに適しています。

Rogers PCB RO4003は、従来のナイロンブラシで除去できます。電気を使わずに銅を電気めっきする前に、特別な処理は必要ありません。基板は従来のエポキシ樹脂/ガラスプロセスで処理する必要があります。通常、高TG樹脂システム（280°C+[536°F]]）はドリル加工中に容易に変色しないため、ドリル穴を除去する必要はありません。汚れが激しいドリル加工によって発生した場合は、標準的なCF4/O2プラズマサイクルまたは二重アルカリ性過マンガン酸塩プロセスで樹脂を除去できます。

RO4000材料の加熱要件は、エポキシ樹脂/ガラスの要件と同等です。一般に、エポキシ樹脂/ガラス板を加熱しない機器では、RO4003板を加熱する必要はありません。従来のプロセスの一部としてエポキシ樹脂/焼成ガラスを設置する場合は、300℃～250℃（121°F、149°F）で1～2時間加熱することをお勧めします。RO4003には難燃剤は含まれていません。赤外線（IR）ユニットにパッケージ化されたボード、または非常に低い伝送速度で動作しているボードは、700°F（371℃）を超える温度に達する可能性があることが理解できます。RO4003はこれらの高温で燃焼し始める可能性があります。赤外線還流装置またはこれらの高温に達する可能性のある他の機器を引き続き使用するシステムでは、リスクがないことを確認するために必要な予防措置を講じる必要があります。

RO3003は、高周波回路材料用のセラミック充填PTFE複合材料で、商用マイクロ波および無線周波数アプリケーションに使用されています。このシリーズは、競争力のある価格で優れた電気的および機械的安定性を提供するように設計されています。Rogers PCB Ro3003材料は、全温度範囲で優れた誘電率安定性を備えており、PTFEガラス材料を室温で使用した場合の誘電率の変化がありません。さらに、Ro3003ラミネートの損失係数は0.0013～10GHzと非常に低くなっています。

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FR4 素材とは何ですか?

FR4とロジャースPCBのどちらを選ぶかを決める前に、まず必要なFR4材料を把握することが重要です。FR4材料は、ガラス繊維布をエポキシ樹脂でラミネート加工した、非常に一般的な回路基板です。その最大の利点は低コストと優れた機械的強度にあり、コンピューターのマザーボードやテレビの回路基板など、様々な一般的な電子製品に広く使用されています。

しかし、高周波信号を伝送する必要がある回路の場合、FR4材料はやや不適切であるように思われます。なぜなら、FRXNUMXの誘電率は周波数によって変化するため、大きな信号損失と性能低下につながるからです。

FR4 または Rogers PCB 材料: どちらを選択すべきでしょうか?

以下は、FR4 誘電体材料と Rogers PCB 材料の比較表です。主要な特性、性能、およびアプリケーションの適合性の違いが示されています。

FR4 誘電体材料と Rogers PCB 材料のどちらを選択するかで最も重要な要素は、回路が使用される場所です。

FR4： 限られた予算で汎用の低周波電子製品を開発している場合は、FR4 で十分です。

ロジャース PCB: ただし、回路で RF 信号、マイクロ波、または高速デジタル信号 (5G 通信やレーダー システムなど) を処理する必要がある場合は、より安定したパフォーマンスと低い信号損失を提供する Rogers PCB を使用することをお勧めします。

もちろん、両方の材料を併用することも可能です。例えば、Rogersの回路基板材料とFR4誘電体材料を同じ基板上に組み合わせるなどです。これにより、性能を確保しながらコストを削減できます。これは多くの高度なアプリケーションで一般的なアプローチです。

ロジャース PCB & PTFE PCB: 高周波 PCB

無線周波数（RF）およびマイクロ波分野において、PTFE PCB（ポリテトラフルオロエチレンPCB）は非常に重要な高周波回路基板です。その最も優れた特徴は、極めて低い信号損失、強力な伝送性能、そして高温耐性です。そのため、レーダー、衛星通信、5G基地局、高周波通信モジュールなど、高性能が求められるデバイスによく使用されています。

Rogersの高品質PCB材料の多くは、PTFEをベースに開発されています。例えば、RogersのRT/duroidシリーズとRO3000シリーズはすべてPTFE PCBです。これらの材料は高周波環境下でも安定した誘電率を維持し、信号伝送損失が非常に低いため、高速回路やRF回路に最適です。

一方、従来のFR4 PCBは高周波特性が劣ります。誘電率が不安定で信号が減衰しやすいため、高性能製品の製造が困難です。そのため、5Gやレーダーなど、高周波または高信頼性が求められるプロジェクトに取り組んでいる場合は、Rogersの回路基板材料またはPTFE PCBを選択する方が適切です。

高周波帯域はPCB材料を高周波化させる

現在、世界中で5Gのレイアウトが加速しています。従来の3G/4G基地局の分散アーキテクチャは、BBU、RRU、アンテナフィーダーシステムに分けられ、RRUとアンテナフィーダーシステムはフィーダーで接続されています。高周波化に伴い伝送損失のリスクが高まるため、RRUとアンテナフィーダーシステムを統合したアーキテクチャは、フィーダーにおける信号損失を低減し、伝送効率を向上させることができます。高集積化により、多数の散在部品がPCB基板に置き換えられ、最終的にPCB基板の単位使用率が向上します。

5G時代は、次のような理由から高周波帯域を利用する必要があります（3GPPでは、5GNRがサポートする周波数範囲は450MHz～52.6GHzと規定されています）。

1. 最初の5世代の通信技術の反復を経て、低周波数帯域のリソースが占有され、XNUMXG開発に利用できるリソースは多くありません。

2. 周波数が高いほど、より多くの情報を載せることができ、リソースが豊富になり、伝送速度も高くなります（例えば、20MHzでは100MHzのチャネルを50つしか分割できませんが、20GHzでは1MHzのチャネルをXNUMX個分割できます）。負荷による共振現象や伝送線路効果の影響により、電磁波の周波数が高くなるほど減衰が大きくなります。 

高周波での効率的な伝送を実現するためには、送受信装置における信号損失を抑制する必要があり、対応する支持装置は従来の普通の基板から高周波基板（ロジャースPCB RO4350材など）に変更されます。具体的には、端末アンテナは当初PIを主材料とするFPC（フレキシブルプリント基板）を使用していましたが、誘電率（Dk、媒体が電子を遮断する能力）と誘電損失（Df、伝送媒体が電気エネルギーを熱エネルギーに変換する能力）がともに高いため、伝送効率が低くなります。そのため、PIをDkとDfが低い液晶ポリマー（LCP）に置き換える傾向がますます顕著になっています。 

現在、LCPはAppleのスマートフォンに導入されており、将来的にはLCP素材が主流になると予想されています。Appleを例に挙げると、iPhone XのLCPモジュール4個あたりの価格は、アンテナ5本あたり約XNUMX～XNUMX米ドルです。

基地局にも高周波材料（ロジャースPCB RO4350材など）が必要です。現在、主流はポリテトラフルオロエチレン（PTFE）または炭化水素PCB（誘電特性が非常に優れている）を使用することです。単価は約1.5～3倍に増加します。3G / 4G基地局RRUには高周波ACボードが必要です。その中でも、RFパワーアンプのPCBには高周波材料（ロジャースPCB RO4350材など）が必要です。4350G AAU中高周波ACボード用の高周波（ロジャースPCB RO5材など）PCBボードの需要が増加し、PCBボードに使用される高周波材料の量が増加し、単一のボードの価値が高まります。

高周波PCB基板は、高周波マイクロ波基板を用いた特殊な銅張積層板であり、高周波マイクロ波PCB基板とも呼ばれ、加工することで高周波PCB基板にすることができます。Rogers PCB高周波材料で作られたRogers PCB基板は、通信基地局や航空アンテナに広く使用されており、需要が高く、市場見通しも有望です。

ロジャースボードは、世界有数の特殊基板サプライヤーとして、世界市場シェア50%以上を誇り、基地局アンテナの高周波分野で20年の業界経験を誇ります。同社は米国に5つ目の研究開発センターを設立し、5G製品の研究開発に注力し、5GアンテナRF用高周波基板を発売しました。XNUMXG商用規模の拡大に伴い、同社は高性能かつ柔軟なソリューションの提供を目指しています。

市場は5Gの高周波基板の需要が大きいことを認識していますが、最も需要の弾力性が高いのは基地局アンテナ用のRogers PCB基板であることは知られていません。5Gアプリケーションの周波数帯域は4Gよりも高いため、ミリ波のRogers PCB基板への適応が必要であり、アンテナの開発動向は多重受信、多重送信、小型化へと向かいます。アンテナポート数は従来の4ポートや8ポートから64ポート、128ポートへと増加し、アンテナアプリケーション用のRogers PCB基板の需要は飛躍的に増加しています。

業界調査によると、5Gアンテナの初期設定材料の調達コストは3Gマルチモードアンテナの4～4倍と控えめに見積もられており、マルチ受信機・マルチ送信機アンテナに使用されるRogers PCB基板の数はマルチモードアンテナよりも多くなっています。そのため、5G基地局アンテナ用高周波基板の市場規模は少なくとも4～6倍に拡大しています。5G商用化時代の到来に伴い、Rogers PCB基板市場は大きな将来性を持っています。