高周波回路材料用銅箔 – 6層基板にRO4350B + IT-180AハイブリッドPCB設計を採用

製品の説明

高周波回路材料用銅箔 低損失基板設計のセレクションガイド

 

Q: 高周波 PCB にとって銅箔の選択が重要なのはなぜですか?

A: 銅箔の表面粗さは、高周波設計、特に 1 GHz を超える設計における信号の完全性に影響を与える重要な要素です。粗さにより、表皮効果により導体表面近くに集中する高周波電流がより長い実効経路を移動し、電磁エネルギーが熱に変換され、挿入損失が増加します。

 

ミリ波周波数では、標準の電着 (ED) 箔は平滑箔と比較して導体損失が 2 倍または 3 倍になる可能性があります。 RO4350B (RF 層) と IT-180A (コア層) を組み合わせた 6 層ハイブリッド PCB の場合、5G およびマイクロ波アプリケーションに必要な低損失性能を達成するには、適切な銅箔を選択することが不可欠です。

 

 

1. 銅箔の製造 - ED 対 圧延

PCB ラミネート用の銅箔は、2 つの根本的に異なるプロセスを通じて製造され、その結果、独特の表面特性と電気的性能が得られます。

 

電着 (ED) 銅

ED プロセスでは、銅が硫酸銅溶液から回転チタン ドラム上に電気化学的に堆積されます。ドラム面 (滑らかな面) は誘電体に面し、マットな面 (粗い面) は外側に面します。マット面には密着性を高めるための追加処理が施されています。

 

結晶構造:ED 銅結晶は箔の Z 軸に沿って縦方向に成長し、箔面に垂直な長い結晶境界を持つ「ピケット フェンス」構造を形成します。

 

粗さ:ED フォイルは通常、圧延銅と比較して表面粗さ (Rz = 5 ～ 12 µm) が高く、処理面はドラム面よりも大幅に粗くなっています。

 

アドバンテージ：コストが低くなり、可用性が広がります。

 

 

圧延銅

圧延銅は、純銅のビレットから始まり、厚さを減らすための連続的な冷間圧延操作によって製造されます。表面平滑度は圧延機の条件に依存します。

 

結晶構造:圧延された銅の結晶は冷間圧延中に壊れて押しつぶされ、その結果、箔面とほぼ平行に整列した、より小さく不規則な球形の形状が得られます。

 

粗さ:圧延銅は通常、最も滑らかな銅箔タイプであり、非常に低いプロファイル (Rz < 3 µm) を備えています。

 

アドバンテージ：滑らかな表面と優れた伸びにより、高周波用途に優れています。

 

 

2. 銅の粗さ – 重要な損失メカニズム

DC では、電流は導体の断面全体に均一に分布します。周波数が増加すると、電流は導体表面に向かって集中します。

 

表皮深さ δ は次のとおりです。

δ = 1 / √(π・f・μ・σ)

銅の 10 GHz では、δ ≈ 0.66 µm。

 

粗さ対表皮深さの比

重要なパラメータは、RMS 粗さと表皮深さの比 (Rrms/δ) です。周波数が増加し、表皮深さが減少すると、粗さは比例して大きくなります。

比 (Rrms/δ)	損失への影響
< 0.1	影響は無視できる (<2% の追加損失)
0.1～1.0	中程度の影響 (10 ～ 50% の追加損失)
> 1.0	深刻な影響 (50 ～ 100% 以上の追加損失)

 

標準用EDフォイル（Rrms≒3～4μm）約 5 GHz を超えると、この比率は 1.0 を超えます。これは、まさに最新の 5G およびミリ波システムの動作範囲です。

 

ホール・ヒューレーモデル

IPC および IEEE コミュニティは、物理的に最も正確な粗さ補正係数として Huray の「雪だるま」モデルを採用しました。古い Hammerstad モデル (2 倍の補正係数で飽和) とは異なり、Huray モデルは粗い表面を球状の突起の集合として表し、標準箔のミリ波周波数で 2.5 ～ 3.5 倍の粗さ損失係数を正確に予測します。

 

 

3. 銅箔の粗さ測定

Rogers は白色光干渉法を使用して銅箔の粗さを特徴付け、Sq (RMS) プロファイルを報告します。研究によると、処理された側面プロファイルは導体損失と最もよく相関します。

 

箔の種類別の代表的な粗さの値

箔の種類	重さ	誘電体側面平方 (μm)	上面平方 (μm)	製品
巻いた	1オンス	0.4	0.3	RT/デュロイド、RO3003、RO3035、6202
巻いた	1/2オンス	0.4	0.3	同上
ED (RO4350B)	1オンス	3.2	0.4	RO4350B、RO4003C、RO4360G2
ED (RO4350B)	1/2オンス	2.8	0.4	RO4350B、RO4003C
ロプロ®	1オンス	0.9	1.3	RO4003C、RO4350B、RO4835
ロプロ®	1/2オンス	0.9	0.8	RO4003C、RO4350B、RO4835
ED ロープロファイル RT	1オンス	1	1.3	CLTE、DiClad、IsoClad
ED ロープロファイル RT	1/2オンス	1	0.8	CLTE、DiClad、IsoClad

 

出典: Rogers Corporation 銅箔データシート

重要な洞察: 誘電体側の粗さ (積層体に接着された表面) は、導体損失の主な要因です。圧延銅 (Sq = 0.4 µm) は最も滑らかな表面を提供しますが、RO4350B の標準 ED フォイル (Sq = 2.8 ～ 3.2 µm) の粗さは大幅に高くなります。

 

 

4. ハイブリッドスタックアップフォイルの考慮事項

6 層ボードはRO4350B + IT-180A ハイブリッド積み重ね:

 

ブラインドビア (L1-L2、L3-L6)エッジメッキとエッジメッキはさらに複雑さを増し、メッキパラメータと表面処理の正確な制御が必要になります。

 

比較表 – 高周波 PCB 用の銅箔オプション

財産	標準ED	圧延銅	ロプロ®	HVLP
粗さ(平方)	2.8～3.2μm	0.3～0.4μm	0.9μm	0.6～1.2μm
粗さ(Rz)	8～12μm	< 3 μm	3～5μm	1.5～3μm
挿入損失 @ 10 GHz	高い	非常に低い	低い	非常に低い
耐熱衝撃性	適度	素晴らしい	良い	良い
はく離強度	高い（粗い = 接着力が優れている）	より低い	適度	適度
料金	低い	高い	ミッド	高い
主な用途	一般的な RF、コスト重視	航空宇宙、極度の熱	高周波デジタル、ミリ波	25G ～ 112G SerDes、ミリ波

 

 

 

応用分野

• 車載レーダー (77 GHz)
• ハイパワーRF
• 航空宇宙/防衛
• フェーズドアレイアンテナ
• 高速デジタル (56G/112G PAM4)

 

 

Q1: 圧延銅はなぜED銅より耐熱衝撃性に優れているのですか?

A: 圧延銅は永久変形に達する前の弾性伸びが優れています。 ED 銅は、狭い導体での急速な熱サイクル下で応力亀裂を引き起こす可能性があります。

 

 

Q2: LoPro® フォイルとは何ですか?いつ使用すればよいですか?
A: LoPro® は、滑らかな表面 (Sq = 0.9 μm) を備えた Rogers の薄型銅箔です。 RO4000 シリーズの材料で使用でき、標準の ED フォイルと比較して高周波での挿入損失を大幅に低減します。

 

 

Q3: RO4350B + IT-180A ハイブリッド ボードにはどのフォイルが推奨されますか?
A: RO4350B の外層 (RF クリティカル) については、挿入損失を最小限に抑えるために LoPro® または圧延銅をお勧めします。 IT-180A コア層 (電源/グランド) には、標準の ED 銅線で十分です。

 

 

Q4: フォイルの選択はインピーダンス制御に影響しますか?
A: はい。粗さが大きくなると実効誘電率が増加し、インピーダンスが数オーム変化する可能性があります。これは、インピーダンス計算機で考慮する必要があります。

 

 

お問い合わせ

専門の PCB サプライヤーとして、当社は高周波設計向けの包括的な銅箔選択ガイダンスを提供します。当社はすべての主要な箔タイプに対応しており、特定の用途に最適なオプションの選択をお手伝いします。

 

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