5Gの異なる周波数帯域におけるPCB回路材料の選択とその影響

5Gへの切り替えは多くの業界にとって重要な決断となるが、切り替えの可否はそのアプリケーションや業務によって異なる。競争力を維持するために新技術を迅速に採用する必要がある業界もあれば、時間をかけたい業界もあるだろう。どの業界であっても、新しい高速材料の使用に伴う潜在的なコストを考慮する必要があります。プリント基板のスタックアップ時間は、高速材料によって大幅に増加する可能性があるため、時間をかけて正しい決断をする価値があります。

誘電率

PCB材料の選択に関して、誘電率は重要な考慮事項です。誘電率は、温度変化にさらされたときに材料がどの程度の速さで膨張・収縮するかを決定します。PCB材料の熱伝導率は、通常、1メートルあたり1ケルビンあたりのワット数で測定されます。誘電体材料によって熱伝導率は異なります。例えば銅の熱伝導率は386W/M-oCです。

PCB材料を選択する際、基板の実効誘電率が電磁波の速度に影響することを覚えておいてください。PCB基板材料とトレース形状の誘電率は、信号が回路をどれだけ速く伝わるかを決定します。

誘電率は、5Gネットワーキング用のPCB材料を選択する際の重要な考慮事項である。誘電率が高いと電磁信号を吸収し、通信の感度が低下する。したがって、誘電率の低いPCB材料を選択することが極めて重要です。

トレース厚さ

5G技術の周波数範囲は、これまでの無線通信技術よりも広い。これは、より短い構造が信号によって励起されやすいことを意味する。通常、PCBトレース1本の波長は1センチメートルである。この周波数範囲であれば、トレース1本でも立派な受信アンテナになる。しかし、周波数帯域が広くなるにつれて、PCBトレースの感受性は高くなります。したがって、最適なシールド方法を決定することが不可欠です。

5G規格の周波数帯域は、ローバンドとハイバンドの2つに分かれている。第1バンドはミリ波領域で、第2バンドは6GHzの閾値以下である。30GHzと77GHzを中心とする帯域がモバイルネットワークに使用される。

つ目の帯域はローバンドで、遠隔地の風力発電所や採掘作業、油田と通信するためにエネルギー分野で一般的に使用されている。また、農業のスマートセンサーを接続するためにも使われる。ミッドバンド5Gは1.7GHzから2.5GHzで通信し、速度とカバレッジのバランスがとれている。広いエリアをカバーし、比較的高速な通信速度を提供するように設計されているが、それでも家庭のインターネットより速い。

コスト

電子製品の製造において、プリント基板の材料選択は非常に重要である。5Gのような高い周波数帯で製造する場合、多くの課題があります。幸いなことに、PCBA123はこの新しい周波数帯域の要件を満たす材料ファミリーを作成しました。

5Gネットワークで使用される高いキャリア周波数は、より高いデータレートと低遅延を可能にする。これにより、より多くのデバイスの接続性が向上する。つまり、5Gがモノのインターネットの標準になる可能性があるということだ。しかし、周波数帯域が増えるにつれて、デバイスの複雑さも増す。

幸い、プリント基板のコストを下げる方法はいくつかある。例えば、Tgの低い低損失液晶ポリマーを使うという方法がある。このオプションはコストを下げることができる反面、誘電率に関する新たな懸念が生じる可能性がある。また、低温用途に適したフレキシブル・セラミックやポリイミドを使用する方法もあります。

熱膨張

高周波プリント基板回路には、熱膨張特性の異なる材料が必要です。FR-4は高周波回路で最も一般的に使用される材料ですが、損失を最小限に抑えるために使用できる材料は他にも数多くあります。これらの材料の中には、純粋なポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、セラミック充填PTFE、炭化水素セラミック、高温熱可塑性プラスチックなどがあります。これらの材料はDk値が異なり、損失係数は表面の汚染物質、ラミネートの吸湿性、製造温度に基づいています。

5G技術で使用されるPCB回路材料は、より高い温度変化に耐える必要がある。耐熱性を高めることで、既存の回路基板加工設備を使用して回路基板を加工できるようになる。さらに、5G技術では、より高品質なPCB材料が必要となる。例えば、Isola MT40は厚さ方向の熱膨張係数が小さく、Dk/Dfが0.03であることから、高周波用途に適した材料であることがわかる。

シグナル・インテグリティを確保するため、5Gシステムには高速・高周波部品が必要となる。効果的な熱管理によって、これらのコンポーネントは可能な限り高速で動作するように設計することができます。熱伝導率（TCR）は、温度に対する基板の誘電率を測定する特性である。回路が高周波動作にさらされると発熱し、誘電性能が低下します。