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Gbps伝送には低tanδ材

計測のためのA-Dコンバータ実装術


高速データ信号伝送には，低比誘電率と低誘電正接をもつ基板材質が重要であり，FR4やPPE，セラミックなどが一般的な選択肢である　〈著：藤森弘己〉

【出典】：［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点

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Gbps伝送に適した基板材質の特性

高速データ伝送，特にギガビット毎秒（Gbps）レベルの信号を扱う際には，基板材質の選定が非常に重要になります．信号の品質を保つためには，主に2つの特性に注目します．1つは基板の比誘電率（εr）が低いことです．比誘電率が低いと信号の伝播速度が速くなり，タイミング調整が容易になります．もう1つは誘電正接（tanδ）が小さいことです．誘電正接が小さい基板は信号損失が少なく，伝送品質が向上します．

一般的に使用される基板材質にはFR4，PPE（ポリフェニンエーテル樹脂），セラミック，セラミック・フィラー樹脂，PTFE（ポリ・テトラ・フルオロ・エチレン）などがあります．これらの中で，FR4はコストが低く加工性に優れていますが，比誘電率が高めで損失も大きくなりやすいです．PPEは加工性が良好で低比誘電率，低誘電正接をもち耐熱性もあります．セラミックは耐熱性と絶縁性が高く，低比誘電率と低誘電正接を兼ね備えていますが加工は難しいです．セラミック・フィラー樹脂は加工性がよく，低損失で高絶縁性が得られます．PTFEは高周波特性に優れており，耐熱性と絶縁性も高いですがコストが高い特徴があります．

A-Dコンバータ実装における基板選択のポイント

高速A-Dコンバータを実装する場合，基板の材質選択が性能に直結します．高速データ信号の伝送品質を維持するため，信号経路の損失を抑えつつ伝播速度を確保しなければなりません．比誘電率が低い材質を選ぶと信号遅延が少なくなり，タイミングのずれを減らせます．誘電正接が小さい材質は信号減衰を抑制し，信号対雑音比の向上に寄与します．

実際の設計では，コストと性能のバランスを考慮しつつ，用途に応じて材質を選択します．高精度なアナログ回路や高周波回路ではPTFEやセラミック系の基板を用いることが多いです．これらは高周波特性がよく，安定した伝送が可能です．一般的なディジタル回路や低コストを重視する場合はFR4やPPEが選択されます．特にPPEは低誘電正接でありながら加工性もよいため，性能と製造性の両面で優れています．