ビア打ちによる基板共振対策

初めての5G/6G無線機開発


図　グラウンド・プレーンの強心による影響を解析する方法を紹介する．基盤の仕上がりを確認するための新しい手法も提案されている　〈著：加藤隆志〉

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ビア打ちによる基板共振の問題点

5Gや6Gの無線機開発において，基板のグラウンド・プレーンの共振が問題になります．グラウンド・プレーンが共振すると，電磁波のエネルギが不要に吸収され，基板の性能低下や信号の劣化につながります．共振の発生状況を詳細に把握するには電磁界解析が必要ですが，無料で利用できるSonnetLiteなどのツールを用いると解析できます．

解析結果では，ビアがない状態の基板は約4分の3波長に相当する共振が発生し，グラウンド・プレーンに強い電流密度が集中するようすが確認されます．これにより，エネルギが電源や信号線から吸い取られ，性能低下やノイズ増加の原因になります．共振を防ぐためには，基板上に一定間隔でビアを打つことが効果的です．一般的に，波長の1/10以下の間隔でビアを配置すると，共振を抑制しやすくなります．ビアを適切に配置した基板では，電流分布が均一になり，不要なエネルギの吸収を抑制可能です．

基板製造品質の検証方法と注意点

基板の共振対策としてビアを打つことは重要ですが，製造品質の検証も欠かせません．特に5G/6Gの高周波回路では，基板断面の構造やビアの位置精度が回路性能に大きく影響します．製造後の基板検査にはX線CTを用いた非破壊検査が有効です．X線CTでは基板を任意の断面で切断したかのように3D画像を生成でき，内部構造や銅の厚み，エッチングの状態を詳細に観察可能です．

検査により，銅箔の厚みムラや過剰なエッチングによる配線の細さ，ビアの位置ずれなどが判明します．特にビアの位置ずれは電磁特性に悪影響を及ぼすため，基板メーカの選定基準に含めるべき重要なポイントです．こうした検査結果を基に製造工程の改善やメーカの選定を行い，信頼性の高い基板製造を目指すことが求められます．

ビア打ちと基板共振対策のポイント

基板上の共振はグラウンド・プレーンの強心化が原因
波長の1/10以下の間隔でビアを配置して共振を抑制
電磁界解析ツールで電流分布を確認し対策効果を検証
X線CTによる非破壊検査で基板内部構造の品質を評価
ビア位置のずれや銅箔の状態を基板メーカ選定の判断材料に活用

〈著：ZEPマガジン〉

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参考文献

Arm M4/M7/DSP×500MHz！STM32H7ハイスペック計測通信Module開発，ZEPエンジニアリング株式会社．
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