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RogersのPCB材料は、高周波・高速デジタルアプリケーションにおける優れた性能で広く認められています。マイクロ波アンテナアレイの設計でも、次世代ネットワーク向け通信モジュールの開発でも、基板の選択は信号品質とデバイスの信頼性に直接影響を及ぼします。設計において低信号損失、精密なインピーダンス制御、優れた熱安定性が求められる場合、Rogersのラミネートは、従来のFR4材料では到底実現できないニーズに応えます。
このガイドでは、Rogers PCB の基礎、多くの RF およびマイクロ波プロジェクトで 2 層構成が賢明な選択となる理由、最適な電気性能を得るために適切なラミネートを選択する方法について説明します。
標準的なFR4はガラス繊維とエポキシ樹脂を織り合わせたものですが、ロジャースの材料は特殊な炭化水素セラミックまたはPTFE複合材料をベースにしています。これらの高度な配合は、特に要求の厳しい高周波環境において優れた電気性能を発揮するように設計されており、セラミックやその他の低損失材料などの充填材を使用することで、誘電安定性と熱伝導性が大幅に向上します。
周波数と温度範囲にわたる誘電率（Dk）の一貫性により、ロジャースの材料はGHzレベルの速度で動作する回路に最適です。RO4350BやRO4003などの一般的に使用されている製品は、ロジャース・コーポレーションによって開発されており、同社の材料はRFおよびマイクロ波PCB設計のゴールドスタンダードとなっています。
さらに、ロジャースの基板は予測可能な機械的挙動を提供します。これには、優れた寸法安定性、低い熱膨張係数（CTE）、そして強化された剥離強度が含まれます。これらの特性により、製造時および長期運用時の反り、剥離、層ずれを軽減できます。
PCB の障害がシステム障害につながる可能性がある航空宇宙、軍事、通信分野のエンジニアにとって、Rogers のボードは不可欠なレベルの保証を提供します。
一見すると、FR4は手頃な価格と入手しやすさから、ほとんどのPCBプロジェクトで最適な選択肢のように見えます。しかし、信号周波数が数百MHzを超えると、FR4とRogersのパフォーマンスの差は顕著になります。
FR4材料の誘電率は通常4.5程度ですが、この値は高周波数域で変動する傾向があり、インピーダンス制御が不安定になります。また、FR4の誘電正接（Df）も非常に高く、0.02を超える場合が多く、GHz帯では信号減衰が大きくなります。
一方、ロジャースの材料は、広い周波数帯域にわたって安定したDk（約3.48～3.55）を維持し、積層板の種類によってはDfが0.0027と低い値を実現します。これにより、伝送線路やRFフィルターにおける信号損失の最小化、位相安定性の向上、そして優れた電力処理能力が実現します。
| 機能 | ロジャースPCB | FR4 基板 |
|---|---|---|
| 誘電率（Dk） | 安定（全周波数範囲で3.48～3.55） | 変動あり（4.2～4.8程度、頻度によって変動） |
| 損失正接 (Df) | 低い（約0.0027～0.0037） | 高（約0.02） |
| GHzにおける信号品質 | 素晴らしい | 悪い（高減衰） |
| 熱伝導率 | 良好（0.62～0.77 W/m·K） | 低い（約0.3 W/m·K） |
| 費用 | より高い | 低くなる |
| アプリケーション | RF、マイクロ波、高速デジタル | 汎用低速デジタル |
さらに、FR4の熱的制約は、高出力RF回路においては大きな問題となります。Rogersのラミネートは、優れた熱伝導性と高いガラス転移温度（Tg）を備えており、放熱をより効果的に制御し、熱暴走や基板の劣化のリスクを低減します。
5G モジュール、衛星トランシーバー、レーダー システムなど、タイミング精度、低ジッター、高速伝送が重要なシステムでは、Rogers は一貫したパフォーマンスを提供しますが、FR4 はボトルネックになります。
多層 PCB は複雑なデジタル システムによく使用されますが、多くの RF およびアナログ設計では、特に Rogers の材料を使用して実装する場合、2 層ボードのシンプルさと予測可能性のメリットを享受できます。
典型的な 2層ロジャースPCB 信号層と連続したグランドプレーンで構成されています。この構造は、精密なインピーダンス制御を可能にし、寄生インダクタンスを最小限に抑え、信号クロストークや放射エミッションのリスクを低減します。不要な層遷移を排除することで、信号パスはクリーンかつ効率的であり、これは波形の完全性を維持するために不可欠です。
製造性も向上します。積層、穴あけ、めっきの層数が少なくなるため、層間剥離、ビアクラック、樹脂ボイドといった製造欠陥のリスクが大幅に低減されます。また、2層基板は製造速度とコスト効率に優れているため、設計者は試作の柔軟性も向上します。
見落とされがちなもう一つの利点は、熱シミュレーションです。熱伝導率と熱流は構造が単純であればモデル化が容易になるため、ヒートシンク、銅箔、サーマルビアといった熱管理戦略をより確実に設計できます。
2 層の Rogers PCB は、多層スタックアップの複雑さとコストなしで高性能を必要とする RF 設計者に最適です。
高周波および通信集約型のプロジェクトをサポートするために設計された、専門メーカーから複数の種類の2層Rogersボードが提供されています。各モデルはそれぞれ独自の特性を備えており、特定の設計目標に適しています。
これは、低損失と信頼性の高い高周波性能を必要とする RF 回路向けの堅牢なソリューションです。 RO4350Bラミネート パワーアンプ、インピーダンス制御トレース、マイクロ波フィルタなど、幅広い設計に対応します。また、その機械的安定性により、標準的なFR4製造プロセスとの互換性も確保されています。
RO4003 コストと電気性能の両立が求められる量産向けに最適化されています。モバイルインフラ、GPSユニット、WLANデバイスに最適です。4350Bよりもわずかに高いDk値を備えながらも、低い信号損失と優れた熱信頼性を維持しています。
この構成により、アナログRF回路とデジタル回路を組み合わせた設計において、電流処理能力が向上します。また、銅箔が厚いため放熱性も向上し、特に電力コンバータやRFトランスミッターにおいて大きなメリットとなります。
これらの Rogers PCB は通常、材料本来の利点を維持するために、厳しい許容誤差と最適化された処理条件で製造されます。
RO4350BとRO4003を比較する場合、電気的特性と熱特性の微妙な違いが重要な設計変数となります。以下に、それぞれの特性を比較した内訳を示します。
| プロパティ | ロジャース4350B | ロジャーズRO4003 |
|---|---|---|
| 誘電率（Dk） | 3.48 @ 10GHz | 3.55 @ 10GHz |
| 散逸係数 (Df) | 0.0037 | 0.0027 |
| 熱伝導率 | 0.62W / m・K | 0.77W / m・K |
| ガラス転移温度 (Tg) | > 280°C | > 280°C |
| 体積抵抗率 | 1.7 × 10⁷ MΩ·cm | 1.0 × 10⁸ MΩ·cm |
| CTE (Z軸) | 32 ppm /°C | 46 ppm /°C |
RO4003 は熱伝導率が高いため、コンポーネントが密集した高密度ボードに最適です。一方、RO4350B は寸法安定性に優れているため、複数ボードのアセンブリや機械的に要求の厳しい環境に適しています。
Rogersベースの2層PCBは、損失や不安定性が許容されない様々なRFおよび高周波システムに採用されています。一般的な用途には以下が含まれます。
無線通信モジュール – LTE、5G、WLANフロントエンド
GPS受信機 – 位相安定基板が信号取得を改善
パワーアンプ – 高熱負荷下でもインピーダンス整合を維持
アンテナアレイと整合ネットワーク – 一貫した誘電体性能が重要
レーダーシステム – 低損失で正確な信号送受信が可能
IoTおよびセンサーデバイス - コンパクトな高周波設計のための効率的な信号パス
自動車用レーダーとインフォテインメント – 車載通信システム向けの耐久性と熱安定性に優れたプラットフォーム
設計者は、テレメトリ、飛行ナビゲーション、衛星制御ユニットなどの航空宇宙アプリケーションでも 2 層 Rogers ボードを活用します。
たとえ高品質の素材を使用していても、パフォーマンスは適切なレイアウトとスタックアップ設計に左右されます。以下に、考慮すべき重要な要素を挙げます。
インピーダンス整合
トレース幅、銅の厚さ、誘電体の間隔、リターンパスは慎重に計算する必要があります。Rogersの一貫したDkにより、これらの計算はFR4よりも信頼性が高くなります。
表面仕上げ
ENIGは、その平坦性と耐腐食性から、依然として最良の選択肢です。ただし、コスト制約とはんだ付けプロファイルによっては、浸漬銀やOSPも代替として有効です。
銅の重量と熱設計
電力レベルに応じて、0.5オンス、1オンス、さらには2オンスの銅箔からお選びいただけます。厚銅箔にサーマルビアとグランドポアを組み合わせれば、熱管理を効果的に行うことができます。
製造容易性を考慮した設計 (DFM)
常に PCB メーカーと連携して、最小ドリル サイズ、はんだマスク許容値、およびレイヤー スタックの互換性を定義します。メーカーは通常、最適な歩留まりを確保するために Rogers ボードの DFM ガイドラインを提供します。
高周波システムにおいて妥協のない信号忠実度と熱信頼性を求めるエンジニアにとって、2層Rogers PCBは信頼性と効率性に優れたソリューションを提供します。VictoryPCBは、RO4350B、RO4003、そしてお客様のRFおよびマイクロ波アプリケーションのニーズに合わせてカスタマイズされた銅厚を採用した、これらの高度な基板を提供しています。専門知識と精密な製造技術に裏打ちされたRogers PCBは、お客様の設計が常に意図したとおりに動作することを保証するように設計されています。
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