28Gbpsを超える高速伝送や高周波回路(RF)の設計において、基板材料(レジン、ガラスクロス、銅箔)の選定は信号品質を左右する極めて重要な要素です。

一般的に、伝送損失は「誘電正接(tan δ)」と「誘電率(εr)」の低さに依存します。以下に、主要な材料区分と代表的な製品を整理しました。


1. 低損失材料の主要カテゴリー

信号の周波数が高くなるほど、熱として失われるエネルギー(誘電体損失)が増大するため、用途に応じたグレード選定が必要です。

グレード 主な用途 誘電正接 (tanδ @10GHz) 代表的な製品例
汎用 (FR-4) 一般電子機器 0.015 ~ 0.020 一般的なFR-4材
Mid Loss 10Gbps以下 0.010 ~ 0.015 Megtron 4 (パナソニック)
Low Loss 10~28Gbps 0.004 ~ 0.008 Megtron 6, IT-968 (ITEQ)
Ultra Low Loss 28~56Gbps 0.002 ~ 0.004 Megtron 7, Tachyon 100G
Super Low Loss 112Gbps+, 6G, RF < 0.002 Megtron 8, フッ素樹脂 (PTFE)

2. 損失を構成する3つの要素

28Gbpsクラスの設計では、樹脂(レジン)だけでなく、以下の要素も複合的に考慮する必要があります。

誘電体損失 (Dielectric Loss)

樹脂自体の特性です。吸湿性も重要で、湿度によって特性が変化しにくい材料(低吸水率)が求められます。

  • PPE/PPO樹脂: 低損失材の主流。Megtronシリーズなどで採用。

  • フッ素樹脂 (PTFE): 最も低損失だが、加工難易度とコストが高い。

導体損失 (Conductor Loss / Skin Effect)

周波数が高くなると電流が銅箔の表面のみを流れる「表皮効果」が顕著になります。

  • 低粗度銅箔 (VLP/HVLP): 銅箔表面の凹凸を極限まで減らし、信号の「遠回り」を防ぎます。28Gbps以上ではHVLP(Hyper Very Low Profile)の使用が推奨されます。

ガラスクロス (Glass Cloth)

基板の芯材となるガラスクロスの編み目による「スキュー(信号の遅延差)」が問題になります。

  • フラットグラス: 糸の隙間を無くし、誘電率のムラを抑えることで、差動信号の位相ずれを防止します。


3. 実装・設計上の注意点

低損失基板を採用する際は、以下のトレードオフに注意が必要です。

  • コスト: 高グレードな材料(Megtron 7等)はFR-4の数倍以上の価格になります。

  • 加工性: 低損失材は硬く、ドリルの摩耗やスルーホール加工の難易度が上がることがあります。

  • 混載基板 (Hybrid Stack-up): 全層を高価な材料にするのではなく、高速信号層のみを低損失材にし、電源・グランド層をFR-4にする「ハイブリッド積層」でコストを抑える手法が一般的です。

28Gbpsの評価ボード自作や、特定のインピーダンス整合(50Ω/100Ω)に関するシミュレーション値など、より具体的なパラメータが必要でしょうか?

 

 

 

出典:Google Gemini (Gemini は AI であり、間違えることがあります。)

 

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