FR4対ロジャースPCB素材
FR4はPCB業界の主力製品であり、安価で広く入手可能であり、ほとんどのデジタルおよび低周波アナログ設計に適しています。Rogers（およびIsolaやTaconicなどの類似の高周波積層板）は、FR4の5～10倍のコストで、安定した誘電率、低損失タンジェント、マイクロ波周波数での優れた性能を実現しています。
FR4 (標準基板ラミネート)
FR4はガラス強化エポキシラミネートです。その誘電率は1MHzで約4.3から10GHzで約4.0まで変化し、その損失タンジェント (tanδ) は0.015～0.025で、約2〜4GHzまでは許容範囲です。
Advantages
- 非常に低コスト — ほとんどのPCB製造業者の標準材料
- 短いリードタイム—世界中で広く利用可能
- 2 GHz 以下のデジタル設計および RF 設計に適した特性を実現
- すべての標準PCBプロセスに対応
Disadvantages
- 高損失タンジェント (0.015～0.025) — 5 GHz を超えると著しい誘電損失
- 可変Δr — 織りガラスは局所的なΔr変動を引き起こし、制御されたインピーダンストレースに影響を及ぼす
- 吸湿率変化 δr — 屋外や湿度の高い環境では問題があります
- 5 ～ 10 GHz を超える設計には適していません
When to use
FR4は、すべてのデジタル設計、ミックスド・シグナル・ボード、および最大2.4 GHzのWiFi/BluetoothのRFに使用できます。慎重に設計すれば、FR4 を 5 GHz まで使用して損失耐性の低いアプリケーションを実現できます。
ロジャース高周波ラミネート（RO4003、RO3010など）
ロジャース材料は、セラミックを充填したPTFEまたは炭化水素/セラミック複合材で、φrは安定で（グレードによって3.5〜10.2）、損失正接は非常に低く（0.0013〜0.004）、正接損失は非常に低い（0.0013〜0.004）。δrの変動は温度と周波数によって0.5％未満です。
Advantages
- 低損失タンジェント (0.001—0.004) — 5 GHz 以上では必須
- 全温度範囲および周波数範囲で安定なΔr — 厳密な公差フィルタには不可欠
- 低吸湿性 — 信頼性の高い屋外および宇宙性能
- インピーダンスとアンテナ設計用に複数のδr値を選択可能
Disadvantages
- FR4よりも5〜10倍高価です
- より長いリードタイム — 特殊材料
- エッチングと加工が難しい—製造者が少ない
- 一部のグレードのコネクタでは熱膨張係数 (CTE) の不一致が大きい
When to use
Rogersは、マイクロ波およびミリ波PCB（5〜77 GHz以上）、高精度RFフィルター、フェーズドアレイアンテナ、車載レーダー（77 GHz）、衛星トランシーバー、および低挿入損失または5 GHz以上の安定したインピーダンスを必要とするあらゆるアプリケーションに使用できます。
Key Differences
- ▸ロスタンジェント:FR4 = 0.015—0.025; ロジャース RO4003 = 0.0027 — ほぼ 10 倍低い
- ▸FR4Δrは周波数と水分によって変化します。ロジャースΔrは0.5％未満まで安定しています
- ▸FR4コスト:~1～2/in²; ロジャース:~10—20ドル/in² — 5—10× プレミアム
- ▸FR4は約2～4GHzまで許容可能。ロジャースは5GHzから77GHz以上で使用可能
- ▸ほとんどの設計では、RF スタックアップ層 (ハイブリッドスタックアップ) にのみ FR4 と Rogers を使用します。
Summary
マルチレイヤー RF ボードの 2.4 GHz 以下のすべてのレイヤーおよびデジタルレイヤーには FR4 を使用してください。損失、Δr 安定性、または周波数が必要な場合（通常は 5 GHz 以上）は、ロジャース（または同等のもの：アイソラ、タコニック、PTFE）に切り替えてください。ハイブリッドスタック (FR4+ロジャース) は、必要に応じてRF性能を実現しながらコストを抑えるため、RF/デジタル混合設計では一般的です。
Frequently Asked Questions
2.4 GHz WiFiにはどのロジャース素材を使用すればよいですか？
2.4 GHz の WiFi には FR4 で十分です。非常に低い挿入損失、高い Q 値の共振器、または厳しいインピーダンス許容値が必要な場合を除き、一般に 5 GHz 未満ではロジャースは必要ありません。FR4からアップグレードする際の一般的な出発点は、ロジャースRO4003C (δ=3.55、tanδ = 0.0027) です。
FR4とロジャースを1つのPCBに混在させることはできますか？
はい。ハイブリッドスタックアップは、ロジャース高周波層とFR4デジタル層を組み合わせたものです。Rogers 層は RF ルーティングを処理し、FR4 層は電源、グランド、デジタル信号を処理します。これにより、必要な RF 性能を実現しながらコストを削減できます。スタックアップは、材料のCTEに合わせて慎重に設計する必要があります。
FR4の誘電率はどれくらいですか？
1MHzでFR4δ≈4.2—4.4、周波数分散により10GHzで約3.8—4.1に低下します。また、編まれたガラスの織り方によって、局所的なμrのばらつきも生じます。インピーダンス制御設計では、ほとんどの製造業者は4.2±0.2を使用します。これをロジャースの RO4003C と比較してください。10 GHz で δ= 3.55 ± 0.05 になります。
77 GHz車載レーダーにはどのような材料が使われていますか？
77 GHzの自動車用レーダー基板は、ロジャースRO3003 (δ=3.0、tanδ=0.001) または同様の超低損失材料を使用しています。77 GHz（空気中ではλ≈2 mm）での厳密な波長許容誤差を実現するには、0.5% 未満のΔr安定性と非常に低い損失が必要です。柔軟性を考慮して液晶ポリマー (LCP) を使用する設計もあります。