誘電率

PCB設計における誘電率とは?

誘電率(Dk、比誘電率とも呼ばれます)とは、PCBの銅層の間にある絶縁材料の基本的な電気特性です。真空を基準として、その材料が電界中に電気エネルギーを蓄える能力を表します。PCB設計において、誘電率は二つの重要なパラメータを直接決定します。信号が基板を伝わる速度(Dkが高いほど遅い)と、伝送線路としての配線の特性インピーダンス(同じ形状であればDkが高いほど低い)です。

標準的なFR-4の誘電率は1GHzでおよそ4.2から4.5ですが、この値は周波数、温度、使用される樹脂系によって変化します。またDkはガラス繊維補強材の織りパターンによっても変わり、ガラスの織り目に対する配線の位置関係次第で局所的なインピーダンスのばらつきを生じさせます。より均一な誘電特性が必要な設計では、織り目によるDkのばらつきを抑えるスプレッドグラスやフラットグラスの積層材を選んだり、Rogers、Isola、Panasonic MegtronなどDkが低く安定した特殊積層材に切り替えたりします。

材料を踏まえたインピーダンス計算

正確なインピーダンス制御には、各信号の動作周波数における誘電率を精密に把握する必要があります。周波数依存の材料モデルを取り込む物理駆動型AIレイアウトツールは、単一の公称Dk値を使うツールよりも正確に配線インピーダンスを算出でき、対象となる周波数帯全体で目標値により近いインピーダンスを実現する形状を生み出します。異なる材料の選択肢を比較したい場合にも、材料ごとのインピーダンス最適化を行ったAI生成レイアウトなら、一般的な材料特性に基づくおおよその見積もりではなく、意味のある性能比較が得られます。

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