絶縁体は FR-4 ではない
フレックス基板は、印刷マスクに覆われたガラス強化エポキシではなく、接着剤とカバーレイを伴うポリイミドフィルムで作られます。高速設計には3つの帰結があります。
ガラス織布がない。FR-4 は樹脂と比誘電率の異なるガラス繊維束を持ち、これが差動ペアのスキューとインピーダンスのリップルを生みます。ポリイミドフィルムは均質なので、その問題は消えます。フレックスがリジッドより易しい数少ない点です。
薄い絶縁層、細い配線。25 µm のコアは基準プレーンを信号のすぐ近くに置くため、50 Ω の配線は細くなり、しばしば 0.002″ の工程限界近くになります。設計者がインピーダンスと引き換えに幅を動かせる自由度は小さく、フィルムと接着剤の厚み公差が、厚いリジッドのコアより厳しく効きます。
マスクではなくカバーレイ。被膜は接着剤付きの積層フィルムなので、配線上の絶縁層は厚く不均一になります。それはインピーダンスモデルの一部であり、カバーレイの開口を余裕をもって指定する理由でもあります。
損失は実構成から取る
数ギガビットでは2つの損失機構が支配的です。誘電体の散逸と銅の粗さです。ポリイミドと接着剤層は高周波リジッド基板の PTFE や炭化水素系積層材より損失が大きく、フレックスの箔は高速損失を抑える低粗度タイプとはかぎりません。
だからフレックスが高速に使えないのではなく、リジッドのスタックアップをフレックスの尾に写して同じ数値を期待できないのです。損失が問題になる場合は、実際のフィルム、接着剤、銅で構成をモデル化し、コネクタとケーブルを含むチャネル予算と比較します。
折り曲げは不連続
曲げは信号と基準との間隔を変え、局所の絶縁体形状も変え得ます。静的な曲げでは固定のインピーダンス段になり、動的な曲げでは段が動き続けます。
実務のルールが従います。
- レイアウトが許す範囲で高速経路を曲げ領域から外し、外せない場合は曲げに直角に渡します。
- 完全なプレーンでなく薄い銅ベタでもよいので、曲げを含めて信号の下の基準プレーンを連続させます。
- 両端のコネクタをチャネルの一部として扱います。フレックス自体が経路の中で最も損失の小さい要素であることも多いのです。
リジッドフレックスに移る判断
高速部が複数層を必要とし、複数層でインピーダンス制御が要り、コネクタ周辺を補強するなら、リジッドフレックスで高密度配線を FR-4 に置き、形状を動かす箇所にだけポリイミドを使えます。インピーダンスはどちらも ±10 % に保ち、板厚と銅厚の範囲は製造対応能力に記載しています。
