Rogers vs PTFE vs テフロン：高周波PCB設計に最適な基板材料の選び方
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FR-4 は最も一般的な PCB 基板材料ですが、高周波 PCB では必ずしも最適とは限りません。
それは導体材料に問題があるわけではなく、基板の誘電体特性に理由があります。高周波になるほど、誘電体そのものが信号を減衰させてしまうのです。
こうした課題を解決するために登場した高性能材料が、**Rogers、PTFE、テフロン（Teflon）**です。これらは、より優れた誘電率制御、低損失特性、高い熱安定性を提供します。ただし、コスト面では FR-4 より大きく異なります。
本記事では、以下のポイントを解説します。
- Rogers、PTFE、テフロン基板の基礎
- 誘電率、損失、熱特性の比較
- 材料選定が RF 用 PCB 配線に与える影響を示す設計例
PCB設計において材料選定が重要な理由
高周波回路では、基板材料の以下2つの電気特性が極めて重要です。
1. 誘電率（Dk / εr）
誘電率は信号の伝搬速度を決定します。
Dk が低いほど信号速度は速くなり、波長は長くなります。
また、配線のインピーダンス計算にも直接影響します。
- Rogers：Dk ≈ 2.2 ～ 6.5
- PTFE / テフロン：Dk ≈ 2.1
2. 誘電正接（Df / tanδ）
誘電損失を表す指標で、RF エネルギーがどれだけ熱として失われるかを示します。
Df が低いほど高効率です。
代表的な材料の比較（1 GHz 付近）：
- FR-4：約 0.015 ～ 0.02
- Rogers RO4350B：約 0.0037
- PTFE / テフロン：約 0.0002 ～ 0.0009
各材料の特徴
1. Rogers 基板
Rogers Corporation は、RO4000 シリーズや RO3000 シリーズなど、幅広い高周波 PCB 材料を提供しています。
主成分は炭化水素セラミック複合材または PTFE 複合材です。
- 数百 MHz ～ 数十 GHz まで低損失
- 高周波材料の中でも熱安定性が非常に高い
- レーダー、衛星通信、高精度 RF 機器で多用
2. PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）基板
周波数変化に対して誘電率の変動が非常に小さく、極めて低損失なのが特長です。
- 全材料中で最小クラスの損失
- 電気特性は非常に優秀
- 機械的に柔らかく、温度変化で銅箔が伸縮しやすい
- 医療機器、レーダー用途で多用
3. テフロン（Teflon）基板
テフロンは PTFE の商標名（DuPont / Chemours 登録）です。
PCB 分野で「テフロン基板」と呼ばれるものは、ほぼ PTFE 系材料を指します。
- PTFE と同等の低損失・低 Dk 特性
- 純 PTFE または PTFE 複合材を指すことが多い
- 柔らかいため、特殊な製造プロセスが必要
- 10 GHz 以上の超高周波、航空宇宙・衛星通信で使用
実例：伝送線路設計への影響
10 GHz・50Ω マイクロストリップを設計する例を考えます。
- 基板厚：0.8 mm
- 銅厚：35 µm
ケースA：Rogers RO4350B
- Dk = 3.48、Df = 0.0037
結果：
- 必要な配線幅：約 1.6 mm
- 減衰：約 0.26 dB/inch
ケースB：PTFE / テフロン
- Dk = 2.1、Df = 0.0005
結果：
- 必要な配線幅：約 2.45 mm
- 減衰：約 0.04 dB/inch
ケースC：FR-4（比較用）
- Dk ≈ 4.4、Df ≈ 0.017
結果：
- 必要な配線幅：約 1.35 mm
- 減衰：約 0.82 dB/inch（10 GHz では非常に大きな損失）
Dk が低いほど、同じインピーダンスでも配線幅は広くなります。
これは基板面積（レイアウト）に影響します。
PTFE / テフロンは超高周波で圧倒的な性能を発揮しますが、Rogers は加工性とのバランスが優れています。
材料選定の指針
Rogers を選ぶべき場合
- ～20 GHz 程度の中～高周波設計
- 性能と製造性のバランスが必要
- RF とデジタルが混在する基板
PTFE / テフロンを選ぶべき場合
- 超低損失が必須（レーダー、衛星通信）
- 20 GHz 超の周波数帯
- 宇宙・極限環境での高信頼性設計
まとめ
Rogers、PTFE、テフロンの選択は、以下の要素で決まります。
- 使用周波数と許容損失
- 製造対応力
- コスト
- 機械的制約
多くの RF 設計者にとって、**Rogers RO4350B は ～20 GHz までの最適解（スイートスポット）**です。
一方、限界性能を求める超低損失システムでは、PTFE / テフロンが依然として最強です。
高周波材料を使う限り、製造上のチャレンジは避けられません。それを理解した上での材料選定が、成功する RF PCB 設計の鍵となります。
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