DkとDfの違いとは？なぜ高速PCBでは両方を見るのか？

― 「低Dk」と「低Df」は似ているようで、見ているものが違う ―

高速PCBの材料記事ではDkとDfが頻繁に登場します。どちらも低い方が良さそうに見えますが、役割は同じではありません。ここでは「Dkは信号の伝わり方、Dfは損失」という入口から、なぜ二つを分けて考えるのかを整理します。

1．Dkとは何か？

Dkは誘電率を表す指標です。絶縁材料の電気的な性質を表し、高速信号では伝搬速度やインピーダンス設計に関係します。

Dk→電気的な応答→伝搬・インピーダンス設計

そのため高速伝送用CCLでは、用途に応じて低Dk化が検討されます。

Dfは誘電正接（tanδ）で、誘電体で電気エネルギーがどの程度損失になるかを見る指標の一つです。高速・高周波化すると材料損失が無視しにくくなるため、低Dfが重要になります。

伝わり方・電気設計

伝搬やインピーダンスに関係。

失われ方・損失

誘電体による損失に関係。

高速信号では、信号が正しく設計されたインピーダンスで伝わり、しかも途中で余計なエネルギーを失わないことが重要です。そのため、DkとDfを別々の指標として確認します。

ただし、材料開発ではDk・Dfだけを下げれば終わりではありません。耐熱性、機械特性、加工性、密着性などとの両立が必要です。

実際のCCLは樹脂だけではなく、ガラスクロスを含む複合材料です。さらに樹脂含有率やガラスクロスの種類、周波数、測定方法によって見える数値が変わります。

「樹脂のDk」＝「完成した基板のDk」ではない。
材料を見るときは、測定条件と複合材料としての状態まで確認する。

別の現象ですが、最終的な高速信号の損失という意味ではつながっています。絶縁体側ではDk・Df、導体側では銅箔表面粗さなどが関係し、両方の損失を抑える必要があります。

絶縁体→Dk・Df＋導体→銅箔粗さ→高速信号の損失設計

材料のデータを見るときは、「A社のDkが低い」だけで判断せず、周波数、測定法、樹脂含有率、ガラスクロス、用途などをそろえて比較することが大切です。

平賀兼好の徒然メモ
電子材料は、単独の数字だけを見ると簡単に見えます。しかし実際には、材料・工程・回路・用途がつながっています。「なぜその性能が必要なのか」まで追うと、別々に見えていた記事が一本の線になります。