mmWave 장치를 위한 RF PCB 재료 비교

일부 설계자들이 재료에 대해 이야기하기 시작하면, 그들은 아마도 FR4 라미네이트를 기본으로 생각할 것입니다. 실제로는 구조가 비교적 유사하고 재료 속성 값의 범위가 다양한 많은 FR4 재료들이 있습니다. FR4에서의 설계는 저 GHz 범위와 mmWave 주파수에서 마주치는 것과는 꽤 다릅니다. 그렇다면 고주파에서 정확히 무엇이 변하고, 이러한 재료들을 다르게 만드는 것은 무엇일까요?

특정 라미네이트가 RF PCB 재료로 유용한 이유를 알아보려면 아래 가이드를 살펴보세요. 우리는 인기 있는 공급업체들로부터의 몇 가지 예시를 보여주고, 이를 PCB 스택업에 어떻게 사용할 수 있는지 보여줄 것입니다.

RF PCB 재료가 필요한 시점은 언제인가요?

이것은 공정한 질문이며 시스템 분석에서 몇 가지 중요한 작업과 관련이 있습니다. 설계자가 대체 PCB 기판 재료를 사용해야 할 때 검토해야 할 몇 가지 다른 고려 사항이 있습니다. RF PCB 기판 재료를 선택할 때 살펴볼 수 있는 몇 가지 차원의 짧은 목록이 여기 있습니다.

• 손실 탄젠트: PCB 설계자들이 재료 옵션을 비교하기 시작하는 첫 번째 주요 영역입니다.
• 유전 상수: 이는 가끔 오해되는 부분이며, 모든 사람이 낮은 Dk 기판을 선호하는 경향이 있지만, 높은 Dk 기판도 낮은 손실 탄젠트와 기타 이점을 가질 수 있습니다.
• 열적 특성: 여러 가지 열적 특성이 있지만, 가장 중요한 것은 아마도 유리 전이 온도와 CTE일 것입니다.
• 제작 시 가공성: 설계자가 이를 제작자에게 맡기는 것은 위험할 수 있습니다. 재료의 가용성, 기판 작업 능력, 재료의 가용성에 대해 제작자에게 문의하는 것이 최선입니다.
• 두께: 원하는 두께를 그냥 선택할 수는 없으며, 선호하는 스택업에 대해 제작자와 확인해야 합니다. 어떤 레이어 두께를 지원할 수 있는지 알고 있다면, 제작자의 사양에 충분히 가까운 디자인을 얻을 수 있습니다.
• 분산: mmWave 응용 프로그램에는 가장 중요하지 않은 항목으로 리스트의 하단에 두었습니다. mmWave 장치의 대역폭이 작아 분산이 무시할 수 있을 정도일 수 있지만, 가능한 경우 이에 대해 확인해야 합니다.

불행히도 많은 공학 문제에서 그렇듯이, 모든 영역에서 동시에 성능을 발휘할 수 있는 완벽한 답이나 완벽한 재료는 없습니다. 그러나 고신뢰성 RF 제품의 경우, 중요한 열적 성질을 저해하지 않으면서 특정 주파수 대역을 지원하도록 설계된 몇 가지 공통 RF PCB 기판 재료가 있습니다.

유명한 PTFE RF PCB 재료 공급업체

오늘날 RF 및 mmWave 장치의 표준 재료는 PTFE 기반 재료입니다. Rogers는 아마도 PTFE 기반 RF PCB 재료의 가장 잘 알려진 제조업체일 것이며, 이 회사는 다양한 고주파 PCB 라미네이트 재료를 제조합니다. 이 중 일부는 Ka 및 W 대역(자동차 레이더 및 미래의 5G 대역)에서 사용하기 위해 특화되어 있습니다. RF 제품에 대한 PCB 참조 설계를 다운로드한 적이 있다면, 그 예제 레이아웃은 아마도 Rogers를 사용하여 구축되었을 것입니다.

또 다른 잘 알려진 공급업체는 W 대역까지 다양한 주파수를 대상으로 하는 RF PCB 재료 옵션을 제공하는 Isola입니다. 일부 RF PCB 재료 외에도, 표준 FR4 등급의 라미네이트 제품군도 제공합니다. 저는 주로 370HR 라미네이트를 사용하는 편이며, 이를 사용하여 여러 네트워킹 제품과 맞춤형 IoT 플랫폼을 구축했습니다. 이는 RF PCB 레이아웃 및 라우팅에 있어 Wifi 주파수에서 완벽하게 작동하며, 대부분의 디지털 애플리케이션에도 잘 작동할 것입니다.

아래 표에는 PTFE RF PCB 재료의 몇 가지 예와 각각의 성능이 나와 있습니다. X-K 대역에서는 기준선으로 낮은 Tg FR4의 일부 전형적인 값이 포함되어 있음을 참고하세요.

RF PCB 설계를 위한 모든 가능한 기판 옵션을 보여줄 수는 없지만, 몇 가지 이유로 인해 이들을 중점적으로 다루었습니다. 손실 탄젠트 값은 전형적인 FR4 재료와 비교했을 때 예상대로 약 10배 낮으며, 이 재료들은 전형적인 FR4 라미네이트에 비해 높은 분해 온도를 가지고 있습니다. 이러한 주요 특성들은 IPC 슬래시 시트에서 확인할 수 있으며, 제조업체는 원하는 라미네이트와 호환될 수 있는 대체 PCB 재료를 제안할 수 있습니다.

위 표에 있는 옵션 중 하나를 사용하고자 하든 다른 재료 플랫폼을 사용하고자 하든 데이터시트를 읽을 때 주의하세요. 재료 공급업체는 나열된 운영 조건 내에서 그들이 인용하는 값을 검증할 수 있어야 합니다. 기판용 유전체 재료와 시험 방법에 대해 로저스 코퍼레이션의 존 쿤로드로부터 더 많은 것을 배울 수 있습니다.

PTFE 및 기타 재료 작업하기

모든 설계 결정에는 타협이 따르며, PTFE 기반 재료는 FR4에 비해 몇 가지 기본적인 단점이 있습니다:

• 높은 CTE로 인해 열 팽창이 구리 요소에 더 많은 스트레스를 줍니다
• PTFE는 다른 재료와 쉽게 결합되지 않으므로 본드플라이가 사용됩니다
• PTFE는 부드러운 물질이므로 쉽게 변형될 수 있습니다

그리고 비용 문제가 있습니다. PTFE 라미네이트는 인기에도 불구하고 특수 재료이므로 RF 장치는 일반적으로 PTFE로 전체 층을 구성하지 않습니다. 하나의 옵션은 하이브리드 스택업을 사용하는 것이며, 여기서 PTFE 라미네이트는 표면 층에 배치되고 고주파 신호는 평면 층 위의 PTFE 라미네이트에서만 라우팅됩니다. 6층 RF 보드를 위한 예시 스택업 표가 아래에 나와 있습니다.

새로운 혁신적인 재료 주시하기

재료 회사들은 혁신적인 저손실, 저분산 솔루션을 계속 개발할 것입니다. 가장 최근의 실험적인 재료 중 일부는 섬유 직조 효과를 목표로 하며, 이를 더 부드러운 재료로 해결하려고 시도할 것입니다. 올바른 PCB 레이어 스택업 도구를 사용하면 특정 재료 값에 제한되지 않고, 제조업체에서 제공하는 맞춤형 재료 데이터를 스택업 디자인에 입력할 수 있습니다.

적절한 RF PCB 재료를 선택하여 고주파 레이아웃 및 라우팅을 지원하면, Altium Designer®로 고품질 스택업을 만들 수 있습니다. 모든 Altium Designer 사용자는 EDB Exporter 확장 프로그램을 사용하여 Ansys 필드 솔버로 디자인을 가져와 고급 신호 무결성 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다.

디자인을 마치고 제조업체에 파일을 릴리스하고 싶을 때, Altium 365™ 플랫폼은 프로젝트를 협업하고 공유하기 쉽게 만들어 줍니다. Altium Designer와 Altium 365에서 할 수 있는 것의 표면만 긁어본 것입니다. 보다 심층적인 기능 설명이나 On-Demand Webinars 중 하나를 제품 페이지에서 확인할 수 있습니다.