RF PCB 설계를 위한 PTFE 재료 유형

RF PCB 설계에서는 매우 낮은 유전 손실과 다양한 가능한 Dk 값 덕분에 저손실 PTFE 기반 재료를 자주 사용합니다. 이러한 재료는 기본 재료로 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 사용하지만, 이것이 이들 라미네이트 재료의 유일한 구성 요소는 아닙니다. 필요한 재료 특성을 갖도록 PTFE PCB 재료를 설계하기 위해 보강재와 충전제도 사용됩니다.

상용으로 제공되는 PTFE 기반 재료는 보강재가 있거나 없이 제공되지만, 신뢰성과 기능성을 보장하기 위해 필요한 사항을 지정하는 것은 설계자의 역할입니다. 보드에 아무 PTFE 기반 재료를 선택하기 전에, PTFE 라미네이트 내의 충전제와 보강재가 보드의 작동에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것이 중요합니다.

PTFE 라미네이트의 재료 구성 요소

PTFE 기반 재료는 재료 특성을 정의하는 두 가지 주요 재료 구성 요소를 포함합니다:

• 보강재 - 강성을 제공합니다
• 충전제 - 재료 특성을 설계하기 위해 사용되는 세라믹 분말

PCB에 사용되는 PTFE 라미네이트는 라미네이트 재료의 재료 특성을 설계하기 위해 세라믹 입자를 충전재로 사용합니다. 재료 특성에 대한 정확한 영향은 사용된 세라믹의 종류와 기판 내용물에 따라 다르며, 이는 대부분 PTFE 라미네이트 제조업체의 지적 재산입니다.

세라믹 필러의 사용 외에도, PTFE 기반 라미네이트는 PTFE 매트릭스 내에 보강재를 포함할 수 있습니다.

유리 섬유 보강

유리 보강재는 RF PCB용 PTFE 기반 재료에서 표준적으로 사용되는 보강재입니다. 이러한 보강재는 표준 에폭시-유리섬유 라미네이트에서 발견되는 것과 동일한 직조된 유리 섬유 스타일입니다. PTFE 라미네이트 재료의 강성이 FR4에 비해 낮기 때문에, 보강은 신뢰성을 보장하기 위해 필요한 경우 보드의 전체 강성을 증가시킬 수 있습니다. 또한 하이브리드 스택업을 포함하여 스택업 전체에 걸쳐 드릴링을 단순화합니다.

보강에 사용되는 전형적인 유리 스타일에는 다음이 포함됩니다:

• 1078
• 106
• 1080
• 펼친/평평한 유리

이러한 직조 스타일은 어떻게 다르며, 회로 전반에 걸쳐 위상 응답에서 어떻게 차이를 만들어내나요? 일반적으로, 더 개방된 직조는 목표 위상 응답과 실제(측정된) 위상 응답 사이에 더 큰 편차를 만들어냅니다. 이것은 전형적인 섬유 직조 효과입니다. 이는 위상 배열과 같은 위상에 민감한 시스템에는 나쁩니다.

목표 위상 응답을 최소한의 편차로 설계 및 제조해야 하는 경우, 퍼짐/평평한 유리 보강재를 사용하거나 전혀 보강재를 사용하지 않아야 합니다. 또한, 부직포 유리 및 세라믹 보강재도 있습니다.

부직포 유리 보강

완전히 무작위인 유리 보강재 유형도 있습니다. 이 PTFE 기반 재료에서는 직조 보강된 라미네이트에서 찾을 수 있는 것과 동일한 수준의 기계적 강성을 일반적으로 발견할 수 있지만, 직조 보강된 라미네이트에서 볼 수 있는 섬유 직조 효과와 동일한 수준은 아닙니다. PTFE 라미네이트에서 부직포 유리의 사용은 모든 제조업체가 이 옵션을 자재에 제공하지 않기 때문에 훨씬 덜 일반적입니다. 그러나 제공된다면(아래 참조), 직조된 PTFE와 부직포 보강된 PTFE의 재료 특성은 유사합니다.

세라믹 보강 대 세라믹 충전

유리 보강재의 사용은 PTFE 기반 재료를 PCB 스택업에서 더 얇게 사용할 수 있게 해주었으며, 이는 PTFE 매트릭스에서 강성이 강화되어야 함을 요구합니다. 그러나, 유리는 유일한 사용 가능한 보강재가 아니며, 세라믹 보강재도 강성을 제공하기 위해 사용됩니다. 이러한 보강재는 충전제와 같은 기능을 제공하지만, 유리 직조와 같은 종류의 기계적 보강을 제공하지는 않습니다.

세라믹을 보강재로 언급하는 이유는 이러한 재료들이 때때로 구체적으로 세라믹 보강재로 지칭되기 때문입니다, 단지 세라믹 충전재가 아닙니다. 세라믹 보강재는 직물 스타일을 포함하지 않으므로, PCB 라미네이트에서 섬유 직물 효과가 발생하지 않습니다. 그러나 세라믹 보강과 세라믹 충전 사이의 경계는 모호하며 일부 공급업체는 이 두 용어를 상호 교환적으로 사용할 수 있습니다. 재료 선택을 확정하기 전에 의미 있는 차이가 있는지 확인하는 것이 중요합니다.

보강되지 않은

마지막으로, 세라믹 미세입자 충전재와 첨가제만을 포함하고 다른 보강재는 없는 보강되지 않은 PTFE 라미네이트가 있습니다. 사용 가능한 PTFE 기반 라미네이트 제품 대부분은 보강된 형태나 보강되지 않은 형태로 제공됩니다. 대부분의 설계자들은 자신의 PTFE 라미네이트가 보강되지 않을 것이라고 가정하지만, 정확히 필요한 것을 명시하지 않는 한 제작소의 재료 재고에 의존하게 될 것입니다.

장점: 왜 보강재가 없는 재료를 사용할까요? 기판 재료의 상호 연결 부위에서 섬유 직조 또는 스큐 효과를 완전히 제거하고자 할 때 이를 사용합니다. 이것이 특히 레이더와 같은 매우 높은 주파수 시스템에서 사용될 때 이 재료들의 주요 장점입니다. 또한 고밀도 고급 레이더에서 외부 빌드업 층의 눈먼 비아를 사용할 수 있으며, 그 장점으로는:

• 위상이 일치하는 RF 라인을 통한 스큐 제거
• 섬유가 겹치는 노클 영역의 제거

단점: 보강재가 없는 PTFE 기반 재료의 주요 단점은 스택업에 적용되고 경화되기 전에 강성이 부족하다는 것입니다. 이는 특히 드릴 홀과 패드에서 층간 미스레지스트레이션을 초래할 수 있으며, 이는 약간의 미세 조정이 있을 수 있습니다. 위에서 언급한 현대의 보드에서 이는 매우 높은 주파수에서 상당한 반향 손실의 원인이 될 수 있습니다.

이러한 재료가 항상 더 큰 미스레지스트레이션을 가질 것이라고 말하고 싶지는 않지만, 제작 업체가 이러한 재료를 다루는 데 경험이 없다면 더 큰 미스레지스트레이션을 가질 가능성이 있습니다. 로저스의 응용 엔지니어가 이러한 보강되지 않은 라미네이트를 "젖은 국수"라고 표현한 적이 있는데, 이는 그들이 매우 축 처지며 스택업에 추가될 때 휠 수 있다는 의미입니다. 보강되지 않은 재료를 사용할 계획이라면, 제작자가 이러한 재료를 다루는 데 경험이 있는지 확인하세요.

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