마이크로웨이브 기술 - 신호 손실을 최소화하는 고주파 회로기판

휴대폰, 인터넷 접속과 핸드헬드 기기의 발전에 따라 고주파 회로기판에서 전송되는 정보량이 급격히 증가하고 있다.전자 시스템의 방대한 데이터에 대응하기 위해 PCB는 고속 무선 주파수 신호의 전송에 대한 요구가 점점 높아지고 전송 속도도 계속 높아지고 있다.더 높은 GHz 주파수 범위 내에서 무선 주파수 신호 손실 (삽입 손실이라고도 함) 을 줄이는 방법이 점점 더 중요해지고 있습니다.삽입 손실은 장치를 전송선이나 광섬유에 삽입하여 발생하는 신호 전력 손실로, 단위는 dB이다.삽입 손실은 신호의 상승과 함께 퇴화되거나 더 높은 오타율을 초래할 것이다.

모든 PCB 재료는 전도 및 개전 RF 신호 손실을 입습니다.전도 손실은 저항성이며 고주파 회로 기판에 사용되는 전도성 구리 층에 의해 발생합니다.반면 개전 손실은 PCB에 사용되는 기판 (절연재료) 과 관련이 있다.이 칼럼은 구리층으로 인한 저항 전도 손실을 중점적으로 소개할 것이다.

전송 손실에 대한 연구는 전기 신호의 다양한 안정적인 자극과 신호 주파수 증가 (GHz) 하에서 dB 단위로 선형 전력망의 전기 행동 (산란 행렬) 을 그리는 것을 포함한다.삽입 손실이라고도 하는 전송 손실은 측정된 관련 레이어 사이에 측정 대상 장치 (DUT) 를 도입하여 발생하는 추가 손실입니다.추가 손실은 측정된 부품의 고유 손실 및 / 또는 미스매치로 인해 발생할 수 있습니다.추가 손실이 발생할 경우 삽입 손실은 양수로 정의됩니다.dB 단위의 삽입 손실에 대한 음수 값은 삽입 이득으로 정의됩니다.

피부 효과

전파 전류는 도체를 흐르는 직류나 교류 전류와 달리 도체 깊숙이 들어가지 않고 도체 표면을 따라 흐르는 경향이 있다.이른바 피부 효과다.전도성 구리층의 신호 손실은"피부로 가는 효과"현상과 직접적으로 관련이 있다.피부 깊이는 무선 주파수 전류에 사용되는 도체의 깊이다.기본적으로 고주파가 증가함에 따라 사용하는 도체는 갈수록 적어진다. 그림1과 같다.

'피부 효과'로 인해 삽입 손실에 직접적인 영향을 주는 두 가지 현상은 구리 거친도 (그림 1) 와 사용된 표면 코팅의 성능이다.표면에는 화학 니켈 도금 침전 (ENIG) 과 화학 니켈 도금 팔라듐 침전 (ENEPIG) 과 같은 화학 니켈 도금의 표면 코팅이 포함되어 있으며, 화학 니켈 도금의 저항 특성으로 인해 구리에 비해 더 큰 삽입 손실을 나타냅니다.무전기 팔라듐 침전 (EPIG) 과 무전기 팔라듐 침적 (IGEPIG) 과 같은 최신 코팅은 고주파 응용에서 최소 삽입 손실을 실현하는 우수한 공정이다.

구리의 표면 거친도

다층 구조에서 구리의 표면은 도체와 매체 사이의 접착성을 강화하기 위해 굵어진다.화학적 또는 기계적 방법으로 조가공을 하여 수지에 고정된 위치를 만든다.이는 비RF 전류 응용프로그램 및 저주파로 전파되는 RF 신호에 효과적이다.그러나 피부 깊이는 주파수가 10GHz 이상으로 증가함에 따라 감소합니다.피부 깊이가 구리 표면의 거친도와 같거나 작을 때 (그림 1) 거친도는 도선 저항률을 증가시키고 회로의 도체 손실과 위상각 응답에 영향을 줄 수 있다.

그림 1: 구리 도체의 피부 변화 효과

신호의 고주파가 증가함에 따라 전신호는 갈수록 동도체의 표면에 접근하여 저항과 전송손실을 증가시켰다.

표면이 거친 구리를 사용하는 회로는 표면이 더 매끄러운 구리를 사용하는 회로보다 더 많은 도체 손실을 입게 될 것이다.더 구체적으로 말하자면, 라이닝 - 구리 인터페이스의 구리 표면은 도체 손실과 관련된 표면 조잡도 문제이다.다층판의 부착력을 높이는 최신 진전은 검은색과 갈색 산화물을 형성하는 표준을 초월하여 조화되였다.

오늘날 대부분의 내부 계층은 화학 식각에 의해 약간 거칠게 배선되어 최대한 결합됩니다.그러나 황삭화는 도체 신호의 손실을 최소화하는 방법이 아니다.이 업계는 고주파 무선 신호를 가진 전선의 부착력을 높이기 위해 화학 접착제를 선택하고 있습니다.그것은 매끄러운 구리 표면에서도 매우 효과적이다.

현재 사용 가능한 화학 결합 시스템은 주석이 퇴적된 후 실리콘 우연제로 처리하는 조합이다.이 처리는 일반적으로 수평 운송 장비에서 수행되며 도체와 매체 사이에 좋은 접착성을 생성합니다.기사[1]는"연구에 따르면 서로 다른 조잡도의 동박 유형이 밴드 라인 구조의 삽입 손실에 직접적인 영향을 미친다.화학제품 공급업체는 도체 삽입 손실과 표면 조잡도를 최소화하기 위해 새로운 처리 방법을 제공하고 있다"고 말했다.

구리의 표면 거친도

휴대용 장치는 회로 설계자가 소형화를 실현하는 관건적인 구동 요소이다.이런 응용의 경우 정밀조준과 간격이 규범화되고있다.이밖에 지시선 결합에 대한 수요는 니켈골드(ENIG)와 니켈팔라듐(ENEPIG) 코팅에 집중됐다.고주파(10GHz) 이상의 RF 신호 전송과 관련될 경우 일부 제한을 충족해야 합니다.화학 니켈 도금층은 도체 표면의 일부분이다.구리에 비해 화학적으로 니켈을 도금한 피부효과와 관련된 전송손실이 존재한다.

신형 표면 코팅은 고주파 무선 전송에 사용할 수 있다.이러한 코팅은 EN 사용을 제거하거나 감소시킵니다.현재 가장 흔한 것은 화학도금 팔라듐침전금(EPIG)이다.나는 이전 칼럼에서 EPIG를 소개했다.본문의 중점은 손실을 삽입하는 것이다.

그림 2: 니켈, 얇은 니켈 및 무니켈 표면 코팅 삽입 손실의 비교

그림 2에는 수직 축과 수평 축의 신호 주파수 간의 관계로서 산란 매개변수(S 매개변수)가 포함되어 있습니다.S 매개변수에서 산란은 송전선로의 전류와 전압이 네트워크의 송전선로 삽입으로 인한 불연속성을 만나면 어떻게 영향을 받는지를 말한다.베이스라인을 설정하고 측정 대상 장치를 도입하여 새 커브를 측정합니다.차이 값은 dB 단위로 전송 또는 삽입 손실입니다.

그림 2는 니켈 (두 개의 ENEPIG 및 하나의 ENIG), 소량의 니켈 (얇은 니켈 ENEPIG) 및 무니켈 (EPIG 및 IGEPIG) 표면 코팅의 삽입 손실을 비교합니다.얇은 니켈 ENEPIG 화학 니켈 도금은 4.0에이(0.1에이트)에 불과하다.IGEPIG는 EPIG의 변형입니다.EPIC는 팔라듐을 통해 촉매를 침출하여 구리 표면에 퇴적한다.IGEPIG는 금층을 촉매로 사용하여 화학 팔라듐을 퇴적한다.

업계가 대규모 데이터 전송과 소형화 추세를 따라 계속 발전함에 따라 고주파 회로기판 PCB 제조업체인 Msignal 전송은 계속 증가할 것이다.예를 들어, 10GHz 이상의 RF 주파수를 사용할 경우 구리 거칠기 및 표면 코팅 유형으로 인한 전송 손실을 최소화하기 위해 여유를 유지해야 합니다.