마이크로웨이브 기술 - 무선 주파수 PCB 재료 선택 방법

무선 통신과 광대역 네트워크의 발전에 따라 PCB는 더 이상 단순히 일부 절연 기판에 금속선을 부설하여 회로의 상호 연결을 실현하는 것이 아니다.대부분의 경우 RF PCB 기판과 금속 도체는 이미 기능 부품의 일부가 되었다.특히 무선주파수 응용에서 소자와 PCB 기판이 상호작용하기 때문에 PCB 설계와 PCB 제조가 제품 기능에 미치는 영향은 갈수록 커지고 있다.다음 그림에서 볼 수 있듯이 일반적인 마이크로파 무선 주파수 PCB의 도체는 모두 구성 요소입니다.

우리의 무선 주파수 PCB 제조업체도 무선 주파수 설계, 특히 고주파 및 고속 신호 전송에 더 많이 참여하고 있습니다.마찬가지로 PCB 설계자는 PCB 제조 공정을 깊이 이해해야만 합격되고 고성능의 PCB를 전면적으로 생산할 수 있다.

1. 개전 상수(DK)

매체 상수 (Dk, εr) 는 매체에서 전기 신호의 전파 속도를 결정합니다.전신호의 전파 속도는 개전 상수의 제곱근과 반비례한다.개전 상수가 낮을수록 신호 전송이 빨라진다.당신이 해변에서 달리는 것처럼 시각적으로 유추해 봅시다.물이 깊어서 너의 복사뼈가 잠겼다.물의 점도는 개전 상수이다.물의 점성이 클수록 개전 상수가 높아지고 운행 속도가 느려진다.

개전 상수는 쉽게 측정되거나 정의되지 않습니다.이는 미디어 자체의 특성뿐만 아니라 테스트 방법, 테스트 빈도 및 테스트 전후 재료의 상태와도 관련이 있습니다.개전 상수도 온도의 변화에 따라 달라진다.온도를 고려해 특수 재료를 개발했다. 습도도 물의 개전 상수가 70이기 때문에 개전 상수에 영향을 주는 중요한 요소다.소량의 물은 현저한 변화를 일으킬 수 있다

다음은 일반적인 재료의 개전 상수(1Mhz 이하)입니다.

진공 1.0

순수 PTFE 2.1

석고 2ï¼2ï1/42.3

GX-PTFE2.55

시안산 에스테르/유리 3.2

시안산 에스테르/석영 2.8-3.4

폴리아미드 쿼츠 3.5-3.8

폴리아미드 유리 4.0-4.6

에폭시 수지 유리 (FR4) 4.4-5.2

비직조 방향아민(방향족 폴리아미드) 3.8-4.1

방향아민(기계직물) 3.8-4.1

세라믹 필러 PTFE 6.0-10.2

폼 코팅(Arlon 특허) 1.15-1.3

물 70.0

고속 및 고주파 응용에 이상적인 재료는 동박으로 싸인 공기 매체입니다.

개전 상수는 신호의 전송 속도에 직접적인 영향을 미치는 것 외에 특성 저항도 크게 결정한다.서로 다른 부분에서 특성 임피던스 일치는 마이크로파 통신에서 특히 중요하다.임피던스가 발생할 경우 임피던스는 VSWR(주파비)이라고도 합니다.

CTR: 온도에 따라 개전 상수가 변하기 때문에 마이크로웨이브에 사용되는 재료는 종종 실외에 있기 때문에 우주 환경에서도 CTR (개전 상수와 온도의 변화 계수) 은 중요한 매개변수입니다.세라믹 파우더로 채워진 일부 PTFE는 CLTE와 같은 매우 좋은 특성을 가질 수 있습니다.

2. 손실 계수(Df)

매전 상수 외에 손실 인자도 재료의 전기학적 성능에 영향을 주는 중요한 매개 변수이다. 매전 손실은 손실 각도 정절, 손실 인자 등이라고도 한다. 그것은 매체에서 신호의 손실이나 에너지 손실을 가리킨다. 고주파 신호가 매체층을 통과할 때매체의 분자는 이러한 전자기 신호에 따라 방향을 정하려고 시도한다.비록 사실, 이 분자들은 교련되어 있기 때문에, 그것들은 진정으로 방향을 정할 수 없다.그러나 주파수의 변화는 점수 기록원이 끊임없이 이동하여 대량의 열을 발생시키고 에너지 손실을 초래할 수 있다.

그러나 PTFE와 같은 일부 재료는 비극적이기 때문에 전자장의 영향을 받지 않고 손실이 적습니다.마찬가지로 손실 인자도 주파수 및 테스트 방법과 관련이 있습니다.일반적인 법칙은 주파수가 높을수록 손실이 크다는 것이다. 가장 직관적인 예는 전송 중의 전기 에너지 소모이다.회로 설계 손실이 적으면 배터리 수명을 크게 높일 수 있습니다.신호를 받으면 안테나는 재료의 손실에 더욱 민감해지고 신호도 더욱 뚜렷해진다.

일반적으로 사용되는 FR4 에폭시 수지 (Dk4.5) 는 상대적으로 강한 극성을 가지고 있습니다.1GHz에서 손실은 약 0.025이고 PTFE 라이닝의 손실(Dk2.17)은 0.0009입니다.석영 충전 폴리아미드는 유리 충전 폴리아미드에 비해 실리콘 함량이 순수하기 때문에 낮은 개전 상수와 손실을 가지고 있다.

다음 그림은 PTFE의 분자 구조를 보여줍니다.우리는 그것의 구조가 매우 대칭적이고 C-F 키가 긴밀히 결합되어 있으며 극성 기단이 없다는 것을 볼 수 있다.따라서 전자장의 변화에 따라 흔들릴 가능성은 적으며 손실이 적은 전기적 특성으로 나타난다.

3. 열팽창 계수(CTE)

일반적으로 열팽창 계수는 CTE라고 약칭하며 재료의 중요한 열 기계 성능 중 하나입니다.그것은 열을 받을 때 재료가 팽창하는 것을 가리킨다.실제 재료 팽창은 부피 변화를 말하지만 라이닝 특성상 평면 (X-, Y-) 과 수직 방향 (Z-) 에서 팽창을 개별적으로 고려하는 경우가 많습니다.평면의 열팽창은 일반적으로 강화층 재료 (예: 유리천, 석영, Thermomount) 를 통해 제어할 수 있으며, 수직 팽창은 항상 유리화 전환 온도보다 높기 때문에 제어하기 어렵다.평면 CTE는 고밀도 패키지를 설치하는 데 매우 중요합니다.칩(일반적으로 6-10ppm/C인 CTE)을 기존 PCB(CTE18ppm/C)에 장착하면 Arlon사의 CLTE와 LCCLTE와 같은 세라믹 분말을 채우는 PTFE가 전 세계 통신위성의 64층 다층판을 만드는 가장 대표적인 응용이다

4.열전도계수

많은 마이크로파 분야에서 많은 고출력 응용이 있으며, 재료의 열 방출 특성은 전체 시스템의 신뢰성에 큰 영향을 줄 수 있다.따라서 열전도 계수도 고려해야 한다.일부 특수한 높은 신뢰성과 높은 전력 소비량 응용에 대해서도 금속 라이닝 (알루미늄 또는 구리 기반) 을 사용할 수 있다.재료 유형 예: 열전도성 W/mkPTFE/유리 천 Diclad, Cuclad0.26PTFE/세라믹 파우더, 유리 천 CLTE0.5AR10000.65AD350i0.45 세라믹 파우더 열전도성 재료 25N/FR0.45 열전도성 재료 99N1.2FR-40.24-0.26

5. 제조 가능성

우리는 PTFE 재료가 가공하기 어렵다는 것을 알고 있습니다. 특히 구멍 금속화는 플라즈마 또는 나프탈렌 나트륨 처리로 활성을 높여야합니다.또한 PTFE는 열가소성 재료로 다층판 가공에 고온이 필요하다.현재 Arlon25N/FR과 같은 플라즈마 활성화 없이 다층판을 처리할 수 있는 새로운 저손실 열경화성 수지 재료가 고주파 회로에 개발되었습니다.현재 LNA에 널리 사용되고 있으며 PA와 안테나의 디자인에서도 흡습은 고려해야 할 요소입니다.가능한 한 흡습성이 적은 재료를 선택하여 전기 특성을 더욱 안정시켜야 한다

6. 소스 없는 상호 조정(PIM)

안테나 및 필터와 같은 무선 주파수 프런트엔드 설계에서는 소스 상호 조정이 필요합니다.PCB의 기판과도 관련이 있습니다.일부 회사들은 특정 동박을 사용하여 무원 상호 조정을 일정한 범위 내에서 유지한다.다음 표에는 소스 상호 조정 요구 사항이 없는 보드 PIM과 특정 요구 사항이 있는 보드의 PIM 간의 차이가 나와 있습니다.

마이크로파 무선 주파수 PCB 재료는 주로 매전 상수, 손실, 열팽창 계수와 열전도 계수를 통해 저비용 저매전 상수 세라믹, 저매전 계수 CTEr, 안정적인 저비용 상업손실 열경화성 충전 PTFE 수, 저손실 세라믹 충전 PTFE를 선택한다.