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IC 기판

IC 기판 - 밀리미터파 주파수에서 회로기판 재료의 특성

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IC 기판 - 밀리미터파 주파수에서 회로기판 재료의 특성

밀리미터파 주파수에서 회로기판 재료의 특성

2021-09-14
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Author:Frank

PCB 보드 재료의 개전 상수 (Dk) 또는 상대 개전 상수는 상수가 아니지만 이름으로는 상수처럼 보입니다.예를 들어, 재료의 Dk는 주파수에 따라 달라집니다.마찬가지로, 동일한 재료에 다른 Dk 테스트 방법을 사용하는 경우 이러한 테스트 방법이 정확하더라도 다른 Dk 값을 측정할 수 있습니다.회로기판 재료가 5G와 첨단 운전 보조 시스템과 같은 밀리미터파 주파수에 점점 더 많이 사용됨에 따라 주파수에 따른 Dk의 변화와 어떤 Dk 테스트 방법이"적합한지"를 이해하는 것이 매우 중요하다.

IEEE와 IPC와 같은 조직은이 문제를 논의하기 위해 전문 위원회가 있지만 밀리미터파 주파수 하부 회로 기판 재료의 Dk를 측정하는 가장 좋은 업계 표준 테스트 방법은 없습니다.측정 방법이 부족해서가 아니다.실제로 첸 등 1이 발표한 참고 논문은 Dk를 측정하는 80여 가지 방법을 기술하고 있다. 그러나 이상적인 방법은 하나도 없다.각 방법에는 특히 30 ~ 300GHz의 주파수 범위에서 장단점이 있습니다. 회로 테스트 및 원자재 테스트

회로 기판

일반적으로 보드 재료의 Dk 또는 Df(손실 각도 탄젠트 또는 tan 섬)를 결정하는 데 사용되는 두 가지 유형의 테스트 방법이 있습니다. 즉, 원재료를 측정하거나 재료로 만든 회로를 측정합니다.원자재 기반 테스트는 고품질의 신뢰할 수 있는 테스트 고정장치 및 장비에 의존하며, 원자재를 직접 테스트하여 Dk 및 Df 값을 얻을 수 있습니다.회로 기반 테스트는 일반적으로 공용 회로를 사용하고 공명기의 중심 주파수 또는 주파수 응답을 측정하는 등 회로 성능에서 재료 매개변수를 추출합니다.원자재 테스트 방법은 일반적으로 테스트 고정장치 또는 테스트 장비와 관련된 불확실성을 도입하지만 회로 테스트 방법은 측정 된 회로 설계 및 처리 기술의 불확실성을 포함합니다.이 두 가지 방법이 다르기 때문에 측정 결과와 정밀도 수준은 일반적으로 일치하지 않습니다.

예를 들어, IPC가 정의한 X-밴드 밴드 선 테스트 방법은 동일한 재료의 회로 테스트의 Dk 결과와 일치하지 않는 원재료 테스트 방법입니다.그립형 밴드선 원재료 테스트 방법은 전용 테스트 클램프에 두 개의 측정된 재료(MUT)를 끼워 밴드선 공명기를 구축하는 것이다.측정된 재료와 측정 클램프의 얇은 공명기 회로 사이에는 공기가 있어 공기의 존재가 측정된 Dk를 떨어뜨린다. 동일한 회로기판 재료에서 회로 테스트를 하면 측정된 Dk는 클램프 공기가 없기 때문에 다르다.원재료 테스트를 통해 결정된 Dk 공차가 ±0.050인 고주파 회로기판 재료의 경우 회로 테스트는 약 ±0.075의 공차를 얻게 된다. 회로기판 재료는 각방향 이성으로 보통 세 개의 재료 축에 서로 다른 Dk 값을 가진다.Dk 값은 일반적으로 x축과 y축 사이에 아주 작은 차이가 있기 때문에 대부분의 고주파 재료에 대해 Dk 각방향 이성은 일반적으로 z축과 x-y 평면 사이의 Dk 비교를 가리킨다.재료의 각 방향 이성 때문에 테스트할 동일한 재료의 경우 z축에서 측정된 Dk는 x-y 평면의 Dk와 다릅니다. 테스트 방법과 테스트에서 얻은 Dk 값은 모두 "올바른" 값이지만 회로 테스트에 사용된 회로 유형은 측정된 Dk 값에도 영향을 미칩니다.일반적으로 공명 구조와 전송 / 반사 구조의 두 가지 유형의 테스트 회로가 사용됩니다.공명 구조는 일반적으로 좁은 대역 결과를 제공하지만 투과/반사 테스트는 광대역 결과를 제공합니다.일반적으로 공명 구조를 사용하는 방법이 더 정확합니다.

테스트 방법 예제 원자재 테스트의 전형적인 예는 X-밴드 펜치 밴드 선법입니다.여러 해 동안 고주파 회로 기판 제조업체에 의해 사용되어 왔으며 회로 기판 재료 Z 축의 Dk 및 Df (tan 섬) 를 결정하는 신뢰할 수있는 방법입니다.그것은 테스트할 재료 샘플을 위해 고정장치를 사용하여 느슨하게 결합된 밴드선 공진기를 형성한다.공명기의 측정 품질 인수(Q)는 비어 있는 Q이므로 케이블, 커넥터 및 고정장치의 교정은 최종 측정 결과에 큰 영향을 미치지 않습니다.복동 회로기판은 테스트 전에 모든 동박을 식각하고 전매체 원자재 기판만 테스트해야 한다.회로 원자재는 일정한 환경 조건에서 일정한 크기로 절단되어 공명 회로 양쪽의 고정장치에 놓여 있다 (그림 1 참조).

공명기는 주파수가 2.5GHz인 반파장 공명기로 설계되었기 때문에 네 번째 공명 주파수는 10GHz이며, 이는 일반적으로 Dk와 Df 측정에 사용되는 공명점이다.낮은 공명점과 공명 주파수를 사용할 수 있으며 더 높은 다섯 번째 공명 주파수를 사용할 수도 있지만 공파와 잡산파의 영향으로 인해 더 높은 공명점을 사용하지 않는 경우가 많습니다.Dk 또는 상대 개전 상수 중 n은 공명 주파수 점의 수량이고 c는 자유 공간에서의 광속이며 fr는 공명의 중심 주파수이며 섬 L은 결합 간격의 전장으로 인한 전기 길이 확장을 보상한다.측정에서 tan(Df)을 추출하는 것도 간단하다. 즉 공명 피크의 3dB 대역폭 관련 손실에서 공명 회로와 관련된 도체 손실(1/Qc)을 뺀다. 이러한 공식은 근사하지만 초기 Dk 값을 결정하는 데 유용하다.전자기장 해결기와 정확한 공명기 회로 크기를 사용하면 더 정확한 Dk를 얻을 수 있다. Dk와 Df를 측정할 때 느슨한 결합 공명기를 사용하면 공명기 부하 효과를 최소화할 수 있다.공명 피크에서 삽입 손실이 20dB 미만이면 느슨한 결합으로 간주할 수 있습니다.경우에 따라 극도로 약한 결합으로 인해 공명 피크를 측정하지 못할 수도 있습니다.이것은 일반적으로 비교적 얇은 공명 회로에서 발생한다.주파수가 높을수록 파장이 짧고 회로 크기가 작기 때문에 일반적으로 얇은 회로 재료는 밀리미터파 응용에 사용됩니다.