PCB 뉴스 - 고주파 회로기판의 개전 상수와 개전 손실

고주파 회로 기판의 개전 상수(Dk)와 개전 손실(Df)은 회로 성능에 매우 중요하다.낮은 Dk 및 낮은 Df를 가진 재료는 신호 전송 속도와 전반적인 회로 안정성을 효과적으로 향상시켜 고주파 회로의 설계 및 성능을 최적화합니다.

개전 상수(Dk)는 개전 재료가 전장에 정전기를 저장하는 능력으로, 일반적으로 고주파 회로에 사용되는 재료는 낮고 안정적인 Dk 값을 가져야 한다.이는 신호 전송 속도에 반비례하기 때문에 RF 또는 마이크로웨이브 어셈블리의 크기를 줄이는 데 도움이 되므로 Dk가 낮은 기판 재료를 선택하는 것이 중요합니다.

고주파 회로기판의 개전 상수는 온도, 습도, 주파수, 재료 유형과 화학 성분을 포함한 많은 요소의 영향을 받는다.이러한 영향을 이해하는 것은 신호 전송 성능과 안정성을 보장하기 위해 적합한 기판 재료를 설계하고 선택하는 데 매우 중요합니다.

1.온도의 영향

온도의 상승은 개전 재료 중 극성 분자의 활성을 증가시켜 용량의 증가와 개전 상수의 증가를 초래할 수 있다.0~70°C의 온도 범위 내에서 개전 상수의 변화는 20%에 달하며, 이는 신호 전송 지연을 약 10% 증가시킬 수 있다.

2. 습도의 영향

습도도 개전 상수의 중요한 요소이다.습도가 증가함에 따라 개전 재료 중의 극성 분자는 더욱 활발해져서 전기 용량치와 개전 상수를 한층 더 높였다.이러한 변화는 특히 높은 습도 환경에서 두드러지며 회로 성능이 불안정해질 수 있습니다.

3. 주파수의 영향

주파수 변화가 개전 상수에 미치는 영향은 무시할 수 없다.저유전 상수 재료는 1GHz 이상의 주파수에서 그 유전 성능은 상대적으로 안정적이지만, 저주파 범위 내에서 유전 상수는 비교적 큰 파동을 나타낸다.따라서 고주파 응용에서는 재료의 주파수 응답 특성에 특히 주의해야 한다.

4. 재료 유형 및 화학 성분

서로 다른 유형의 개전 재료는 서로 다른 개전 성능을 가지고 있다.FR-4와 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 상용 재료는 유전체 상수에서 다르게 나타나며, PTFE의 낮은 유전체 상수와 고주파 조건에서의 미세한 변화는 회로의 전반적인 성능을 향상시키는 데 도움이 된다.또한 재료 중 충전재와 수지의 비율은 개전 상수의 안정성에 현저한 영향을 줄 수 있다.

5. 전장 강도의 영향

전장의 강도가 증가할 때, 개전 재료의 극화가 증가하는데, 이는 개전 상수의 변화를 초래할 수 있다.강한 전장은 재료 분자의 행동에 영향을 주어 그것들의 개전 성능을 변화시킬 수 있다.

고주파 회로 기판의 개전 상수는 신호 전송 속도, 신호 무결성 및 에너지 손실에 직접적인 영향을 미치기 때문에 적합한 재료를 선택하는 데 중요한 요소입니다.저매체 상수의 재료를 선택하면 고주파 회로의 성능과 신뢰성을 크게 높일 수 있다.

1. 신호 전송 속도

개전 상수(Dk)는 신호 전송 속도와 밀접한 관련이 있다.낮은 개전 상수는 신호가 회로기판에서 더 빨리 전파된다는 것을 의미한다. 재료의 개전 계수가 낮을수록 전장의 침투성이 강해져 신호가 더 빨리 이동하기 때문이다.이것은 고주파 응용에 특히 중요합니다. 고주파 응용에서 빠른 신호 전송은 지연을 줄이고 데이터 전송 속도를 높일 수 있습니다.따라서 고주파 회로 기판의 재료를 선택할 때는 일반적으로 2.0~2.6 범위에서 사용되는 PTFE (폴리테트라 플루오로에틸렌) 및 기타 플루오로 기반 재료와 같은 Dk 값이 낮은 재료를 우선적으로 고려해야 합니다.

2. 신호 무결성

개전 상수는 신호의 완전성, 즉 신호가 전송 과정에서 왜곡되지 않는 능력을 유지하는 데 영향을 준다.비교적 높은 개전 상수 재료는 도체 사이의 용량을 증가시켜 신호 왜곡과 지연을 초래할 수 있다. 왜냐하면 회로 기판의 전류는 반드시 더 큰 저항을 극복해야 하기 때문이다.더 높은 개전 상수도 삽입 손실을 증가시켜 전체 시스템의 효율을 떨어뜨린다.따라서 신호 무결성을 높이기 위해서는 저유전 상수의 고주파 소재를 선택해야 한다.

3. 에너지 손실

개전 상수도 재료의 에너지 손실에 영향을 줄 수 있다. 고개전 상수 재료는 일반적으로 더 큰 개전 손실 인자 (Df) 를 수반하여 신호 감쇠와 열 발생을 증가시키고 에너지 효율을 떨어뜨린다.고주파 응용에서 이런 에너지 손실은 심지어 더욱 현저하다. 왜냐하면 주파수가 높을수록 손실 효과가 더욱 뚜렷하기 때문이다.PTFE와 같은 낮은 Dk 및 낮은 Df 재료의 조합을 선택하면 신호 손실을 효과적으로 줄이고 회로의 에너지 효율을 높일 수 있습니다.

4. 안정성 및 환경 적응성

재료의 선택은 개전 상수의 안정성도 고려해야 한다.저유전체 상수를 가진 재료는 주파수와 환경 조건에서 더욱 일치하는 성능을 나타내며 고온과 고습도 조건을 처리할 수 있다.이것은 고주파 회로에 매우 중요합니다. 고주파 회로는 일반적으로 변화하는 환경에서 작동하며 전기 성능의 안정성을 유지해야 합니다.따라서 고주파 회로 기판을 설계할 때 일반적으로 낮은 Dk 소재를 선호합니다.

5. 비용 고려

마지막으로, 저유전 상수 재료는 많은 성능 이점을 제공하지만, 일반적으로 더 비싸기 때문에 예산 범위 내에서 저울질해야 한다.일반적으로 FR-4는 경제적인 선택이지만 매우 고주파 응용 프로그램에서는 성능이 부족할 수 있습니다.비용이 적당한 저매체 상수 재료를 선택하려면 성능과 비용 사이의 균형을 자세히 평가해야 한다.

일반적으로 손실 인자라고 하는 개전 손실 (Df) 은 재료 중 신호 전송 과정 중의 에너지 손실을 가리키며, 신호 유속과 재료 중 소모되는 에너지의 비율을 반영한다.낮은 Df를 가진 재료는 신호 손실을 줄이고 더 효과적인 에너지 전송을 보장하기 때문에 고주파 회로의 설계에 특히 중요합니다.

고주파 회로기판의 개전 손실은 신호 전송 성능에 영향을 주는 중요한 요소로, 개전 상수, 주파수, 재료 유형, 환경 조건 등이 주요 영향을 미친다. 이러한 요소가 개전 손실에 미치는 영향을 이해하면 품질이 더 좋은 고주파 회로기판을 설계하는 데 도움을 줄 수 있다.

1. 개전 상수(μ)

유전체 손실(tan 델타´)은 유전체의 유전체 상수와 직접적으로 관련이 있다.일반적으로 개전 상수가 높을수록 재료의 전력 저장 능력이 강해져 신호 전송 과정에서 에너지 손실이 증가한다.고주파 회로의 경우 전송 손실을 최소화하기 위해 낮은 개전 상수의 재료를 선택해야 하므로 회로 재료를 평가할 때 개전 상수치를 특히 주의하는 것이 중요하다.

2. 주파수

주파수는 또 다른 현저한 개전 손실에 영향을 주는 요소이다.주파수가 증가함에 따라 전매질중의 손실은 홀시할수 없으며 일반적으로 주파수가 높을수록 전매질의 손실은 더욱 크다.고주파 작업에서 특성 임피던스와 신호가 회로에서 전파되는 속도가 모두 영향을 받기 때문에 고주파 응용에서 주파수로 인한 손실을 줄이기 위해 적합한 재료를 선택할 필요가 있다.

3. 재료 유형

서로 다른 유형의 재료의 매전 손실 행위가 다르다.폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 재료는 일반적으로 고주파 회로 기판에 적용되는 낮은 개전 상수와 개전 손실을 가지고 있다.이에 비해 푸란기 (FR-4) 재료는 고주파 응용에서 상대적으로 높은 개전 손실을 나타내기 때문에 고주파 회로 설계에서 저손실 재료를 우선적으로 고려하여 회로 성능과 신뢰성을 높여야 한다.

4. 물리적 구조

회로기판의 물리적 구조도 개전 손실에 영향을 줄 수 있다.기판의 두께, 동박의 표면 조잡도 등이 신호 전송에 영향을 미친다.두꺼운 기판은 추가 손실을 초래할 수 있고, 표면의 거친 정도가 너무 높은 동박은 신호의 산란과 흡수를 초래할 수 있다.따라서 회로 기판을 설계할 때 회로의 기하학적 형태를 최적화하여 불필요한 손실을 줄여야 한다.

5. 환경 조건

온도와 습도 등 환경 요소도 매개 전기 손실에 영향을 줄 수 있다.고온 고습 환경에서 재료의 개전 성능에 변화가 발생하여 개전 손실이 증가할 수 있다.따라서 고주파 회로 기판의 재료를 선택할 때 특정 환경 조건에서의 재료의 성능 안정성을 고려하여 실제 응용에서의 신뢰성을 확보할 필요가 있다.

고주파 회로 기판의 성능에는 Dk와 Df가 중요합니다.낮은 Dk 및 낮은 Df를 가진 재료를 선택하면 신호 전송 속도와 에너지 효율성이 크게 향상되고 다양한 환경 조건에서 회로의 안정성이 보장됩니다.이러한 요소를 이해하고 최적화하면 고주파 회로를 보다 효율적으로 설계하고 전반적인 시스템 성능을 향상시킬 수 있습니다.