PCB 블로그 - 웨어러블 PCB 보드 디자인에서 주의해야 할 몇 가지 문제

PCB 보드의 부피와 크기가 작기 때문에 성장하는 웨어러블 사물인터넷 시장의 경우 기존 인쇄회로기판 표준이 거의 없다.이러한 표준이 나오기 전에 우리는 이사회 차원에서 배운 지식과 제조 경험을 개발하고 이를 독특한 신흥 도전에 어떻게 적용할지 고민해야 한다.우리가 특별히 관심을 가져야 할 세 가지 분야가 있다.보드 표면 재료, 무선 / 마이크로파 설계 및 무선 전송 케이블입니다.PCB 보드 재료인 PCB 보드는 일반적으로 레이어 프레스로 구성되며, 레이어 프레스는 섬유 강화 에폭시 수지 (FR4), 폴리이미드 또는 로저스 재료 또는 기타 레이어 프레스 재료로 만들 수 있습니다.서로 다른 층 사이의 절연 재료를 예침재라고 한다.

웨어러블 PCB 보드 디자인에서 주의해야 할 몇 가지 핵심 웨어러블 기기는 신뢰성에 대한 요구가 매우 높기 때문에 PCB 보드 디자이너가 FR4 (비용 효율적인 PCB 보드 제조 재료) 나 더 선진적이고 더 비싼 재료를 사용하는 선택에 직면할 때 문제가 될 것이다.웨어러블 PCB 보드 응용에 고속, 고주파 소재가 필요하다면 FR4는 선택이 아닐 수 있다.FR4의 개전 상수(Dk)는 4.5이고, 더 진보된 Rogers 4003 시리즈 재료의 개전 계수는 3.55이며, 형제 시리즈 Rogers 4350의 개전 계수는 3.66이다.층압판의 개전 상수는 진공에서 층압판 부근의 한 쌍의 도체 사이의 용량이나 에너지와 이 쌍의 도체 사이의 용량이나 에너지의 비율을 가리킨다.고주파에서는 손실이 매우 적다.따라서 개전 상수가 4.5인 FR4보다 3.66의 개전 상수를 가진 Roger 4350이 더 높은 주파수의 응용에 적합하다.정상적인 상황에서 웨어러블 기기의 PCB 층수는 4층에서 8층까지 다양하다.계층 구조의 원리는 8층 PCB 보드의 경우 충분한 접지와 전원 레이어를 제공하고 케이블 레이어를 중간에 끼울 수 있어야 한다는 것이다.이를 통해 직렬 교란에서 문파 효과를 유지할 수 있으며 전자기 간섭(EMI)을 크게 줄일 수 있습니다.회로기판 배치 설계 단계에서 배치 방안은 일반적으로 배전층에 가까운 곳에 큰 접지층을 놓는다.이것은 매우 낮은 텍스쳐 효과를 형성할 수 있으며 시스템 노이즈도 거의 0으로 줄일 수 있습니다.이는 무선 주파수 서브시스템에 특히 중요합니다.FR4는 로저스 소재에 비해 특히 고주파에서 더 높은 소비 계수 (Df) 를 가지고 있습니다.더 높은 성능의 FR4 레이어 프레스의 경우 Df 값은 약 0.002로 일반 FR4보다 한 단계 더 좋습니다.그러나 로저스의 스택은 0.001 이하에 불과합니다.FR4 재료가 고주파 응용에 사용될 때 삽입 손실은 현저한 차이가 있을 것이다.삽입 손실은 FR4, Rogers 또는 기타 재료를 사용할 때 신호가 점 A에서 점 B까지의 전력 손실로 정의됩니다.문제의 웨어러블 PCB 보드를 만들려면 더 엄격한 임피던스 제어가 필요합니다.이것은 웨어러블 기기의 중요한 요소이다.임피던스 일치는 더 깨끗한 신호 전송을 생성할 수 있습니다.일찍이 신호 전송 흔적선의 표준 공차는 ± 10% 였다.오늘날의 고주파와 고속 회로에 대해 말하자면, 이 지표는 분명히 좋지 않다.현재 요구 사항은 ± 7%이며 어떤 경우에는 ± 5% 이하입니다.이 매개변수와 기타 변수는 이러한 임피던스 제어가 특히 엄격한 웨어러블 PCB 보드의 제조에 심각한 영향을 미쳐 이를 제조할 수 있는 기업의 수를 제한할 것이다.로저스의 초고주파 재료로 만든 층압판의 개전 상수 공차는 보통 ± 2% 를 유지하며, 일부 제품은 ± 1% 에 이를 수도 있다.반면 FR4 레이어 프레스의 개전 상수 공차는 10% 에 달한다.그러므로 이 두가지 재료를 비교해보면 로저스의 삽입손실이 특별히 낮다는것을 발견할수 있다.전통적인 FR4 재료에 비해 로저스 레이어의 전송 손실과 삽입 손실은 절반으로 줄었다.대부분의 경우 비용이 중요합니다.그러나 Rogers는 상대적으로 낮은 손실의 고주파 레이어 프레스 성능을 수용 가능한 가격으로 제공 할 수 있습니다.상업용으로 Rogers는 에폭시 기반 FR4를 갖춘 혼합 PCB를 만들 수 있으며, 그 중 일부는 Rogers 재료를 사용하고 다른 층은 FR4를 사용합니다.로저스 스택을 선택할 때 주파수는 가장 중요한 고려 요소이다.주파수가 500MHz를 초과할 때 PCB 보드 설계자는 Rogers 재료, 특히 RF/마이크로웨이브 회로를 선택하는 경향이 있습니다. 왜냐하면 상단선이 엄격한 임피던스 제어를 받을 때 이 재료들은 더 높은 성능을 제공할 수 있기 때문입니다.Rogers 재료는 FR4 재료에 비해 더 낮은 개전 손실을 제공할 수 있으며 개전 상수는 더 넓은 주파수 범위 내에서 안정적입니다.또한 로저스 소재는 고주파 조작에 필요한 이상적인 저삽입 손실 성능을 제공할 수 있다.Rogers 4000 시리즈 재료의 열팽창 계수(CTE)는 우수한 크기 안정성을 제공합니다.이는 PCB 보드가 FR4에 비해 차가움, 열 및 매우 뜨거운 환류 용접 사이클을 경험할 때 회로 보드의 열 팽창과 수축이 더 높은 주파수와 더 높은 온도의 사이클에서 안정적인 한계를 유지할 수 있음을 의미합니다.혼합 스택의 경우 흔히 볼 수 있는 제조 공정 기술을 사용하여 Rogers와 고성능 FR4를 혼합하기 쉽기 때문에 상대적으로 높은 제조 완제품률을 달성하기 쉽다.로저스 레이어에는 특별한 오버홀 제조 프로세스가 필요하지 않습니다.일반적인 FR4는 매우 신뢰할 수 있는 전기 성능을 구현할 수 없지만, 고성능 FR4 재료는 확실히 더 높은 Tg와 같은 신뢰성 특성을 가지고 있으며, 여전히 상대적으로 낮은 비용이며, 간단한 오디오 설계에서 복잡한 마이크로파 응용에 이르기까지 광범위한 응용에 사용될 수 있다.무선 주파수/마이크로파 설계는 휴대용 기술과 블루투스를 고려하여 무선 주파수/마이크로파가 웨어러블 기기에서 응용될 수 있는 길을 열어주었다.오늘날의 주파수 범위는 갈수록 동적으로 변한다.몇 년 전에는 초고주파(VHF)가 2GHz ½ 3GHz로 정의되었습니다.그러나 이제 10GHz에서 25GHz까지의 초고주파(UHF) 애플리케이션을 볼 수 있습니다.그러므로 웨어러블 PCB판의 경우 무선주파수부분은 배선문제에 더욱 많은 주의를 돌려야 하며 신호는 반드시 분리되여야 하며 고주파신호가 발생한 흔적은 반드시 지면에서 멀어져야 한다.기타 고려 사항으로는 바이패스 필터 제공, 충분한 디커플링 콘덴서, 접지, 전송선과 환류선을 거의 동일하게 설계하는 것이 포함된다.바이패스 필터는 노이즈 및 파열을 억제합니다.