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고주파 기술

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DF 값이 0.005에 불과한 kappa 438의 경우 FR-4는 고주파 재료의 선택입니다.
2020-10-05
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Author:Dag      Share

FR4 PCB의 재료를 고성능 재료로 전환하는 것은 일반적으로 사람들이 상상할 수 있는 것만큼 간단하지 않습니다. 전환이 명확할 때 많은 예상치 못한 문제를 해결해야 할 수도 있습니다. 이러한 문제 중 일부는 회로 설계와 관련될 수 있고 다른 문제는 PCB 제조 공정과 관련될 수 있습니다.

회로 성능의 손실로 인해 FR-4 PCB 재료에서 고주파 PCB 재료로의 전환이 필요합니다. 특정 회로의 경우 허용 가능한 삽입 손실량은 애플리케이션마다 다를 수 있습니다. 재료 손실은 손실 계수(DF)로 분류되며, 이는 저손실, 중간 손실 및 고손실 재료에 대해 상당히 주관적입니다. 경험에 따르면, 이 논문은 그것들을 다음과 같이 분류합니다: 고손실 재료의 DF 값은 0.015 이상이며, 이는 많은 FR-4 재료에 대해 매우 일반적인 값입니다. 일부 고성능 FR-4 재료는 손실이 낮고 일부는 DF 값이 0.010이며 이러한 재료는 중간 손실 재료로 분류됩니다. 저손실 재료는 일반적으로 0.004 이하의 DF 값을 갖습니다. 매우 낮은 손실 재료 DF가 0.002 이하입니다. DF 범위가 0.004-0.010인 저손실과 중간 손실 재료 사이에 회색 영역이 있습니다.

손실의 차이 외에도 고주파 재료로 전환하려면 상당한 설계 변경이 필요할 수 있습니다. 이러한 변화는 주로 FR-4 재료의 유전 상수(DK)가 약 4.2-4.5인 반면 많은 고주파 라미네이트의 DK 값이 매우 낮기 때문입니다. DK를 변경하면 임피던스 차이가 발생할 수 있으므로 설계 시 배선 레이아웃을 변경해야 하는 경우가 많습니다. 또한, FR-4 라미네이트의 두께는 라미네이트의 원하는 두께를 유지하기 위해 라미네이트의 예상 두께에 따라 달라지지 않을 수 있습니다.

PCB 재료

또 다른 문제는 PCB 제조 공정과 관련이 있습니다. 일부 고주파 재료는 PTFE를 기반으로 하므로 FR-4 재료와 다른 처리 매개변수가 필요할 수 있습니다.

FR-4에는 다른 촉진 요인이 있습니다. 고주파 산업의 요구로 인해 대부분의 고주파 재료는 FR-4보다 DK 허용 오차가 더 엄격하고 기판의 두께 제어도 더 엄격합니다. 이러한 엄격하게 제어되는 라미네이트 특성은 좁은 임피던스로 제어 가능한 임피던스 플레이트를 구성하는 데 매우 유용합니다. 또한, 고주파 재료는 종종 매우 낮은 수분 흡수율을 갖도록 만들어지는데, 이는 일부 응용 분야에서 재료의 낮은 DF보다 성능 향상에 더 중요할 수 있습니다. 또한 고주파 재료는 일반적으로 온도에 따른 DK의 변화를 측정하는 낮은 온도 유전 상수 계수(tcdk)로 만들어집니다. 일부 애플리케이션의 경우 tcdk가 손실보다 더 중요할 수 있으며 이는 고주파 라미네이트를 사용하는 또 다른 이유입니다.

다행히도 새로운 PCB 재료가 지속적으로 개발되고 있으며 그 중 많은 것들이 FR-4 PCB 재료와 고주파 PCB 재료 사이의 다리 역할을 합니다. 예를 들어 Rogers kappa 438 Gamma FR-4와 유사한 많은 특성을 가지면서 고주파 재료와 관련된 많은 이점을 제공합니다. DF 값은 0.005로 실제 저손실 재료보다 낮지는 않지만 중간 손실 또는 높은 손실의 FR-4 재료에 비해 손실이 분명히 개선됩니다. Kappa 438 Gamma 일반적으로 많이 사용되는 FR-4 소재와 동일한 DK를 갖도록 개발되었으며 DK 4.38로 FR-4 교체 시 회로 설계에 큰 변화 없이 사용할 수 있습니다. 또한 DK 허용 오차는 ± 0.05의 정확도로 대부분의 FR-4 재료보다 엄격합니다. Kappa 438 Gamma CTE는 High-level PCB 구조 범위에 있으며 FR-4와 동일한 공정을 사용할 수 있습니다.

물론 PCB 구조의 경우 다른 재료로 변경하는 경우 PCB 제조업체에서 각 특정 구성의 재료 프로세스를 최적화하는 것이 좋습니다. 하지만 좋은 소식은 FR-4에서 고주파, 저손실 재료로 전환해야 하는 경우 기술자가 선택할 수 있는 재료가 여전히 많다는 것입니다.

Rogers kappa 438에 대해 자세히 알아보려면 다음을 클릭하십시오. Rogers 3세대 탄화수소 수지 세라믹 PCB의 재료 kappa 438.