고주파 기술 - RF PCB 재료를 선택하는 방법

무선 통신 및 광대역 네트워크가 개발되면서 PCB는 더 이상 회로의 상호 연결을 실현하기 위해 일부 단열 기판에 금속 와이어를 놓지 않습니다. 많은 경우에, RF PCB 기판 및 금속 도체는 기능성 성분의 일부가되었다. 특히 RF 응용 분야에서 구성 요소는 PCB 기판과 상호 작용하므로 PCB 설계 및 PCB 제조는 제품 기능에 점점 비판적으로 영향을 미칩니다. 아래 그림과 같이, 일반적인 마이크로파 RF PCB의 도체는 모두 구성 요소입니다.

당사의 RF PCB 제조업체는 또한 RF 설계, 특히 고주파 및 고속 신호 전송과 관련된 것들에 더 관여합니다. 마찬가지로, PCB 설계자는 자격을 갖춘 고성능 PCB를 포괄적으로 생산하기 위해 PCB 제조 공정을 깊이 이해해야합니다.

1. 유전 상수 (DK)

유전체 상수 (DK, ε, ER)는 배지에서 전기 신호 전파 속도를 결정합니다. 전기 신호 전파 속도는 유전 상수의 제곱근에 반비례합니다. 유전 상수가 낮을수록 신호 전송이 더 빠릅니다. 당신이 해변에서 달리는 것처럼 시각적 비유를 만들어 봅시다. 수심은 발목을 잠그는 것입니다. 물의 점도는 유전체 상수입니다. 물이 점성이 높을수록 유전 상수가 높을수록 느리게 달리는 속도가 느려집니다.

유전 상수는 측정하거나 정의하기가 쉽지 않습니다. 그것은 매체 자체의 특성과 관련이있을뿐만 아니라 테스트 방법, 테스트 주파수 및 테스트 전 및 재료 상태와 관련이 있습니다. 유전 상수는 온도의 변화에 따라 변화합니다. 온도 습도를 고려하여 일부 특수 재료는 또한 유전 상수에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 물의 유전 상수는 70이기 때문입니다. 약간의 물은 상당한 변화를 일으킬 것입니다.

하기는 일부 전형적인 재료 (1MHz)의 유전 상수입니다.

진공 1.0

순수한 PTFE 2.1

gyptfe2．2fe2.3

GX-PTFE2.55

시아네이트 에스테르/유리 3.2

시아네이트 에스테르/쿼츠 2.8-3.4

폴리이 미드 쿼츠 3.5-3.8

폴리이 미드 유리 4.0-4.6

에폭시 수지 유리 (FR4) 4.4-5.2

부직포 방향족 아민 (아라미드) 3.8-4.1

방향족 아민 (직물) 3.8-4.1

세라믹으로 채워진 PTFE 6.0-10.2

Foamclad (Arlon Patent) 1.15-1.3

물 70.0

고속 및 고주파 응용 분야의 경우 이상적인 재료는 구리 호일로 싸인 공기 매체입니다.

신호의 전송 속도에 직접 영향을 미치는 것 외에도 유전 상수는 특징적인 임피던스를 크게 결정합니다. 다른 부분에서 특징적인 임피던스 매칭은 마이크로파 통신에서 특히 중요합니다. 임피던스 불일치가 발생하면 임피던스 불일치를 VSWR이라고도합니다 (정상파 비율)

CTER : 온도에 따른 유전 상수 변화와 전자 레인지에 사용되는 재료는 종종 우주 환경에서도 실외에서 발생하기 때문에 CTER (온도에 따른 유전 상수의 변화 계수)도 핵심 매개 변수입니다. 세라믹 파우더로 채워진 일부 ptfe는 CLTE와 같이 매우 좋은 특성을 가질 수 있습니다.

2. 손실 계수 (DF)

유전 상수 외에도 손실 계수는 재료 유전체 손실의 전기적 특성에 영향을 미치는 중요한 매개 변수이며 손실 탄젠트, 손실 계수 등이라고도합니다. 매체의 신호 손실 또는 에너지 손실을 말합니다. 고주파 신호 (양의 위상과 음의 상 사이)가 중간 층을 통과 할 때, 중간의 분자는 이러한 전자기 신호에 따라 방향을 향해 노력합니다. 실제로,이 분자들은 가교 되었기 때문에 실제로 방향을 배치 할 수는 없습니다. 그러나 주파수의 변화로 인해 득점자들은 계속 움직이고 열을 많이 생성하며 에너지 손실을 유발합니다.

그러나 PTFE와 같은 일부 재료는 비극성이므로 전자기장의 영향을받지 않으며 손실은 적습니다. 마찬가지로, 손실 계수는 또한 주파수 및 테스트 방법과 관련이 있습니다. 일반적인 규칙은 주파수가 높을수록 손실이 커질수록 전기 에너지 소비가 가장 직관적 인 사례입니다. 회로 설계 손실이 작 으면 배터리 수명이 크게 증가 할 수 있습니다. 신호를 받으면 안테나는 재료 손실에 더 민감하며 신호가 더 명확 해집니다.

일반적으로 사용되는 FR4 에폭시 수지 (DK4.5)는 비교적 강한 극성을 갖는다. 1GHz에서, 손실은 약 0.025이고,이 조건에서 PTFE 기판 (DK2.17)의 손실은 0.0009입니다. 유리가 채워진 폴리이 미드와 비교하여, 쿼츠 채워진 폴리이 미드는 실리콘 함량이 순수하기 때문에 유전 상수 및 손실이 낮다.

다음 그림은 PTFE의 분자 구조를 보여줍니다. 우리는 그 구조가 매우 대칭적이고 C-F 결합이 단단히 결합되며 극성 그룹이 없음을 알 수 있습니다. 따라서, 전자기장의 변화로 흔들릴 가능성은 매우 작으며, 이는 작은 손실의 전기적 특성으로 나타납니다.

3. 열 팽창 계수 (CTE)

열 팽창 계수는 일반적으로 CTE로 축약되며, 이는 재료의 중요한 열 기계적 특성 중 하나입니다. 재료가 가열 될 때 재료의 확장을 말합니다. 실제 재료 확장은 부피 변화를 말하지만, 기판의 특성으로 인해, 우리는 종종 평면 (x -, y-) 및 수직 방향 (z-)의 확장을 고려합니다. 평면의 열 팽창은 종종 보강 층 재료 (유리 천, 석영, 온도 마운트)에 의해 제어 될 수 있으며, 종 방향 팽창은 항상 유리 전이 온도보다 높으며, 이는 제어하기 어려운다. 평면 CTE는 고밀도 패키지를 설치하는 데 중요합니다. 칩 (보통 6-10ppm/c의 CTE)이 기존의 PCB (CTE18ppm/c, PTFE에 설치되는 경우, CLTE 및 Arlon Company의 LCCLTE와 같은 세라믹 파우더로 가득 차있는 PTFE에 설치되는 경우 제조를위한 가장 대표적인 응용 프로그램입니다. 글로벌 통신 위성을위한 64 층 다층 보드

4. 열전도도

많은 마이크로파 필드에는 많은 고전력 응용이 있으며, 재료의 열 소산 특성은 전체 시스템의 신뢰성에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 열전도율도 고려해야합니다. 일부 특별한 높은 신뢰성 및 고전력 소비 응용 프로그램의 경우 금속 라이닝 (알루미늄 또는 구리베이스)도 사용할 수 있습니다. 재료 유형의 예 : MKPTFE/유리 천 Diclad, Cuclad0.26ptfe/세라믹 파우더, 유리 천 CLTE0.5AR10000.65AD350I0.45 세라믹 파우더가 충전 된 열 설정 재료 25N/F0.45 열 전도성 재료 99N1.2FR-40.24- 0.26

5. 제조 가능성

우리는 PTFE 물질이 처리하기가 어렵다는 것을 이해합니다. 특히 홀 금속 화에 대해서는 혈장 또는 나트륨 나트륨 처리가 필요합니다. 또한, PTFE는 열가소성 재료이며, 다층 보드의 처리에는 고온이 필요합니다. 이제, 고주파 회로를 위해 새로운 저 손실 서모 세트 수지 재료가 개발되었으며, 이는 Arlon25N/FR과 같은 혈장 활성화없이 다층 보드를 처리 할 수 있습니다. 현재 PA 및 안테나의 설계에서 LNA에서 널리 사용되며, 수분 흡수도 고려해야 할 요소입니다. 수분 흡수가 작은 재료는 전기 특성이 더 안정적이되도록 가능한 한 멀리 선택해야합니다.

6. 수동 간 수정 (PIM)

안테나 및 필터와 같은 RF 프론트 엔드 설계에서는 수동적 개간 변조가 필요합니다. 이것은 또한 PCB의 기판과 관련이 있습니다. 일부 회사는 특정 구리 호일을 사용하여 특정 범위 내에서 수동적 개간 변조를 유지합니다. 다음 표는 수동적 개간 변조 요구 사항이없는 보드의 PIM과 특정 요구 사항이있는 보드의 PIM 간의 차이를 보여줍니다.

마이크로파 RF PCB 재료는 주로 유전 상수, 손실, 열 팽창 계수 및 열 전도도 저비용 저비용 저렴한 저렴한 유전 상수 세라믹, 낮은 유전성 상수 CTER, 안정적인 저비용 상용 손실 열세트 충전 수, 저 손실 세라믹 채우기 PTFE를 통해 선택됩니다.