RF 및 마이크로파 PCB 설계가 왜 그렇게 어려운가요?

간단히 설명하자면, RF 및 마이크로파 PCB는 고주파에서 작동하도록 설계되었기 때문에 설계 프로세스가 조금 더 복잡합니다. 신호 잡음에 더 민감할 뿐만 아니라 전도성 소재가 필요하고 모서리가 날카롭습니다.

RF 및 마이크로파 PCB는 고주파 신호를 작동하도록 설계되었습니다.

RF 및 마이크로파 회로 기판은 고주파 신호를 작동하도록 설계된 특수 기판입니다. 이러한 기판은 종종 낮은 CTE 재료로 만들어져 고온 조건에서 더 안정적입니다. 또한 여러 레이어를 쉽게 정렬할 수 있습니다. 또한 다층 보드 스택업 구조로 조립 비용을 낮추고 성능을 극대화하는 데 도움이 됩니다. 고주파 신호는 잡음에 매우 민감하므로 설계자는 회로 기판이 이러한 잡음에 대한 내성을 갖출 수 있도록 해야 합니다.

RF PCB에는 고투과성 기판이 필수적입니다. 상대 유전율은 유전 상수와 진공 유전율 사이의 비율입니다. 이 기능은 회로 기판에 필요한 공간을 최소화하기 때문에 중요합니다. 또한 기판 재료는 고온과 저온 모두에서 안정적이어야 하며 습기에 강해야 합니다.

신호 잡음에 더 민감합니다.

고주파 신호 잡음은 RF 및 마이크로파 PCB에서 흔히 발생하는 문제이므로 설계자는 그 영향을 줄이기 위해 특히 주의를 기울여야 합니다. RF 및 마이크로파 신호는 고속 디지털 신호보다 신호 잡음에 대한 허용 오차가 훨씬 낮기 때문에 그 영향을 최소화할 수 있는 방식으로 설계해야 합니다. 신호 노이즈 경로가 중단되지 않도록 하려면 회로 기판에 접지면을 사용해야 합니다.

신호 잡음은 무선 및 마이크로파 PCB에 여러 가지 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 첫째, RF 및 마이크로파 신호는 저항이 가장 적은 경로를 따라 이동하기 때문에 신호 잡음에 더 민감합니다. 주파수가 높은 신호는 인덕턴스가 낮은 경로를 따라 이동하는 경향이 있어 신호 잡음과 울림이 발생할 수 있습니다. 따라서 드라이버에서 수신기까지 연속적인 접지면을 확보하는 것이 중요합니다.

열을 방출하기 위해 전도성 소재가 필요합니다.

RF 또는 마이크로파 인쇄 회로 기판에 전원이 공급되면 전도성 재료가 발생된 열을 방출해야 합니다. 이는 열이 소스에서 더 낮은 온도의 영역으로 흐르는 일반적인 열 흐름 모델을 따라 이루어집니다. 일반적으로 구리와 같은 전도성 소재는 손실 없이 열을 방출할 수 있는 능력이 있기 때문에 RF 애플리케이션에 사용됩니다.

PCB 기판의 유전 상수(Dk)는 열을 얼마나 잘 방출하는지를 결정합니다. 전도성 재료로 만들어진 PCB는 불활성 재료로 만들어진 PCB보다 Dk 값이 낮습니다. Dk 값이 높을수록 PCB의 크기가 작아집니다.

여러 디자인 규칙이 필요합니다.

RF 및 마이크로웨이브 PCB에는 최적의 성능을 위해 따라야 하는 여러 설계 규칙이 있습니다. 예를 들어, RF/마이크로파 PCB의 레이아웃은 RF를 다룰 때 매우 중요한 도체 간 임피던스 정합의 필요성을 고려해야 합니다. 또한 회로 레이아웃은 도체 간의 에너지 교환인 누화 위험을 최소화해야 합니다.

RF/마이크로파 PCB를 설계할 때 또 다른 중요한 규칙은 기판 재료가 낮은 습도를 흡수할 수 있어야 한다는 것입니다. 이렇게 하면 회로 기판에 필요한 공간을 줄이는 데 도움이 됩니다. 기판 재료에 대한 또 다른 고려 사항은 유전율과 진공 유전율의 비율인 상대 유전율입니다. 이상적으로 RF/극초단파 PCB 재료의 상대적 유전율은 라인 폭과 임피던스 허용 오차를 손상시키지 않으면서 고속 상호 연결을 허용할 수 있을 만큼 충분히 높아야 합니다. 이를 위해서는 예비 파라미터와 재료에 대한 신중한 분석이 필요하며, 이는 회로 기판 다이어그램을 사용하여 결정해야 합니다.

플렉스 기판 설계와 리지드 PCB의 차이점

플렉스 PCB에 관심이 있다면 플렉스 보드 설계와 리지드 보드 설계의 차이점이 무엇인지 궁금할 것입니다. 둘 다 FR4를 주요 절연 재료로 사용하지만, 플렉스 보드와 리지드 보드에는 몇 가지 차이점이 있습니다. 첫 번째 주요 차이점은 플렉스 보드를 표면에 장착하거나 붙일 수 있다는 것입니다. 또 다른 큰 차이점은 플렉스 PCB에 차폐 필름을 추가할 수 있다는 것입니다. 리지드 PCB와 플렉스 PCB의 마지막 차이점은 사용되는 절연 재료의 유형입니다.

FR4는 플렉스 PCB에 가장 많이 사용되는 경질 단열재입니다.

리지드 PCB는 FR4 에폭시 라미네이트로 제작됩니다. 일반적으로 이 재료는 PCB 생산에 가장 저렴한 재료입니다. 그러나 이 소재는 고온 성능이 필요한 애플리케이션에는 적합하지 않습니다. 이를 극복하기 위해 제조업체는 FR4 코어에 고온 라미네이트를 사용합니다. 그 결과 비용이 절감되고 내구성이 향상되며 성능이 향상됩니다.

연성 PCB는 폴리에스테르 또는 폴리이미드 필름과 같은 유연한 재료로 만들어집니다. 이러한 소재는 저렴하지만 고주파 회로에는 적합하지 않습니다. 리지드 PCB는 효율적으로 작동하기 위해 FR4 소재가 필요합니다. 리지드 PCB는 의료 및 제약 산업과 다양한 유형의 장비에도 사용됩니다.

FR4 PCB를 선택할 때 고려해야 할 사항은 많지만 가장 중요한 것은 제품의 품질입니다. 많은 제조업체가 저렴한 제품을 만들지만 품질에 타협해서는 안 됩니다. 보드의 레이어 수를 결정할 때 두께가 중요합니다. 시트가 두꺼울수록 더 오래 지속됩니다. 또한 모든 전기 회로에서 필수적인 임피던스 매칭이 올바른지 확인하세요.

FR4는 유전율이 매우 높기 때문에 고온 및 기계적 조건에 이상적입니다. 그러나 FR4는 고주파 애플리케이션에는 권장되지 않습니다. 이러한 애플리케이션의 경우 고주파 라미네이트가 더 나은 선택입니다.

플렉스 보드 설계의 오프셋 컨덕터

오프셋 컨덕터는 플렉스 회로 설계에서 중요한 요소입니다. 많은 애플리케이션에 적합한 선택이지만 문제를 일으킬 수도 있습니다. 조립, 사용 및 취급 중에 손상될 수 있습니다. 이를 방지하려면 사용되는 재료가 중요합니다. 사용되는 재료에는 여러 가지 유형이 있으며 제조업체는 자신의 필요에 가장 적합한 재료를 결정해야 합니다. 플렉스 회로에 사용되는 몇 가지 일반적인 재료는 구리와 폴리이미드입니다.

오프셋 트레이스는 구부리는 동안 외부 도체에 과도한 응력이 집중되는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. 구리 피처는 외부 레이어에 최소 0.025인치의 여유 공간이 있어야 합니다. 또한 플렉스 레이어의 두께 균형을 맞추는 것이 중요합니다. 또한 플렉스 레이어는 쌍으로 사용할 수 있습니다. 또한 플렉스 접착제를 단단한 영역에서 멀리 떨어뜨리는 것도 중요합니다. 또한 병렬 레이아웃은 기계적 스트레스를 제거하는 데 도움이 됩니다.

플렉스 회로에는 일반적으로 리지드 플렉스 회로와 플렉시블 플렉스 회로의 두 가지 유형이 있습니다. 유연한 플렉스 회로는 종종 플렉스 보드 설계라고도 합니다. 이 유형의 보드는 여러 층의 구리로 만들어지며 각 층은 다양한 각도로 구부러질 수 있습니다. 굽힘 반경은 회로의 모양과 무결성을 유지하는 데 중요합니다.

플렉스 회로는 리지드 회로와 다르지만 많은 공정이 동일합니다. 플렉스 소재(일반적으로 구리 피복 폴리이미드)는 구멍을 뚫고, 도금하고, 사진 이미지화하고, 현상합니다. 그런 다음 과도한 수분을 제거하기 위해 구워집니다. 마지막으로 기판이 벗겨지거나 갈라지는 것을 방지하는 커버레이 층으로 덮습니다.