5G의 다양한 주파수 대역에서의 PCB 회로 재료 선택과 그 영향

5G 전환은 많은 산업에서 중요한 결정이 될 것이지만, 전환은 애플리케이션과 운영 방식에 따라 달라집니다. 일부 업계에서는 경쟁력을 유지하기 위해 새로운 기술을 빠르게 도입해야 하는 반면, 다른 업계에서는 시간을 두고 천천히 도입해야 할 수도 있습니다. 어떤 산업에 속해 있든 새로운 고속 재료 사용과 관련된 잠재적 비용을 고려해야 합니다. 고속 재료를 사용하면 PCB의 스택업 시간이 크게 늘어날 수 있으므로 시간을 들여 올바른 결정을 내리는 것이 좋습니다.

유전 상수

PCB 소재를 선택할 때 유전율은 중요한 고려 사항입니다. 유전율은 온도 변화에 노출되었을 때 재료가 얼마나 빨리 팽창하고 수축하는지를 결정합니다. PCB 재료의 열전도율은 일반적으로 켈빈당 미터당 와트 단위로 측정됩니다. 유전체 재료마다 열전도율이 다릅니다. 예를 들어 구리의 열 전도율은 386W/M-oC입니다.

PCB 재료를 선택할 때는 기판의 유효 유전 상수가 전자파의 속도에 영향을 미친다는 점을 기억하세요. PCB 기판 재료의 유전 상수와 트레이스 형상에 따라 신호가 회로를 얼마나 빨리 이동할 수 있는지가 결정됩니다.

유전율은 5G 네트워킹을 위한 PCB 소재를 선택할 때 핵심적으로 고려해야 할 사항입니다. 유전율이 높으면 전자기 신호를 흡수하여 통신 감도가 저하됩니다. 따라서 유전율이 낮은 PCB 소재를 선택하는 것이 중요합니다.

트레이스 두께

5G 기술의 주파수 범위는 이전의 무선 통신 기술보다 더 넓습니다. 이는 짧은 구조일수록 신호에 의해 여기되기 쉽다는 것을 의미합니다. 일반적으로 단일 PCB 트레이스의 파장은 1센티미터입니다. 이 주파수 범위에서는 단일 트레이스가 훌륭한 수신 안테나가 될 수 있습니다. 그러나 주파수 범위가 넓어지면 PCB 트레이스의 민감도가 증가합니다. 따라서 최적의 차폐 방식을 결정하는 것이 중요합니다.

5G 표준의 주파수 대역은 저대역과 고대역의 두 부분으로 나뉩니다. 첫 번째 대역은 밀리미터파 영역이고 두 번째 대역은 6GHz 임계값 미만입니다. 30GHz와 77GHz를 중심으로 한 대역은 모바일 네트워크에 사용됩니다.

두 번째 대역은 저대역으로, 에너지 부문에서 원격 풍력 발전소, 광산, 유전과 통신하는 데 주로 사용됩니다. 또한 농업 분야에서 스마트 센서를 연결하는 데에도 사용됩니다. 1.7GHz~2.5GHz를 전송하는 중대역 5G는 속도와 커버리지 사이의 균형이 잘 잡혀 있습니다. 넓은 지역을 커버하도록 설계되어 상대적으로 빠른 속도를 제공하지만 가정용 인터넷보다 여전히 빠릅니다.

비용

전자 제품 제조에 있어 PCB의 소재 선택은 매우 중요합니다. 5G와 같은 고주파 대역에서 제조할 때는 많은 어려움이 있습니다. 다행히도 PCBA123은 이 새로운 주파수 대역의 요구 사항을 충족하는 재료 제품군을 개발했습니다.

5G 네트워크에 사용되는 더 높은 캐리어 주파수는 더 빠른 데이터 속도와 더 낮은 지연 시간을 가능하게 합니다. 이를 통해 훨씬 더 많은 수의 디바이스에 대한 연결성이 향상될 것입니다. 이는 5G가 사물 인터넷의 표준이 될 수 있음을 의미합니다. 그러나 주파수 대역이 증가함에 따라 디바이스의 복잡성도 증가합니다.

다행히도 PCB 비용을 절감할 수 있는 몇 가지 방법이 있습니다. 예를 들어, 한 가지 옵션은 Tg가 낮은 저손실 액정 폴리머를 사용하는 것입니다. 이 옵션은 비용을 낮출 수 있지만 새로운 유전율 문제가 발생할 수 있습니다. 또는 제조업체는 저온 애플리케이션에 더 적합한 유연한 세라믹과 폴리이미드를 사용할 수 있습니다.

열팽창

고주파 PCB 회로에는 다양한 열팽창 특성을 가진 재료가 필요합니다. FR-4가 고주파 회로에 가장 많이 사용되는 재료이지만 손실을 최소화하는 데 사용할 수 있는 다른 재료도 많이 있습니다. 이러한 재료 중에는 순수 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 세라믹 충전 PTFE, 탄화수소 세라믹 및 고온 열가소성 플라스틱이 있습니다. 이러한 소재는 Dk 값이 다양하며 손실 계수는 표면 오염 물질, 라미네이트 흡습성 및 제조 온도에 따라 결정됩니다.

5G 기술에 사용되는 PCB 회로 재료는 더 높은 온도 변화에 대한 저항력이 있어야 합니다. 열 저항을 높이면 기존 회로 기판 처리 시설을 사용하여 회로 기판을 처리할 수 있습니다. 또한 5G 기술에는 더 높은 품질의 PCB 재료가 필요합니다. 예를 들어 Isola MT40은 두께 방향 열팽창 계수가 0.03으로 낮은 재료로, 고주파 애플리케이션에 적합하다는 것을 나타냅니다.

신호 무결성을 보장하기 위해 5G 시스템에는 고속 및 고주파 부품이 필요합니다. 효과적인 열 관리를 통해 이러한 구성 요소는 가능한 최고 속도로 작동하도록 설계할 수 있습니다. 열 전도도 또는 TCR은 온도와 관련하여 기판의 유전 상수를 측정하는 특성입니다. 회로가 고주파 작동 중이면 열이 발생하고 유전체 성능이 저하됩니다.