안테나 보드는 다른 종류의 PCB입니다. 디지털 보드에서 기판은 주로 기계적 캐리어입니다. 안테나 보드에서 기판은 회로가 방사하는 방식, 손실되는 신호의 양, 현장에서 얼마나 안정적인 성능을 발휘하는지 직접적으로 결정합니다. 재료를 잘못 사용하면 아무리 레이아웃 기술을 사용해도 디자인이 저장되지 않습니다.

이 기사에서는 당사가 최근 제조한 콤팩트하고 초박형이며 순금으로 마감 처리된 2레이어 AD250C 안테나 보드에 대해 설명합니다. 건설 및 스택업 외에도 우리는 종종 간과되는 질문을 파헤치고 싶습니다.왜 이 보드는 더 일반적인 ENIG, 침지 은 또는 OSP 대신 순금을 사용했습니까?

보드의 모습

전체 사양부터 시작해 보겠습니다.

기본 재료는 55.36mm × 76.2mm 크기의 2층 견고한 PCB인 Rogers AD250C이며 허용 오차는 ±0.15mm입니다. 최소 트레이스와 공간은 4/6mils이고 최소 구멍 크기는 0.4mm입니다. 블라인드 또는 매립형 비아가 없으며 모든 연결은 스루홀입니다.

완성된 보드 두께는 0.6mm이며, 외부 레이어의 구리는 1oz(35μm)이고 비아 도금 두께는 20μm입니다. 표면 마감은 순금입니다. 상단 실크스크린은 노란색이며 하단 실크스크린은 없습니다. 녹색 솔더 마스크가 양면에 적용됩니다. 모든 보드는 배송 전에 100% 전기 테스트를 거쳐 IPC-Class-2로 제작되었으며 아트워크는 Gerber RS-274-X 형식으로 제공됩니다.

몇 가지 매개변수가 즉시 눈에 띕니다. 0.6mm의 초박형 두께, 순금 마감, 단 2개의 네트가 있는 보드의 49개 비아입니다.

스택업: 얇은 디자인

스택업은 간단합니다. 35μm 구리, 0.508mm(20mil) AD250C 기판 및 35μm 구리입니다.

완성된 두께는 0.6mm로 일반 1.6mm의 절반 정도입니다.FR-4 보드. 얇은 안테나 보드는 두 가지 목적으로 사용됩니다. 공간이 제한된 장치에서 전체 모듈 높이를 줄이는 것과 특정 패치 및 평면 안테나 설계에서는 유전 부하를 줄여 방사 효율을 향상시킬 수 있습니다.

그러나 얇은 보드는 제조상의 어려움을 가져옵니다. 0.6mm에서 보드는 더 유연하므로 드릴링, 도금 및 조립 중에 더 많은 주의가 필요합니다. 두께가 20mil에 불과한 코어의 경우 변형 제어가 특히 중요합니다.

왜 AD250C인가?

AD250C는 Rogers의 유리 강화 PTFE 기반 안테나 라미네이트로, 무선 안테나 시장(셀룰러 인프라 기지국, 자동차 텔레매틱스 및 상업용 위성 라디오)을 위해 특별히 설계되었습니다.

주요 전기 사양은 10GHz에서 2.5 ± 0.04의 유전 상수, 10GHz에서 0.0013의 소산 계수, 30mil, 1900MHz에서 −159dBc의 PIM입니다.

낮은 Dk 및 안테나 구조.2.5의 Dk는 FR-4의 약 4.3보다 훨씬 낮습니다. 안테나 설계에서 Dk가 낮다는 것은 전자기장이 기판에 집중되지 않고 공기 속으로 더 확장된다는 의미입니다. 이는 일반적으로 방사 효율을 향상시키고 유전체에 갇힌 에너지를 줄입니다. 또한 안테나 요소의 크기를 자유 공간 파장에 더 가깝게 조정하여 매칭을 단순화하고 대역폭을 넓힐 수 있습니다.

낮은 Df 및 손실.0.0013의 소산계수는 매우 낮습니다. FR-4의 범위는 0.012~0.020으로 대략 10배 더 높습니다. 안테나 주파수에서 이러한 차이는 삽입 손실 감소 및 이득 향상으로 직접적으로 해석됩니다. 이 재료의 손실 탄젠트는 일반적인 무선 대역에서 0.002 미만으로 유지되므로 다중 대역 설계에 적합합니다.

낮은 PIM 및 안테나 성능.수동 상호 변조는 셀룰러 인프라 안테나의 중요한 사양입니다. 두 개 이상의 신호가 수동 구성 요소에서 혼합되면 수신 대역을 방해하는 상호 변조 제품이 생성됩니다. AD250C의 -159dBc는 이러한 효과를 최소화하여 생산 시 PIM 관련 오류로 인한 수율 손실을 줄이는 데 도움이 됩니다.

치수 안정성.CTE는 X에서 47ppm/°C, Y에서 29ppm/°C, Z에서 196ppm/°C입니다. 유리 강화 구조는 평면 내 이동을 제한하며 이는 요소 간격이 정확해야 하는 안테나 어레이에 중요합니다.

표면 마감: ENIG, Immersion Silver 또는 OSP가 아닌 순수 금이 필요한 이유

이것은 이 보드에서 가장 흥미로운 디자인 결정입니다.

안테나 보드의 표면 마감은 우연한 선택이 아닙니다. 이는 다음 세 가지에 직접적인 영향을 미칩니다.RF 손실, PIM 성능 및 장기 신뢰성.각 옵션을 살펴보겠습니다.

ENIG: 니켈층은 고주파 킬러입니다

ENIG의 구조는 구리 → 니켈(3~6μm) → 금(0.05~0.1μm)이다. 금층은 얇습니다. 그 아래의 니켈이 실제 작업을 수행합니다. 그러나 니켈은 강자성체로 저항률이 구리의 4배 이상입니다.

고주파수에서는 표피 효과가 전류를 도체 표면으로 밀어냅니다. 28GHz에서 구리의 표피 깊이는 약 0.4μm에 불과하며 ENIG의 니켈 층은 그 10배 이상입니다. 신호는 손실이 많은 니켈 층에 효과적으로 갇히게 됩니다. 측정에서 ENIG를 사용하는 28GHz 안테나는 순수 구리보다 0.7~1.2dB 낮은 효율을 나타냅니다.

ENIG는 납땜에 좋습니다. RF에는 좋지 않습니다.

OSP: 뛰어난 RF, 수명이 너무 짧음

OSP는 니켈 층 없이 구리에 직접 필름을 형성하여 이상적인 구리에 이어 손실이 두 번째로 우수한 RF 성능을 제공합니다. 하지만 두 가지 어려운 문제가 있습니다.

첫째, OSP는 절연체이다. 안테나 보드에 테스트 지점이 있거나 프로브 접촉이 필요한 경우 OSP는 접촉 불량 및 잘못된 개방 회로 보고를 유발합니다.

둘째, 유통기한은 3~6개월에 불과하며 리플로우할 때마다 필름이 소모됩니다. 양면 어셈블리 또는 여러 열 주기를 겪는 보드에서는 첫 번째 리플로우 이후 하단 OSP가 저하되기 시작하고 두 번째 솔더링 패스가 위험해집니다. 안테나 보드는 장기간 배포되는 제품인 경우가 많으며 OSP의 짧은 수명은 그러한 현실과 일치하지 않습니다.

Immersion Silver: 안테나 보드를 위한 최적의 장소

침지 은은 니켈 장벽 없이 구리 위에 직접 증착되며 두께는 0.15–0.4 µm에 불과합니다. 은의 저항은 구리보다 약간 높기 때문에 고주파 신호는 구리에 가까운 표면으로 이동합니다. 측정에서 이머젼 실버의 안테나 효율은 순동보다 0.1~0.2dB 낮으며 ENIG보다 훨씬 우수합니다.

절충안은 스토리지입니다. 은은 변색되고 황화물이 되기 때문에 밀봉된 습기 조절 포장이 필요합니다. 유통기한은 6~12개월입니다.Immersion Silver의 위치: 순동에 가까운 RF 성능, 적당한 가격, 대부분의 안테나 애플리케이션에 적합합니다.

순금: 이 위원회가 순금을 선택한 이유

순금은 니켈층 손실 문제도 방지하지만 그 가치는 그 이상입니다.

PIM이 매우 낮습니다.AD250C의 핵심 판매 포인트 중 하나는 -159dBc만큼 낮은 PIM입니다. PIM은 표면 상태에 매우 민감합니다. 금속 산화물, 거친 표면, 이종 금속 인터페이스는 모두 비선형 소스가 됩니다. 순금은 화학적으로 불활성이고 매끄러우며 산화물 형성에 대한 저항력이 있어 소스에서 PIM을 줄여줍니다. ENIG의 니켈 층 자체는 추가적인 비선형성에 기여할 수 있는 서로 다른 금속입니다. 변색된 은도 PIM을 저하시킬 수 있습니다.

장기적인 신뢰성.기지국 안테나는 열 순환과 습도를 통해 실외에 배치되어 수년간 작동됩니다. 순금은 산화, 황화물, 변색되지 않으며 접촉 저항은 시간이 지나도 안정적으로 유지됩니다. OSP 필름은 시간이 지남에 따라 성능이 저하되고 은은 변색됩니다. 설치하고 그대로 놔두는 안테나의 경우 금의 신뢰성 프리미엄은 지불할 가치가 있습니다.

납땜 및 접합과의 호환성.이 보드에는 27개의 상단 SMT 패드와 24개의 스루홀 패드가 있습니다. 순금은 안정적인 납땜을 지원하고 와이어 본딩도 지원합니다. 디자인에 직접 칩 부착이 포함된 경우 순금은 두 가지를 모두 처리하는 몇 안 되는 마감재 중 하나입니다.

절충안은 비용이며, 옵션 중 가장 높습니다. 그것이 구매하는 것은 가장 낮은 PIM 위험과 가장 긴 신뢰성입니다.

기타 건설 세부 사항

4/6mil 트레이스 및 공간.안테나 보드의 경우 이 해상도는 일반적으로 네트워크 일치, 피드 라인 및 구조 조정에 사용됩니다. AD250C의 유리 강화재는 에칭 중 가공성과 치수 안정성을 향상시켜 이러한 정밀도를 달성할 수 있습니다.

49개의 비아, 2개의 네트.이것은 더 흥미로운 세부 사항 중 하나입니다. 안테나 설계에서 네트 수가 적고 비아 수가 많다는 것은 일반적으로 비아 펜스, 접지면 스티칭 또는 가장자리 접지 슬롯 안테나와 같은 접지 구조를 나타냅니다. 이러한 비아는 신호를 라우팅하는 것이 아닙니다. 차폐 및 접지를 제공합니다.

이 보드에는 24개의 스루홀 패드와 27개의 상단 SMT 패드, 혼합 커넥터 및 구성 요소 유형이 포함되어 있습니다. 하단에 SMT 패드가 없으며 이는 하단이 주로 접지면 또는 실장 표면 역할을 하는 설계와 일치합니다.

최소 구멍 크기는 0.4mm입니다.이것은 최고라기보다는 적당한 수준이지만 0.6mm 두께의 얇은 보드에 있어서는 합리적인 선택이다. 얇은 재료에 구멍이 작을수록 드릴이 파손되고 도금이 고르지 않을 위험이 있습니다. 20μm 비아 도금은 배럴 무결성을 보장합니다.

솔더 마스크와 실크스크린.양쪽에 녹색 솔더 마스크가 있고 상단에만 노란색 실크스크린이 있습니다. 바닥면이 접지면이거나 마킹이 아무 목적도 없는 장착 표면인 경우에는 바닥 실크스크린이 일반적이지 않습니다. 녹색 바탕의 노란색은 조립 및 검사 시 좋은 대비를 제공합니다.

품질과 배송

이 보드는 IPC-Class-2 표준에 따라 제조되었으며 배송 전에 100% 전기 테스트를 거쳐 순 무결성과 절연을 확인했습니다. 아트워크는 Gerber RS-274-X로 제공되었으며 이 기능은 전 세계적으로 제공됩니다.

이 위원회가 우리에게 말하는 것

이 AD250C 빌드는 안테나 보드가 범용 PCB와 어떻게 다른지 보여주는 좋은 예입니다. Dk, Df 및 PIM 요구 사항에 따라 재료를 선택하면 전기적 기반이 설정됩니다. 0.6mm의 얇은 구조로 컴팩트한 모듈 통합을 지원합니다. 순금 마감은 PIM 위험을 최소화하면서 표면 전도성을 보호합니다. 그리고 로우 네트 설계의 높은 비아 수는 안테나 레이아웃의 일반적인 접지 구조를 반영합니다.

안테나 설계 작업을 하고 있고 Rogers AD250C 및 유사한 PTFE 기반 라미네이트에 대한 경험이 있는 제조업체가 필요한 경우, 귀하의 요구 사항을 검토해 드리겠습니다. 단순한 패치 안테나이든 다중 요소 어레이이든 대화는 전기적 및 기계적 제약으로 시작됩니다.

다음 안테나 PCB 프로젝트에 대해 논의하려면 당사에 문의하십시오.