RF PCB 설계가 처음이라면 모든 회로 기판이 기본적으로 동일하다고 생각할 수 있습니다. 재료를 선택하고, 트레이스를 라우팅하고, 제작소로 보내면 된다고 생각하시죠?

틀렸습니다. 아주 틀렸습니다.

마이크로파 주파수에서 보드 재료는 단순히 기계적 지지대가 아니라 회로 성능에 적극적으로 참여하는 요소입니다. 잘못된 라미네이트를 선택하면 신중하게 설계한 안테나나 필터가 축축한 국수처럼 작동할 것입니다. 올바른 것을 선택하면 사양을 충분히 충족할 수 있습니다.

오늘 우리는 재료 선택을 올바르게 했을 때 어떤 일이 발생하는지 보여주는 실제 2층 RF PCB를 분석할 것입니다.

보드 소개

재료에 대해 자세히 알아보기 전에 배경을 설정해 보겠습니다. 이 보드는 76.4mm x 98.6mm의 컴팩트한 보드로, 완성 두께는 0.85mm입니다. 5/7 밀 트레이스/공간 기능을 사용하여 제작되었으며, 이는 비싼 초미세 라인 영역으로 들어가지 않고도 대부분의 마이크로파 설계에 충분합니다.

부품 수는 적습니다. 부품 30개, 패드 41개, 비아 27개, 단 2개의 네트입니다. 단순함에 속지 마십시오. 이 두 네트는 신중한 임피던스 제어와 최소한의 손실을 요구하는 신호를 전달합니다.

TLX-8: 숨겨진 영웅

Taconic의 TLX-8은 RF 커뮤니티에서 충성스러운 지지를 얻고 있는 PTFE 유리 섬유 라미네이트이며, 그럴 만한 이유가 있습니다. 이 재료가 이 애플리케이션에 왜 그렇게 적합한지 살펴보겠습니다.

1. 전기적 안정성
10GHz에서 2.55 ± 0.04의 유전 상수(dielectric constant)를 가진 TLX-8은 일관되고 예측 가능한 성능을 제공합니다. 이 엄격한 허용 오차는 임피던스 계산이 신뢰할 수 있고 생산 보드가 프로토타입과 일치함을 의미합니다. 0.0018의 손실 계수(dissipation factor)는 낮은 신호 손실을 보장합니다. 이는 모든 데시벨이 중요한 레이더 또는 모바일 통신과 같은 애플리케이션에 중요합니다.

2. 기계적 견고성
PTFE 재료는 부드럽고 다루기 어렵다는 악명이 높습니다. TLX-8은 유리 섬유 보강재를 사용하여 순수 PTFE 라미네이트가 부족한 치수 안정성을 제공합니다. 열 응력 후 측정된 치수 변화는 기계 방향으로 0.09mm/M, 교차 방향으로 0.10mm/M에 불과합니다. 이는 비아와 패드가 제자리에 유지되도록 보장하는 인상적인 안정성입니다.

3. 열 성능
PTFE의 유리 전이 온도(glass transition temperature)는 유용한 지표가 아니지만(비정질이므로), 분해 온도(decomposition temperature)가 실제 이야기를 들려줍니다. 535°C(2% 무게 감소)에서 TLX-8은 무연 납땜 및 고온 작동에 대해 충분한 여유를 제공합니다. 평면 방향의 21-23 ppm/°C의 CTE 값은 전송선이 열 순환 중에 크게 늘어나거나 압축되지 않도록 보장합니다.

4. 환경 저항성
이 재료는 실전 테스트를 거쳤습니다. 우주 애플리케이션(NASA의 저방출 목록), 해양 환경(군함 안테나), 고진동 시나리오(우주 발사체)에 사용되었습니다. 단 0.02%의 수분 흡수율로 습도가 RF 성능을 저하시키지 않습니다.

솔더 마스크가 없는 이유?

이 설계의 더 특이한 측면 중 하나는 양면 모두에 솔더 마스크가 전혀 없다는 것입니다. 대부분의 상용 PCB에서 솔더 마스크는 필수적인 것으로 간주됩니다. 그러나 고주파 애플리케이션에서는 성능에 영향을 미칠 수 있는 두께 변화, 유전 손실 및 불순물과 같은 변수를 도입합니다. 이를 제거하면 이러한 불확실성이 해소되어 일관성이 향상되고 삽입 손실이 줄어듭니다.

이 접근 방식은 소비자 전자 제품보다는 테스트 고정 장치 및 정밀 마이크로파 애플리케이션에서 더 일반적이지만, 관습보다 성능을 우선시하려는 의지를 보여주는 합법적인 설계 선택입니다.

품질 지원

이 보드는 IPC-Class 2 표준에 따라 제작되었으며, 이는 통신 및 산업용 RF 장비에 적합한 수준입니다. 수년간의 서비스에 충분히 안정적이지만 Class 3 항공 우주 인증의 극도로 높은 비용 프리미엄은 없습니다. 100% 전기 테스트는 모든 보드가 공장을 떠나기 전에 지정된 성능을 충족하는지 확인합니다.

어디에 사용할 수 있습니까?

TLX-8 재료, 순금 마감 및 2층 구조의 조합으로 이 보드는 다음과 같은 용도로 적합합니다.

• 레이더 시스템 (환경 복원력 및 낮은 손실)

• 모바일 통신 인프라 (우수한 PIM 성능)

• 마이크로파 테스트 장비 (일관된 임피던스 및 평면성)

• 안테나 피드 네트워크 (커플러, 스플리터, 증폭기)

최종 요약

이 보드는 RF 엔지니어링에서 재료가 회로 토폴로지만큼 중요하다는 것을 상기시켜 줍니다. TLX-8은 FR-4 또는 Rogers 4000 시리즈만큼 유명하지 않을 수 있지만, 열악한 환경에서 살아남아야 하는 저층 수 마이크로파 설계에는 탁월한 선택입니다.

다음 RF 프로젝트에 PCB를 사양할 때는 기판에 대해 신중하게 생각하십시오. 시뮬레이션이 감사할 것입니다.