RO4350B로만 제작된 8층 RF 보드는 대량 생산을 비현실적으로 만들 만큼 비쌀 것입니다. FR-4로만 제작된 표면층의 50옴 RF 트레이스는 사양을 충족하지 못할 것입니다.

하이브리드 스택업이 해결책입니다. 하지만 하이브리드 구조는 단일 재료 스택업보다 가공하기 훨씬 어렵습니다. CTE 불일치로 인한 박리, 다층 라미네이션으로 인한 층간 오정렬, 두껍고 얇은 유전체의 교대가 임피던스 유지를 어렵게 만듭니다.

최근 저희는 이 설계 접근 방식의 전형적인 예인 8층 RO4350B + MT40 하이브리드 RF 보드를 제조했습니다. 이 글은 단순히 보드가 어떻게 제작되었는지에 대한 것이 아닙니다. 재료 선택 단계에서 끊임없이 제기되는 질문에 대한 것입니다.하이브리드 스택업이 가치가 있을 때와 없을 때입니다.

보드 사양

8층 구리 구조. 상단 및 하단 레이어는 0.168mm RO4350B 고주파 재료를 사용합니다. 내부 레이어는 0.381mm MT40, 표준 고Tg FR-4 재료를 사용하며, 레이어 사이에 0.1245mm MT40 프리프레그가 있습니다. 완성된 외부 구리는 1oz, 내부 구리는 0.5oz이며, 적층 두께는 1.636mm입니다. 녹색 솔더 마스크, 흰색 실크스크린, 팔라듐 금 마감, 179mm x 121mm.

보드에는 L1-L2 및 L7-L8 블라인드 비아가 포함됩니다. 상단 레이어는 50옴 목표 임피던스를 가진 6mil 단일 종단 트레이스를 처리합니다.

표면에 RO4350B를, 내부에 MT40을 사용하는 이유

스택업 로직은 명확합니다. 표면에서의 고주파 성능, 내부에서의 구조적 지지 및 비용 제어입니다.

표면 레이어는 RF 트레이스가 있는 곳이기 때문에 RO4350B를 사용합니다. RO4350B는 약 3.48의 유전 상수와 약 0.0037의 손실 계수를 가집니다. 낮은 Df는 낮은 유전 손실을 의미하므로 마이크로파 신호가 표면을 따라 이동할 때 감쇠가 적습니다. 상단 레이어의 6mil 단일 종단 50옴 트레이스는 RO4350B 위에 직접 제작되어 임피던스 제어가 더 엄격합니다.트레이드오프: RO4350B는 표준 FR-4보다 훨씬 비쌉니다.

전력 및 접지면은 고주파 성능이 필요하지 않기 때문에 내부 레이어는 MT40을 사용합니다. MT40은 표준 고Tg FR-4 재료로 RO4350B보다 훨씬 저렴합니다. 다층 스택에 대한 구조적 지지와 열 안정성을 제공하는 역할을 합니다. 내부 레이어도 RO4350B를 사용했다면 재료 비용이 급격히 상승했을 것이며, 전력 및 접지면은 낮은 Df가 필요하지 않습니다.트레이드오프: MT40의 전기적 성능은 RO4350B만큼 좋지는 않지만, 내부 레이어에 사용하면 RF 성능에 영향을 미치지 않습니다.

0.1245mm MT40 프리프레그는 레이어 간 두께를 제어합니다. 프리프레그 두께는 레이어 간 유전체 두께에 직접적인 영향을 미치며, 이는 다시 임피던스에 영향을 미칩니다. 0.1245mm 사양은 RO4350B 및 MT40 코어 두께를 맞추고 총 적층 두께를 1.636mm로 유지하기 위해 선택되었습니다.

이 스택업의 핵심 로직은 다음과 같습니다.필요한 곳에만 고주파 성능을 제공합니다. 리소스 활용도가 높아지고 비용을 더 잘 제어할 수 있습니다.

공정 과제: 세 가지 실제 문제

하이브리드 유전체 스택업은 단일 재료 스택업보다 가공하기 훨씬 어렵습니다. 이 보드는 세 가지 주요 과제를 안고 있었습니다.

과제 1: CTE 불일치로 인한 박리 및 뒤틀림

RO4350B는 세라믹 충진 재료이며, FR-4 기반인 MT40과 CTE가 다릅니다. 라미네이션 중 두 재료는 다른 속도로 팽창하여 계면에서 응력을 발생시키며, 이는 박리 또는 보드 뒤틀림을 유발할 수 있습니다.

해결책은 느린 냉각과 함께 단계별 온도 램프입니다. 램프는 여러 단계로 나뉘며, 각 단계는 재료가 완전히 부드러워지고 흐를 수 있도록 충분히 유지됩니다. 냉각 단계는 급격한 냉각으로 인한 내부 응력을 피하기 위해 온도 하강 속도를 제어합니다. 이를 통해 두 재료가 라미네이션 중에 서로의 열팽창 거동을 점진적으로 수용하여 계면 응력을 줄일 수 있습니다.

과제 2: 다층 라미네이션 후 층간 오정렬

1.636mm의 적층 두께는 8층 보드에 대해 중간 정도의 두께입니다. 다층 라미네이션 중 층간 정렬 정확도가 벗어나 오정렬을 유발할 수 있습니다.

해결책에는 추가 정렬 타겟과 라미네이션 플레이트의 최적화된 압력 균일성이 포함됩니다. 정렬 타겟은 더 정확한 정렬 참조를 제공하고, 압력 균일성은 패널 전체에 균일한 힘을 보장하고 국부적인 이동을 줄입니다.

과제 3: 두껍고 얇은 유전체의 교대로 인한 두께 변화에 민감한 임피던스

스택업은 두껍고 얇은 것을 번갈아 사용합니다: 0.168mm RO4350B, 0.381mm MT40, 0.1245mm 프리프레그. 유전체 레이어 간의 두께 차이가 상당합니다. 임피던스는 유전체 두께에 매우 민감하며, 변화는 직접적으로 임피던스 변화로 이어집니다.

해결책은 엄격한 입고 재료 두께 허용 오차입니다. RO4350B 및 MT40 코어 두께, 그리고 프리프레그 두께는 배치 간 일관성을 보장하기 위해 입고 검사에서 엄격하게 검사해야 합니다. 적층 후 유전체 두께도 단면 검사를 통해 확인하여 임피던스가 설계 범위 내에 유지되는지 확인해야 합니다.

모든 RO4350B 스택업 대비 비용 이점

하이브리드 스택업의 핵심 가치는 고주파 성능을 유지하면서 비용을 절감하는 것입니다. 이 보드의 비용 이점은 세 가지 방식으로 나타납니다.

첫째, 재료 비용이 크게 절감됩니다. 내부 레이어의 RO4350B를 MT40으로 교체하면 재료 비용이 급격히 줄어듭니다. RO4350B는 표준 FR-4보다 훨씬 비싸며, RO4350B로만 제작된 8층 보드는 매우 비쌀 것입니다. 하이브리드 스택업은 RO4350B를 표면 레이어에만 유지하여 중대형 RF 모듈의 대량 생산에 적합합니다.

둘째, MT40의 내열성은 순수 세라믹 재료의 열 신뢰성 약점을 보완합니다. MT40은 우수한 내열성을 가진 고Tg FR-4 재료로 여러 번의 SMT 리플로우 사이클을 견딜 수 있습니다. RO4350B는 뛰어난 전기적 성능을 제공하지만, 반복적인 리플로우 하에서의 열 신뢰성은 FR-4만큼 좋지 않습니다. 내부 레이어에 MT40을 사용하면 보드의 전반적인 열 신뢰성이 향상됩니다.

셋째, 리소스 활용도가 높아집니다. 고주파 성능은 신호 표면 레이어에서만 필요합니다. 전력 및 접지 레이어는 저손실 계수 재료가 필요하지 않습니다. RO4350B를 필요한 곳에 배치하고 MT40을 내부 레이어에 배치하는 것은 더 합리적인 리소스 할당입니다.

하이브리드 스택업을 사용해서는 안 되는 경우

이것은 대부분의 스택업 설명에서 생략되는 부분이며, 재료 선택 단계의 엔지니어에게 가장 유용한 부분입니다.

보드 전체에 고주파 성능이 필요한 경우. 내부 레이어도 RF 트레이스를 처리하거나 전력 레이어에 엄격한 임피던스 요구 사항이 있는 경우, 하이브리드 이점이 사라집니다. 이 경우 모든 RO4350B 또는 다른 고주파 스택업이 더 적합합니다.

보드가 작은 경우. 재료 비용이 총 비용에서 차지하는 비중이 적을 때, 하이브리드 구조로 인한 절감 효과는 제한적이며 공정 복잡성이 증가합니다. 단일 재료 스택업이 작은 보드에 더 간단하고 안정적일 수 있습니다.

여러 번의 리플로우 사이클이 필요하지 않은 경우. MT40의 열 신뢰성 이점은 다중 리플로우 조립에서만 중요합니다. 조립 공정이 간단하면 해당 이점이 사용되지 않고 하이브리드 복잡성이 불필요합니다.

비용이 첫 번째 제약 조건이 아닌 경우. 프로젝트가 비용보다 성능을 훨씬 우선시하는 경우, 모든 고주파 스택업은 하이브리드 구조가 도입하는 공정 위험을 피합니다. 하이브리드의 가치는 균형입니다. 균형이 필요하지 않다면 하이브리드도 필요하지 않습니다.

결론

8층 RO4350B + MT40 하이브리드 스택업은 범용 솔루션이 아닙니다. 특정 목적을 위한 솔루션입니다. 고주파 신호가 표면 레이어에 국한되고, 보드가 크고, 비용에 민감하며, 여러 번의 리플로우 사이클이 필요한 경우 공정 복잡성을 정당화합니다.

핵심 로직은 다음과 같습니다. 표면에서의 고주파 성능, 내부에서의 구조적 지지 및 비용 제어입니다. CTE 불일치, 층간 오정렬, 임피던스 변화와 같은 공정 과제는 모두 대응책이 있지만, 이러한 대응책은 공정 복잡성을 증가시킵니다.

설계가 이러한 조건을 충족하지 않는 경우, 단일 재료 스택업이 더 합리적인 선택일 수 있습니다.

RF 모듈 스택업을 작업 중이고 성능과 비용의 균형을 맞춰야 한다면, 귀하의 요구 사항을 검토해 드리겠습니다. 스택업 결정은 가장 좋은 재료가 무엇인지에서 시작하는 것이 아니라, 주파수, 임피던스 목표 및 비용 목표에서 시작해야 합니다.

하이브리드 스택업을 구축해 보셨습니까? 어떤 공정 문제를 겪으셨습니까?