RF 애플리케이션용 고주파 PCB: 제조 및 설계에 대한 궁극적인 가이드 (2024)

5G, IoT 및 레이더 시스템 시대에 고주파 PCB는 빠르고 안정적인 무선 통신의 숨은 영웅입니다. 이러한 특수 보드는 최소한의 손실로 RF 신호(300MHz~300GHz)를 전송합니다. 하지만 올바르게 설계 및 제조된 경우에만 가능합니다. 단일 실수(예: 잘못된 재료, 불량한 임피던스 매칭)는 5G 기지국의 신호를 왜곡시키거나 레이더 시스템을 쓸모없게 만들 수 있습니다.

위험은 높지만 보상도 큽니다. 잘 설계된 고주파 PCB는 표준 PCB보다 신호 손실이 3배 적고, EMI가 50% 낮으며, 수명이 2배 더 깁니다. 이 가이드는 저손실 재료(Rogers RO4003C 등) 선택부터 임피던스 매칭 및 쉴딩 마스터링까지 알아야 할 모든 것을 설명합니다. 5G 모듈을 구축하든 위성 RF 시스템을 구축하든, 이것이 성공을 위한 로드맵입니다.

주요 내용
1. 재료가 성패를 좌우합니다. 신호 손실을 최소화하려면 유전율(Dk: 2.2~3.6)과 손실 탄젠트(Df <0.005)가 낮은 기판을 선택하십시오. Rogers RO4003C(Dk=3.38, Df=0.0027)는 RF의 골드 표준입니다.2. 임피던스 매칭은 필수입니다. 50Ω 제어 임피던스 트레이스는 신호 반사를 제거하여 VSWR <1.5를 유지합니다(5G/mmWave에 중요).
3. 제조 정밀도가 중요합니다. 레이저 드릴링(마이크로비아용) 및 SAB 본딩(박리 강도: 800~900g/cm)은 안정적이고 저손실 연결을 보장합니다.4. 쉴딩은 간섭을 막습니다. 솔리드 접지면 + 금속 쉴딩 캔은 혼잡한 RF 설계에서 EMI를 40%, 크로스토크를 60% 줄입니다.
5. LT CIRCUIT의 강점: IPC Class 3 인증 공정 및 Rogers/Megtron 재료는 10GHz에서 <0.7dB/in 신호 손실을 가진 PCB를 제공합니다.
파트 1: 고주파 PCB 제조 기능
고주파 PCB는 단순히 '더 빠른' 표준 PCB가 아닙니다. RF 신호를 처리하려면 특수 공정, 재료 및 품질 관리가 필요합니다. 다음은 LT CIRCUIT과 같은 제조업체가 안정적이고 저손실 보드를 제공하는 방법입니다.1.1 특수 장비 및 공정

RF PCB는 표준 PCB 기계가 제공할 수 있는 것 이상의 정밀도를 요구합니다. 다음은 차이를 만드는 장비 및 기술입니다.
공정/장비

목적
RF 이점

 a. 낮은 유전율(Dk): 2.2~3.6(신호 전파 속도가 느릴수록 손실 감소).

 b. 낮은 손실 탄젠트(Df): <0.005(열로 낭비되는 에너지 감소).
 c. 높은 유리 전이 온도(Tg): >180°C(기지국과 같은 고온 RF 시스템의 안정성).
다음은 최고의 RF 재료의 비교입니다.
재료Dk(@10GHz)
Df(@10GHz)

Tg(°C)

 b. 결과: 800~900g/cm의 박리 강도(기존 본딩의 경우 300~400g/cm) 및 <100nm의 표면 거칠기(전도 손실을 3배 감소).

 c. XPS 분석: 라미네이트의 '벌크 파괴'(본드 라인이 아님)를 확인합니다. 장기적인 신뢰성의 증거입니다.
라미네이션도 정밀도가 필요합니다.
 a. 압력/온도: Rogers 재료의 경우 200~400PSI에서 170~190°C로 공기 주머니를 방지합니다(신호 반사 유발).
 b. 유전체 균일성: 임피던스를 일관되게 유지하기 위해 두께 변화 <5%가 필요합니다. 50Ω RF 트레이스에 중요합니다.1.4 품질 관리: RF 등급 테스트
RF에는 표준 PCB 테스트로는 부족합니다. 신호 무결성을 보장하려면 특수 검사가 필요합니다.

테스트 유형
목적
RF 특정 표준삽입 손실(IL)

PCB를 통해 손실된 신호 전력을 측정합니다(낮을수록 좋음).
10GHz에서 <0.7dB/in(Rogers RO4003C).

 b. 트레이스 두께(1oz = 35μm).

 c. 유전체 두께(4층 PCB의 경우 0.2mm).
2. 트레이스 형상 선택:

 a. 마이크로스트립: 상단 레이어의 트레이스, 하단에 접지면(제조 용이, 1~10GHz에 적합).
 b. 스트립라인: 두 개의 접지면 사이의 트레이스(더 나은 쉴딩, >10GHz/mmWave에 적합).

3. 임피던스 불연속성 방지:
 a. 날카로운 굽힘 없음(45° 각도 또는 곡선 사용. 90° 굽힘은 28GHz에서 0.5~1dB 손실 유발).
 b. 위상 이동을 방지하기 위해 차동 쌍의 트레이스 길이를 일치시킵니다(예: 5G mmWave).
예: Rogers RO4003C(0.2mm 유전체)의 50Ω 마이크로스트립에는 1.2mm 트레이스 너비가 필요합니다. 어떤 변화(>±0.1mm)라도 임피던스가 드리프트되어 반사 손실이 증가합니다.
2.2 접지 및 쉴딩: EMI 및 크로스토크 중지
RF 신호는 간섭에 민감합니다. 적절한 접지 및 쉴딩은 EMI를 40%, 크로스토크를 60% 줄입니다.
접지 모범 사례
 a. 솔리드 접지면: 사용하지 않는 공간의 70% 이상을 구리로 덮습니다. 이렇게 하면 RF 신호에 저임피던스 리턴 경로가 제공됩니다(5G에 중요).
 b. 단일 지점 접지: 아날로그 및 디지털 접지를 한 지점에서만 연결합니다(노이즈를 유발하는 접지 루프 방지).
 c. 접지 스티칭 비아: 접지면 가장자리를 따라 5mm마다 비아를 배치합니다. 이렇게 하면 외부 EMI를 차단하는 '패러데이 케이지'가 생성됩니다.
쉴딩 전략

쉴딩 방법

목적
최적 사용

금속 쉴딩 캔
민감한 RF 구성 요소(예: 5G IC)를 덮어 외부 노이즈를 차단합니다.
고전력 RF(기지국).
구리 쏟아 쉴딩

접지된 구리로 RF 트레이스를 둘러싸 디지털 신호로부터 격리합니다.

3. RF용 레이어 스태킹:

  4층: 상단(RF 트레이스) → 레이어 2(접지) → 레이어 3(전원) → 하단(디지털).
  8층: 조밀한 설계(예: 위성 트랜시버)를 위해 내부 RF 레이어를 추가하고 그 사이에 접지면을 추가합니다.

구성 요소 배치
 a. RF 구성 요소 그룹화: 안테나, 필터 및 트랜시버를 서로 가깝게 배치하여 트레이스 길이를 최소화합니다. b. RF 경로에서 비아 방지: 각 비아는 10GHz에서 0.1~0.3dB 손실을 추가합니다. 필요한 경우 블라인드/매립 비아를 사용합니다.

 c. 짧은 트레이스를 위해 구성 요소 방향 지정: RF 칩의 핀이 안테나를 향하도록 정렬하여 트레이스 길이를 20% 줄입니다.
2.4 트레이스 라우팅: 일반적인 RF 실수 방지
작은 라우팅 오류도 RF 성능을 망칠 수 있습니다. 다음은 피해야 할 사항입니다.

 a. 병렬 트레이스: RF 및 디지털 트레이스를 병렬로 실행하면 크로스토크가 발생합니다. 교차해야 하는 경우 90°로 교차합니다.
 b. 중첩 트레이스: 인접한 레이어의 트레이스가 중첩되면 커패시터처럼 작동하여 신호 결합을 유발합니다.
 c. 비아 스터브: 사용하지 않는 비아 길이(스터브)는 신호 반사를 유발합니다. 백 드릴링을 사용하여 0.5mm 이상의 스터브를 제거합니다.

파트 3: 일반적인 고주파 PCB 문제 해결
RF PCB는 고유한 문제에 직면합니다. 성능에 영향을 미치기 전에 이를 해결하는 방법은 다음과 같습니다.
3.1 신호 손실: 진단 및 수정
높은 신호 손실(10GHz에서 IL >1dB/in)은 일반적으로 다음으로 인해 발생합니다.

 a. 잘못된 재료: Megtron6(0.95dB/in)을 Rogers RO4003C(0.72dB/in)로 교체하여 손실을 24% 줄입니다.
 b. 불량한 트레이스 형상: 좁은 트레이스(1.2mm 대신 0.8mm)는 저항을 증가시킵니다. 임피던스 계산기를 사용하여 너비를 확인합니다.
 c. 오염: RF 트레이스의 솔더 마스크 또는 플럭스 잔류물은 손실을 증가시킵니다. 클린룸 제조를 사용합니다(LT CIRCUIT은 Class 1000 클린룸을 사용합니다).
3.2 EMI 간섭
RF PCB가 노이즈를 감지하는 경우:

 a. 접지 확인: 멀티미터를 사용하여 접지면 연속성을 테스트합니다. 끊어지면 임피던스가 높고 EMI가 발생합니다.
 b. 페라이트 비드 추가: 전원 라인에 비드를 배치하여 레귤레이터의 고주파 노이즈를 차단합니다.

 c. 쉴딩 재설계: 쉴딩 캔을 접지 스티칭 비아를 덮도록 확장합니다. 틈새로 EMI가 새어 들어옵니다.
3.3 열 관리
RF 구성 요소(예: 5G 전력 증폭기)는 열을 발생시킵니다. 과열은 Df 및 신호 손실을 증가시킵니다. 수정 사항:
 a. 열 비아: 뜨거운 구성 요소 아래에 4~6개의 비아를 추가하여 열을 접지면으로 이동합니다.
 b. 방열판: >1W 전력 소모가 있는 구성 요소에 알루미늄 방열판을 사용합니다.

 c. 재료 선택: Rogers RO4003C(열 전도율: 0.71W/m·K)는 표준 FR4보다 2배 더 나은 열을 발산합니다.
파트 4: 고주파 RF PCB로 LT CIRCUIT을 선택하는 이유
LT CIRCUIT은 단순한 PCB 제조업체가 아니라 5G, 항공 우주 및 레이더 시스템용 보드를 제공한 실적을 가진 RF 전문가입니다. 다음은 그들의 강점입니다.
4.1 RF 등급 재료 및 인증
 a. Rogers/Megtron 공인 파트너: 신호 손실을 유발하는 위조 재료 없이 정품 Rogers RO4003C/RO4350B 및 Megtron6을 사용합니다.

 b. IPC Class 3 인증: 최고 PCB 품질 표준으로, RF PCB가 항공 우주/통신 신뢰성 요구 사항을 충족하도록 보장합니다.
4.2 기술 전문성
 a. RF 설계 지원: 엔지니어가 임피던스 매칭 및 쉴딩을 최적화하도록 도와줍니다. 재설계에 4~6주를 절약할 수 있습니다.
 b. 고급 테스트: 사내 TDR, IL/RL 및 열 사이클링 테스트는 배송 전에 RF 성능을 검증합니다.
4.3 입증된 결과

 a. 5G 기지국: 10GHz에서 <0.7dB/in 손실을 가진 PCB. 최고의 통신 회사에서 사용합니다.
 b. 위성 RF: 1,000개 이상의 열 사이클(-40°C~125°C)을 성능 저하 없이 견디는 PCB.

FAQ
1. 고주파 PCB와 고속 PCB의 차이점은 무엇입니까?
고주파 PCB는 RF 신호(300MHz~300GHz)를 처리하고 저손실/Df에 중점을 둡니다. 고속 PCB는 디지털 신호(예: PCIe 6.0)를 처리하고 신호 무결성(왜곡, 지터)에 중점을 둡니다.

2. RF 애플리케이션에 표준 FR4를 사용할 수 있습니까?
아니요. FR4는 Df(0.01~0.02)가 높고 신호 손실(10GHz에서 >1.5dB/in)이 높아 RF에 적합하지 않습니다. 대신 Rogers 또는 Megtron 재료를 사용하십시오.
3. 고주파 RF PCB의 비용은 얼마입니까?

Rogers 기반 PCB는 FR4보다 2~3배 더 비싸지만 투자는 성과를 거둡니다. 신호 손실이 낮아 현장 고장을 70% 줄입니다. 100mm × 100mm 4층 보드의 경우 FR4의 경우 $20~$30에 비해 $50~$80을 예상하십시오.
4. 고주파 PCB가 처리할 수 있는 최대 주파수는 얼마입니까?Teflon 기판과 스트립라인 형상을 사용하면 PCB가 최대 300GHz(mmWave)를 처리할 수 있습니다. 위성 통신 및 6G R&D에 사용됩니다.
5. 고주파 RF PCB를 제조하는 데 얼마나 걸립니까?

LT CIRCUIT은 프로토타입을 5~7일, 대량 생산을 2~3주 안에 제공합니다. 이는 업계 평균(프로토타입의 경우 10~14일)보다 빠릅니다.
결론: 고주파 PCB는 RF의 미래입니다.
5G가 확장되고, IoT가 성장하고, 레이더 시스템이 더욱 발전함에 따라 고주파 PCB의 중요성은 더욱 커질 것입니다. 성공의 열쇠는 간단합니다. 재료(낮은 Dk/Df)를 우선시하고, 임피던스 매칭을 마스터하고, 정밀 제조에 투자하십시오.

지름길을 선택하면(Rogers 대신 FR4 사용, 쉴딩 건너뛰기 또는 임피던스 무시) 신호 손실, EMI 및 비용이 많이 드는 현장 고장이 발생합니다. 그러나 올바른 접근 방식(및 LT CIRCUIT과 같은 파트너)을 사용하면 가장 까다로운 애플리케이션에도 빠르고 안정적인 신호를 제공하는 RF PCB를 구축할 수 있습니다.
무선 통신의 미래는 고주파 PCB에 달려 있습니다. 이 가이드의 지침을 따르면 차세대 RF 기술을 지원하는 제품을 제공하여 앞서 나갈 수 있습니다.