하이브리드 PCB: 최적의 성능을 위해 Rogers 재료와 TG170 결합

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하이브리드 PCB는 고성능 로저스 재료와 비용 효율적인 TG170 FR4의 혼합 라미네이션을 사용하여 고주파 전자제품의 게임 변경자로 나타났습니다.로저스의 신호 무결성을 TG170의 기계적 강도와 저렴성으로 결합함으로써, 이 PCB는 성능, 내구성 및 비용 효율성의 희귀한 균형을 제공합니다. 5G 기지 스테이션, 레이더 및 산업 센서 애플리케이션에 이상적입니다. 하이브리드 디자인은 중요한 과제를 해결합니다.재료에 과도하게 지출하지 않고 고주파 성능을 얻는 방법.

이 가이드는 로저스와 TG170을 결합하는 과학을 탐구합니다.그리고 어떻게 제조의 장애물을 극복할 수 있는지에 대해 알아보고, 엔지니어들에게 초고속 신호 전송과 실제 세계에서의 신뢰성 모두에 탁월한 PCB를 제작할 수 있도록 지원합니다.

주요 내용
1로저스와 TG170을 결합한 하이브리드 PCB는 로저의 완전한 디자인에 비해 재료 비용을 30~40% 줄이고 고주파 성능을 90% 유지합니다.
2로저스 재료 (예를 들어, RO4350) 는 높은 주파수 (28GHz +) 응용 프로그램에서 낮은 다이 일렉트릭 손실 (Df = 0.0037) 및 안정적인 다이 일렉트릭 상수 (Dk = 3.48) 를 탁월하게합니다.TG170은 기계적 강도 (Tg = 170°C) 를 제공하며 비비결적인 층에 대한 비용 절감.
3적절한 스택업 설계는 로저스를 신호-비판적 계층과 TG170을 전력/지상 계층에 배치하여 비용을 최소화하면서 성능을 극대화합니다.
4열 확장 불일치 및 라미네이션 결합과 같은 제조 과제는 재료 선택 (응용 CTE) 및 제어 된 프로세스 (정밀 라미네이션) 로 해결할 수 있습니다.

왜 로저스와 TG170을 결합시키죠?
로저스와 TG170은 각각 하이브리드 PCB에 독특한 강점을 가져오고, 둘 중 하나를 단독으로 사용하는 한계를 해결합니다.

a. 로저스 재료 (예를 들어, RO4000 시리즈) 는 고주파 성능을 위해 설계되었지만 프리미엄으로 제공됩니다 (FR4의 비용의 35배).그들은 낮은 손실과 안정적인 Dk가 거래되지 않는 신호-비판층에서 빛납니다..
b.TG170 FR4는 강력한 기계적 특성을 가진 비용 효율적이고 높은 Tg 라미네이트 (Tg = 170°C), 전력 분배, 지상 평면,고주파 성능이 덜 중요한 비비판적 신호 계층.

이들을 결합함으로써, 하이브리드 PCB는 가장 중요한 곳에서 로저스의 전기 성능을 활용하고 다른 곳에서 TG170의 저렴한 가격을 창출하여 "양쪽 세계에서 가장 좋은"해결을 제공합니다.

로저스와 TG170의 특성: 비교
각 재료의 핵심 특성을 이해하는 것이 효과적인 하이브리드 PCB를 설계하는 열쇠입니다.

로저스 재료 의 주요 장점
a. 낮은 변압전력 손실: Df = 0.0037은 5G mmWave (2860GHz) 및 레이더 (77GHz) 시스템에서 신호 저하를 최소화합니다.
b. 안정적인 Dk: 온도 (-40°C ~ 85°C) 와 주파수에서 일관된 전기 성능을 유지하며, 임피던스 제어에 중요합니다.
c. 습도에 저항: 습도를 <0.1% 흡수하여 습한 환경 (예를 들어 야외 5G 작은 셀) 에서 신뢰성을 보장합니다.

TG170의 주요 장점
a. 높은 Tg: 재흐름 온도 (260°C) 와 130°C에서 장기 작동을 견딜 수 있어 산업 및 자동차용 용도로 적합합니다.
b. 기계적 딱딱함: 변형 없이 다층 설계 (12층 이상) 를 지원합니다. 전력 및 신호 계층을 가진 복잡한 PCB에 이상적입니다.
c.비용 효율: 로저스 비용의 1/5로 비비결적인 층에서 사용할 때 전체 PCB 비용을 줄입니다.

로저스 및 TG170과 함께 하이브리드 PCB의 장점
하이브리드 디자인은 어떤 재료도 단독으로 제공할 수 없는 이점을 제공합니다.
1균형 잡힌 성과와 비용
예를 들어, 12층 5G PCB는 2개의 신호 계층 (RF 경로) 에 로저스를 사용하며, 10개의 전력/지상 계층에 TG170을 사용하며, 신호 무결성의 92%를 유지하면서 로저스 전체 설계보다 35% 저렴하다.
사용 사례: 통신 장비 제조업체는 5G 기지 스테이션에서 하이브리드 디자인으로 전환함으로써 연간 1천200만 달러의 절감을 보고합니다.

2. 향상 된 열 관리
로저스의 더 높은 열 전도성 (0.6 W/m·K) 은 고전력 RF 증폭기에서 열을 분산시키는 반면 TG170의 딱딱함은 히트 싱크에 대한 구조적 지원을 제공합니다.
결과: 레이더 모듈의 하이브리드 PCB는 모든 TG170 설계보다 15°C 더 시원하게 작동하며 부품 수명을 2배로 연장합니다.

3응용 분야에 대한 다양성
하이브리드 PCB는 다양한 필요에 적응합니다. 로저스는 고주파 신호를 처리하고 TG170은 전력 분배와 기계적 스트레스를 관리합니다.
애플리케이션: 5G 기지 스테이션 트랜시버, 자동차 레이더, 산업용 IoT 센서 및 위성 통신 시스템.

하이브리드 PCB 스택업 설계: 최선 사례
하이브리드 PCB의 성공의 열쇠는 전략적인 레이어 배치에 있습니다.
1계층 할당 전략
로저스 계층: 고주파 신호 경로 (예를 들어, 28GHz RF 추적) 및 결정적 임피던스 제어 경로 (50Ω 단일 끝, 100Ω 차원 쌍) 를 위한 예약.
TG170 계층: 전력 평면 (3.3V, 5V), 지상 평면 및 제어 라인과 같은 저속 신호 (≤1GHz) 에 사용됩니다.

예를 들어 4층 스택업:

1상층: 로저스 (RF 신호, 28GHz)
2내부층 1: TG170 (지상 평면)
3내부층 2: TG170 (전력 평면)
4.아래층: 로저스 (차원 쌍, 10Gbps)

2임페던스 제어
로저스 레이어: 로저스 RO4350 (0.2mm 다이엘렉트릭) 에 50Ω 마이크로 스트립이 필요한 0.15mm의 흔적 너비.
TG170 계층: 저속 신호의 경우 임피던스 허용량은 ±10% (로저스 계층의 ±5%) 로 완화되어 설계가 단순화됩니다.

3열 및 기계 균형
CTE 매칭: 로저스 (Z축 CTE = 30ppm/°C) 와 TG170 (50~60ppm/°C) 는 열 확장률이 다릅니다.
얇은 로저스 계층 (0.2~0.3mm) 을 사용하여 팽창 스트레스를 줄이십시오.
그 사이에 "버퍼"층 (예를 들어, 유리 조직과 TG170) 을 추가합니다.
구리 무게: TG170 전력 계층에 구리 2온스, 로저 신호 계층에 구리 1온스, 손실을 최소화하기 위해

4물질적 호환성
프리프레그 선택: 로저스와 TG170 둘 다에 잘 결합하는 에포시 기반 프리프레그 (예: ISOLA FR408) 를 사용하십시오. 로저에서 탈 라미네이트 될 수있는 폴리에스터 프리프레그를 피하십시오.
표면 처리: 로저스는 TG170 층에 대한 접착력을 향상시키기 위해 라미네이션 전에 플라스마 청소를 요구합니다.

제조업 의 도전 과 해결책
하이브리드 PCB는 재료 차이로 인해 독특한 제조 장벽을 가지고 있지만 제어 된 프로세스로 관리 할 수 있습니다.
1라미네이션 결합
도전: 로저스와 TG170은 표준 프리프레그와 결합이 좋지 않아 탈라미네이션을 초래합니다.
솔루션: 혼합 라미네이션을 위해 설계된 변형 된 에포시 프리프레그 (예: 로저스 4450F) 를 사용하십시오. 완전한 접착을 보장하기 위해 라미네이션 동안 300 ~ 400 psi 압력과 180 ° C 온도를 적용하십시오.

2. 열 팽창 불일치
도전: 재흐름 중에서의 차차 확장은 왜곡 또는 층 분리로 이어질 수 있습니다.
해결책:
로저스 계층 두께를 전체 PCB 두께의 ≤ 30%로 제한합니다.
시메트릭 스택업 (로저스와 TG170 레이어를 반영) 을 사용하여 스트레스를 균형 잡습니다.

3뚫고 칠하는
도전: 로저스는 TG170보다 부드럽고, 불규칙한 굴착과 접착 공허를 초래합니다.
해결책:
다이아몬드로 코팅 된 드릴 비트 로저스 층을 사용 하 여, 찢어지는 것을 피하기 위해 낮은 공급 속도 (50% 표준).
2단계로 판 비아스: 먼저 구리 스트라이크 (10μm) 로저스를 봉인하기 위해, 그 다음 전도성 (25μm) 를 위해 전체 접착.

4품질 관리
검사: 초음파 검사를 사용하여 로저스 및 TG170 층 사이의 분쇄를 감지합니다.
시험: 기계적 안정성을 검증하기 위해 열순환 (~ 40°C ~ 125°C 1000회) 을 수행합니다.

하이브리드 PCB의 응용
하이브리드 PCB는 높은 주파수 성능과 비용 효율성을 필요로하는 응용 프로그램에서 빛납니다.
15G 기지국
필요: 28GHz mmWave 신호 (낮은 손실) + 전력 분배 (비용 효율성)
설계: RF 프론트엔드용 로저스 계층; DC 전원 및 제어 회로용 TG170.
결과: 30%의 비용 절감 대비 95%의 신호 무결성으로 모든 로저스 설계.

2자동차 레이더
필요: 77GHz 레이더 신호 (안정 Dk) + 견고성 (고 Tg).
설계: 레이더 트랜시버 추적을 위한 로저스; 전력 관리 및 CAN 버스용 TG170.
결과: ISO 26262 신뢰성 표준을 충족하고 재료 비용을 25% 절감합니다.

3산업용 센서
필요: 6GHz IoT 신호 + 공장 온도 저항성
설계: 무선 통신용 로저스; 센서 전력 및 처리용 TG170
결과: <1% 신호 손실로 85°C 공장 환경에서 살아남습니다.

하이브리드 대 순수 물질 PCB: 성능 비용 비교

자주 묻는 질문
질문: 하이브리드 PCB는 60GHz+의 주파수를 처리할 수 있나요?
A: 예, 그러나 60GHz 경로 (예를 들어, Dk=2.2와 함께 Rogers RT/duroid 5880) 에 로저스 레이어를 예약하고 레이어를 지원하기 위해 TG170을 사용합니다. 60GHz에서 신호 손실은 하이브리드 설계에서 ~5dB/10cm입니다.4dB 로저.

질문: 로저스와 TG170 사이의 접착을 어떻게 보장합니까?
A: 호환 가능한 프리프레그 (예를 들어 로저 4450F), 플라즈마 처리 로저 표면을 사용하여 라미네이션 압력 (300~400 psi) 및 온도 (180°C) 를 제어하십시오.

질문: 하이브리드 PCB는 설계가 더 복잡합니까?
A: 그들은 신중한 스택업 계획을 필요로하지만 현대 도구 (Altium, Cadence) 는 임피던스 계산과 레이어 할당을 단순화합니다. 비용 절감은 종종 추가 설계 노력을 정당화합니다.

Q: 하이브리드 PCB의 최대 층 수는 무엇입니까?
A: 적절한 스택업 대칭으로 20+ 계층이 가능합니다. 통신 5G PCB는 종종 16 계층 하이브리드 디자인을 사용합니다.

질문: 하이브리드 PCB는 특별한 검사를 필요로 합니까?
A: 네, 레이어 로저의 임피던스를 확인하기 위해 탈라미네이션 및 TDR (시간 영역 반사 측정) 를 위해 초음파 검사를 추가합니다. 열 사이클 테스트 (-40 °C ~ 125 °C) 는 기계적 안정성을 검증합니다.

결론
로저스와 TG170 물질을 결합한 하이브리드 PCB는 중요한 곳에서 높은 주파수 성능을 제공하면서 비비결적인 층에 대한 비용 효율적인 TG170을 활용하는 현명한 타협을 나타냅니다.신호 무결성을 위해 강점으로 물질을 전략적으로 할당함으로써, TG170 기계적 강도 및 비용으로 인해 엔지니어들은 5G, 레이더 및 산업 전자 장치의 요구를 충족시키는 PCB를 너무 많이 지출하지 않고 만들 수 있습니다.

성공은 신중한 스택업 디자인, 재료 호환성, 제어 된 제조 프로세스에 달려 있습니다.신뢰성현재 가장 까다로운 전자 시스템에서

고주파 애플리케이션이 계속 증가함에 따라, 하이브리드 라미네이션은 예산을 깨지 않고 혁신을 추구하는 엔지니어들에게 핵심 전략으로 남아있을 것입니다.