Rogers PCB: 5G, 레이더 및 항공우주 시스템에서 고주파 성능을 여는 열쇠

고주파 전자 제품(5G mmWave 기지국에서 77GHz 자동차 레이더까지)은 100GHz를 초과하는 주파수에서도 최소한의 손실로 신호를 전송할 수 있는 재료를 요구합니다. 저속 응용 분야를 위해 설계된 표준 FR-4 PCB는 여기서 실패합니다. 높은 유전 손실(Df)과 불안정한 유전 상수(Dk)는 10GHz 이상에서 치명적인 신호 저하를 유발합니다. Rogers PCB가 등장합니다. 고주파 설계에서 가능한 것을 재정의하는 독점 라미네이트로 설계되었습니다.

Rogers Corporation의 RO4835, RO4350B, RT/duroid 5880과 같은 고급 재료는 초저 손실, 안정적인 Dk 및 뛰어난 열적 안정성을 제공하여 차세대 통신 및 감지 기술의 표준이 되었습니다. 이 가이드에서는 Rogers PCB가 고주파 응용 분야를 지배하는 이유, 기존 재료보다 성능이 뛰어난 이유, 성능을 보장하는 특수 제조 공정을 살펴봅니다. 28GHz 5G 트랜시버 또는 위성 통신 시스템을 설계하든 Rogers 기술을 이해하는 것은 범위, 속도 및 신뢰성을 달성하는 데 중요합니다.

주요 내용
 1. 재료 우수성: Rogers 라미네이트는 낮은 Dk(2.2–3.5)와 초저 Df(<0.004)를 특징으로 하여 최대 110GHz 주파수에서 신호 손실을 최소화합니다.
 2. 성능 격차: 60GHz에서 Rogers RO4835는 0.3dB/inch 손실을 보이며 FR-4(1.5dB/inch)보다 5배 적어 5G 기지국 범위를 30% 연장합니다.
 3. 응용 분야 지배력: 고주파 신뢰성이 필수적인 5G 인프라, 자동차 레이더, 항공 우주 통신 및 위성 시스템에 필수적입니다.
 4. 제조 정밀도: 재료 특성을 유지하기 위해 특수 공정(레이저 드릴링, 제어된 라미네이션)이 필요하며 LT CIRCUIT과 같은 선두 주자가 업계 표준을 설정합니다.
 5. 총 소유 비용: FR-4보다 3~5배 비싸지만 Rogers PCB는 전력 요구 사항을 낮추고 작동 범위를 확장하여 시스템 비용을 절감합니다.

Rogers PCB란 무엇입니까?
Rogers PCB는 고주파 응용 분야의 유전체 재료 개척자인 Rogers Corporation의 고급 라미네이트를 사용하여 제작된 고성능 회로 기판입니다. 이러한 라미네이트는 고속 설계의 세 가지 중요한 과제를 해결하도록 설계되었습니다.

 1. 신호 감쇠: 낮은 Df는 PCB를 통과하는 신호의 에너지 손실을 최소화하여 무선 시스템의 범위를 유지하는 데 중요합니다.
 2. 임피던스 안정성: 엄격한 Dk 공차(±0.05)는 일관된 50Ω/100Ω 임피던스를 보장하여 반사 및 정재파를 방지합니다.
 3. 환경 탄력성: 온도 변화, 습도 및 진동에 대한 저항성은 가혹한 작동 조건에서 신뢰성을 보장합니다.

FR-4와 달리 “만능” 재료인 Rogers 라미네이트는 특정 주파수 범위 및 전력 수준에 맞게 조정됩니다. 예를 들어 RT/duroid 5880의 초저 Df(0.0009)는 110GHz 위성 통신에 이상적이며 RO4350B는 5G 소형 셀의 성능과 비용의 균형을 맞춥니다.

Rogers PCB가 고주파 설계에서 FR-4보다 성능이 뛰어난 이유
FR-4의 한계는 10GHz 이상에서 뚜렷하게 나타나며 고유한 특성이 신호 무결성을 저해합니다. Rogers PCB는 재료 과학 및 엔지니어링을 통해 이러한 문제를 해결합니다.

1. GHz 주파수에서 뛰어난 신호 무결성
 a. 삽입 손실 감소: 28GHz에서 Rogers RO4350B의 10인치 트레이스는 5dB만 손실되는 반면 FR-4는 20dB 손실을 보이며 5G 기지국의 유효 범위를 50% 줄일 수 있습니다.
 b. 최소 분산: Rogers의 안정적인 Dk는 서로 다른 주파수의 신호가 일관된 속도로 이동하여 multi-Gbps 링크에서 데이터 왜곡을 방지합니다.
 c. 낮은 EMI 방사: Rogers 라미네이트의 조밀하고 균일한 구조는 전자기장을 포함하여 자동차 시스템의 GPS 모듈과 같은 인접 구성 요소와의 간섭을 줄입니다.

테스트 데이터: Rogers PCB를 사용하는 5G mmWave 모듈은 1km에서 8Gbps 처리량을 달성한 반면 FR-4에서 동일한 설계는 500m에서 1Gbps로 떨어졌습니다. 이는 재료 선택의 중요한 역할을 보여줍니다.

2. 열 및 기계적 안정성
 a. 고온 성능: RO4835(Tg 280°C)와 같은 Rogers 라미네이트는 무연 납땜(260°C) 및 150°C에서 지속적인 작동을 견딜 수 있으며 자동차 및 산업 환경의 FR-4(Tg 130°C)보다 성능이 뛰어납니다.
 b. 치수 안정성: 낮은 열팽창 계수(CTE)는 열 사이클링(-40°C ~ 125°C) 동안 뒤틀림을 최소화하여 0.4mm 피치 BGA가 1,000+ 사이클 이상 연결을 유지하도록 합니다.
 c. 내습성: <0.1%의 수분을 흡수하여(FR-4의 경우 0.5%) 비와 습기에 노출된 실외 5G 소형 셀에서 Dk 변화를 방지합니다.

3. 복잡한 시스템을 위한 설계 유연성
 a. 미세 피치 라우팅: 3/3 mil(75/75μm) 트레이스/공간을 지원하여 수백 개의 요소를 가진 레이더 위상 배열에서 조밀한 레이아웃을 가능하게 합니다.
 b. HDI 호환성: 마이크로비아(50μm 직경) 및 스택 비아와 원활하게 작동하여 5G 트랜시버의 레이어 수와 신호 경로 길이를 줄입니다.
 c. 하이브리드 스택업: RF 섹션의 Rogers, 전원 관리의 FR-4 등과 같이 동일한 보드에서 Rogers 라미네이트와 FR-4를 결합하여 성능과 비용의 균형을 맞춥니다.성능 지표

Rogers PCB는 고주파 성능이 안전, 연결성 및 수익성에 직접적인 영향을 미치는 산업에서 혁신적입니다.
1. 5G 인프라
 a. mmWave 기지국: 28GHz 및 39GHz 안테나는 Rogers RO4835를 사용하여 1km+ 거리에서 10Gbps 데이터 속도를 제공하여 필요한 타워 수를 줄입니다.
 b. 소형 셀: 도시 5G 노드는 조밀한 환경(예: 도심 마천루)에서 연결을 유지하기 위해 Rogers의 저손실에 의존합니다.
 c. 사용자 장비: 주력 스마트폰은 mmWave 안테나에 Rogers RT/duroid 5880을 통합하여 5G 커버리지 영역에서 8Gbps 다운로드를 가능하게 합니다.
2. 자동차 레이더 및 V2X

 a. ADAS 시스템: 77GHz 레이더 모듈(적응형 크루즈 컨트롤용)은 Rogers RO4350B를 사용하여 200m 떨어진 보행자를 ±5cm 정확도로 감지하여 사고 위험을 줄입니다.
 b. V2X 통신: 5.9GHz 차량 간 링크는 Rogers의 안정성에 의존하여 시속 70mph로 주행하는 차량 간의 안정적인 통신을 보장합니다.
 c. 자율 주행: 4D 이미징 레이더(76–81GHz)는 Rogers PCB를 사용하여 시야가 좋지 않은 조건에서 보행자, 자전거 운전자 및 기타 차량을 구별합니다.
3. 항공 우주 및 방위

 a. 위성 통신: RT/duroid 5880은 110GHz 위성 간 링크를 최소한의 손실로 가능하게 하여 전 세계 위치 확인 및 기상 관측에 중요합니다.
 b. 군용 레이더: 전투기 및 해군 함정의 35GHz 및 94GHz 시스템은 Rogers PCB를 사용하여 500km 범위에서 스텔스 항공기를 감지합니다.
 c. 항공 전자 공학: 비행 중 Wi-Fi(6GHz) 및 충돌 방지 시스템은 고고도(-55°C ~ 85°C)에서 Rogers의 안정성에 의존합니다.
4. 산업 및 테스트 장비

 a. 스펙트럼 분석기: Rogers PCB는 최대 110GHz까지 정확한 측정을 가능하게 하여 6G 및 차세대 레이더 시스템 개발에 필수적입니다.
 b. 반도체 테스트: 고속(112Gbps) 테스트 프로브는 Rogers 재료를 사용하여 신호 저하 없이 7nm 및 3nm 칩셋을 검증합니다.
Rogers PCB 제조: 과제 및 모범 사례

Rogers PCB를 제조하려면 고유한 특성을 유지하기 위해 특수 기술이 필요합니다. 표준 FR-4 공정은 유전체를 손상시키거나 임피던스를 방해할 수 있습니다.
1. 재료 취급 및 준비

 a. 기후 제어 보관: Rogers 라미네이트는 Df를 0.001 이상 증가시키고 성능을 저하시키는 수분 흡수를 방지하기 위해 건조실(
<50% RH)에 보관해야 합니다. b. 클린룸 처리: 라미네이션 및 에칭은 신호 반사를 유발하는 먼지 입자(≥5μm)를 방지하기 위해 Class 1000 클린룸에서 발생합니다.
2. 정밀 에칭 및 라우팅

 a. 제어된 에칭제: 과도한 에칭을 방지하기 위해 순한 에칭제(예: 염화구리)를 사용하여 트레이스 폭이 설계 사양의 ±5% 이내로 유지되도록 합니다. 이는 임피던스 제어에 중요합니다.
 b. 레이저 직접 이미징(LDI): 1μm 해상도 LDI 시스템은 날카롭고 일관된 트레이스 가장자리를 생성하여 mmWave 주파수에서 손실을 증가시키는 “거칠기”를 방지합니다.
3. 라미네이션 및 드릴링

 a. 최적화된 라미네이션 사이클: Rogers 라미네이트는 유전체의 Dk를 저하시키지 않고 레이어를 결합하기 위해 정확한 압력(400–500psi)과 온도(180–200°C)가 필요합니다.
 b. 레이저 드릴링: 355nm UV 레이저는 최소한의 수지 얼룩으로 마이크로비아(50μm 직경)를 드릴링하여 비아 배럴에서 95% 이상의 구리 커버리지를 보장합니다. 이는 저손실 레이어 전환에 필수적입니다.
4. 임피던스 검증

 a. 시간 영역 반사율 측정법(TDR): 인라인 TDR 시스템은 패널당 100개 이상의 지점에서 임피던스를 측정하여 RF 트레이스에 대해 50Ω ±5% 공차를 보장합니다.
 b. 벡터 네트워크 분석(VNA): 각 배치는 최대 67GHz까지 VNA 테스트를 거쳐 삽입 손실 및 반사 손실이 설계 사양을 충족하는지 확인합니다.
LT CIRCUIT의 Rogers PCB 전문 지식

LT CIRCUIT은 Rogers PCB 제조를 전문으로 하며 고주파 성능에 대한 업계 벤치마크를 설정하는 기능을 갖추고 있습니다.
1. 고급 제조 기능
  a. 레이어 수: 비용에 민감한 응용 분야를 위한 하이브리드 설계(Rogers + FR-4)를 포함하여 4–20개 레이어.
  b. 트레이스/공간: 레이더 어레이 및 5G 빔포밍 IC에서 조밀한 라우팅을 위한 3/3 mil(75/75μm).
  c. 마이크로비아 크기: HDI 설계를 최소한의 신호 손실로 가능하게 하는 50μm까지 레이저 드릴링된 마이크로비아.
2. 품질 보증

  a. IPC-A-600 Class 3 준수: 엄격한 검사를 통해 신호 무결성을 손상시키는 결함(예: 공극, 언더컷)이 없는지 확인합니다.
  b. 재료 추적성: 제조업체의 Dk/Df 테스트 보고서를 포함한 Rogers 라미네이트에 대한 전체 로트 추적.
  c. 환경 테스트: 열 사이클링(-40°C ~ 125°C) 및 진동 테스트(20G)는 항공 우주 및 자동차 고객의 신뢰성을 검증합니다.
3. 맞춤형 솔루션

  a. 표면 마감: 야외 응용 분야의 내식성을 위한 ENIG 및 레이더 모듈의 낮은 RF 손실을 위한 침지 은.
  b. 설계 지원: 사내 엔지니어는 3D EM 시뮬레이션 도구를 사용하여 스택업을 최적화하여 프로토타입 제작 주기를 30% 단축합니다.
  c. 신속한 프로토타입 제작: 5G 및 레이더 개발에서 빠른 반복을 가능하게 하는 소량 Rogers PCB의 7–10일 턴어라운드.
FAQ

Q: FR-4를 5G mmWave 응용 분야에 사용할 수 없는 이유는 무엇입니까?
A: FR-4의 높은 Df(0.02)는 28GHz 이상에서 과도한 신호 손실을 유발합니다. 10인치 트레이스는 20dB 손실을 보이며 장거리 통신에 적합하지 않습니다. Rogers의 낮은 Df(0.0031)는 손실을 5dB로 줄여 안정적인 5G 연결을 가능하게 합니다.
Q: Rogers PCB는 무연 납땜과 호환됩니까?

A: 예. RO4835(Tg 280°C)와 같은 Rogers 라미네이트는 박리 또는 Dk 저하 없이 무연 리플로우 온도(240–260°C)를 쉽게 견딜 수 있습니다.
Q: Rogers PCB와 FR-4의 비용 차이는 얼마입니까?

A: Rogers PCB는 FR-4보다 3~5배 더 비싸지만 이는 시스템 수준의 절감 효과로 상쇄됩니다. Rogers PCB를 사용하는 5G 기지국은 동일한 영역을 커버하기 위해 30% 더 적은 타워가 필요합니다.
Q: Rogers PCB를 고전력 응용 분야에 사용할 수 있습니까?

A: 예. Ultralam 3850과 같은 재료는 최대 100W RF 전력을 지원하므로 군용 레이더 및 기지국의 증폭기에 이상적입니다.
Q: 온도는 Rogers PCB 성능에 어떤 영향을 미칩니까?

A: Rogers 라미네이트는 -55°C ~ 125°C에서 안정적인 Dk를 유지하여 자동차 엔진룸 환경 및 항공 우주 시스템에서 일관된 임피던스를 보장합니다.
결론

Rogers PCB는 고주파 전자 제품에 필수적이며 현대적인 연결성과 안전성을 주도하는 5G, 레이더 및 위성 시스템을 가능하게 합니다. 신호 손실을 최소화하고, 극한 조건에서 안정성을 유지하며, 조밀하고 복잡한 설계를 지원하는 능력은 무선 기술의 경계를 넓히는 엔지니어에게 최고의 재료가 되게 합니다.
Rogers PCB의 초기 비용은 FR-4보다 높지만 성능은 매력적인 전체 가치를 제공합니다. 즉, 범위를 확장하고, 전력 소비를 줄이며, 시스템 복잡성을 낮춥니다. 6G 연구가 가속화되고 레이더 시스템이 더 높은 주파수(100GHz 이상)로 추진됨에 따라 Rogers PCB는 혁신에 계속 중요할 것입니다.

엔지니어와 제조업체는 LT CIRCUIT과 같은 전문가와 협력하여 깊은 재료 전문 지식과 정밀 제조를 결합하여 Rogers PCB가 잠재력을 최대한 발휘하여 설계 개념을 고성능 현실로 전환하도록 합니다.