로저스 PCB란 무엇인가?

전자기술의 발달로 전자제품 생산에는 고주파 소재 등 점점 더 많은 소재가 필요하게 되었습니다.

Rogers PCB를 예로 들어 보겠습니다. Rogers PCB 소재는 Rogers Company에서 생산하는 일종의 고주파 기판으로, 기존 PCB 기판의 에폭시 수지와는 다릅니다. 중앙에 유리 섬유가 없는 세라믹 기반 고주파 소재입니다. 회로의 작동 주파수가 500MHz를 초과하면 설계 엔지니어가 사용할 수 있는 재료의 범위가 크게 줄어듭니다.

Rogers PCB 소재는 뛰어난 유전율과 온도 안정성을 가지고 있으며, 유전율의 열팽창 계수는 구리 호일과 매우 일치하여 PTFE 폴리테트라플루오로에틸렌 기판의 단점을 개선하는 데 사용될 수 있습니다. 고속 설계뿐만 아니라 상업용 마이크로파 및 RF 애플리케이션에도 매우 적합합니다.

낮은 수분 흡수율로 인해 습도가 높은 환경에서 이상적인 선택으로 사용될 수 있으며, 고주파 보드 산업의 고객에게 최고 품질의 소재와 관련 리소스를 제공하고 제품 품질을 근본적으로 제어할 수 있습니다.

일반적으로 Rogers PCB 고주파 기판은 1GHz 이상의 주파수를 갖는 PCB 인쇄 회로 기판으로 정의할 수 있습니다. 물리적 성능, 정확도 및 기술적 매개변수가 매우 까다로워 통신 시스템, 자동차 충돌 방지 시스템, 위성 시스템, 무선 시스템 등 다양한 분야에 널리 사용됩니다.

Rogers PCB 보드 재료 시리즈 분류

Rogers PCB 보드 소재 RO3000® 시리즈:

세라믹 충전 PTFE 회로 소재를 기반으로 하는 모델은 RO3003G2™, RO3003™, RO3203™, RO3035™, RO3006™, RO3010™, RO3210™입니다. Rogers PCB 기판 소재 RO4000® 시리즈: 세라믹 충전 탄화수소 라미네이트 및 프리프레그인 Ro4000은 업계를 선도하는 제품 시리즈입니다. 해당 모델은 RO4003C, RO4350b, RO4360G2, RO4830, RO4835T, RO4533, RO4534, RO4535, RO4725JXR, RO4730G3입니다.

Rogers PCB 보드 소재 RT/duroid® 라미네이트:

RT/Duroid® 고주파 회로 소재는 PTFE 필러(무작위 유리 섬유 또는 세라믹)를 함유한 복합 적층재로, 고신뢰성, 항공우주 및 국방 분야에 적합합니다. RT/duroid® 5880, RT/duroid® 5880lz, RT/duroid® 5870, RT/duroid® 6002, RT/duroid® 6202 등이 있습니다.

Rogers PCB 보드 소재 TMM® 시리즈:

세라믹, 탄화수소, 열경화성 폴리머를 기반으로 한 복합 재료, 모델 번호: TMM3, TMM4, TMM6, TMM10, TMM10i, TMM13i 등.

Rogers PCB 매개변수의 상세 분석

1. 로저스 PCB 보드 기판은 수분 흡수율이 낮고, 수분 흡수율이 높으면 젖었을 때 유전율과 유전 손실이 발생합니다.

2. 로저스 PCB 기판과 구리 호일의 열팽창 계수는 일정해야 합니다. 그렇지 않으면 열과 냉기의 변화 중에 구리 호일이 분리됩니다.

3. Rogers PCB 기판 소재의 유전 손실(Df)은 작아야 하며, 이는 주로 신호 전송 품질에 영향을 미칩니다. 유전 손실이 작을수록 신호 손실도 줄어듭니다.

4. Rogers PCB 기판의 유전율(Dk)은 작고 안정적이어야 합니다. 일반적으로 유전율은 작을수록 좋습니다. 신호 전송률은 재료의 유전율 제곱근에 반비례합니다. 유전율이 높으면 신호 전송 지연이 발생하기 쉽습니다.

현재 글로벌 5G 배치는 가속화되고 있습니다. 기존의 3G/4G 기지국 분산 구조는 BBU, RRU, 그리고 안테나 피더 시스템으로 구분할 수 있으며, RRU와 안테나 피더 시스템은 피더로 연결됩니다. 주파수가 높아질수록 전송 손실 위험이 커지므로, RRU와 안테나 피더 시스템을 통합하는 구조는 피더의 신호 손실을 줄이고 전송 효율을 향상시킬 수 있습니다. 고집적화는 분산된 부품들을 PCB 기판으로 대체하여 궁극적으로 PCB의 단위 사용량을 증가시킨다는 것을 의미합니다.

일부 Rogers PCB 재료 속성

 로저스 PCB는 고속 PCB 프로토타입 제작에서 특정 기술적 한계를 지닌 특수 회로 기판으로, 운영이 어렵고 비용이 많이 듭니다. 일반 PCB 교정 공장에서는 제작이 너무 까다롭거나, 고객 주문량이 적어서 직접 제작을 꺼리거나 거의 하지 않습니다.

Rogers PCB RO4350B 소재는 RF 엔지니어가 네트워크 정합, 전송선 임피던스 제어 등의 회로를 편리하게 설계할 수 있도록 지원합니다. 유전 손실이 낮아 고주파 응용 분야에서 일반 회로 기판 소재보다 더 많은 장점을 제공합니다. 온도에 따른 유전율 변동은 유사 소재 중 거의 가장 낮습니다. 넓은 주파수 범위에서 유전율은 4350로 매우 안정적이며, 권장 설계값은 3.48입니다. LoPra™ 구리박은 삽입 손실을 줄여 광대역 응용 분야에 적합합니다.

Rogers PCB RO4003 소재는 기존 나일론 브러시로 제거할 수 있습니다. 전기 없이 구리를 전기 도금하기 전에는 특별한 처리가 필요하지 않습니다. 기판은 기존 에폭시 수지/유리 처리 공정으로 처리해야 합니다. 일반적으로 고TG 수지 시스템(280°C+536°F)은 드릴링 공정 중 색상이 쉽게 변하지 않으므로 드릴링 구멍을 제거할 필요가 없습니다. 과격한 드릴링 작업으로 얼룩이 발생한 경우, 표준 CF4/O2 플라즈마 사이클 또는 이중 알칼리 과망간산염 공정을 통해 수지를 제거할 수 있습니다.

RO4000 소재의 가열 요구 사항은 에폭시 수지/유리 소재의 가열 요구 사항과 동일합니다. 일반적으로 에폭시 수지/유리판을 가열하지 않는 장비는 RO4003 판을 가열할 필요가 없습니다. 기존 공정의 일부로 에폭시 수지/베이킹 유리를 설치하는 경우, 300°C~250°C(121°F, 149°F)에서 1~2시간 동안 가열하는 것을 권장합니다. RO4003에는 난연제가 포함되어 있지 않습니다. 적외선(IR) 장치에 포장되거나 매우 낮은 투과 속도로 작동하는 기판은 700°C(371°F)를 초과하는 온도에 도달할 수 있습니다. RO4003은 이러한 고온에서 발화하기 시작할 수 있습니다. 적외선 환류 장치 또는 이러한 고온에 도달할 수 있는 기타 장비를 사용하는 시스템은 위험이 없도록 필요한 예방 조치를 취해야 합니다.

RO3003은 상업용 마이크로파 및 무선 주파수 애플리케이션에 사용되는 고주파 회로 소재용 세라믹 충전 PTFE 복합재입니다. 이 제품 시리즈는 경쟁력 있는 가격으로 탁월한 전기적 및 기계적 안정성을 제공하도록 설계되었습니다. Rogers PCB Ro3003 소재는 전체 온도 범위에서 탁월한 유전율 안정성을 제공하며, PTFE 유리 소재를 실온에서 사용했을 때 유전율 변화가 발생하지 않습니다. 또한, Ro3003 적층재의 손실 계수는 0.0013~10GHz로 매우 낮습니다.

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FR4 소재란 무엇인가요?

FR4 또는 Rogers PCB 중 어떤 PCB를 선택할지 결정하기 전에 먼저 어떤 FR4 소재가 필요한지 파악하는 것이 중요합니다. FR4 소재는 유리섬유 천을 에폭시 수지로 적층하여 만든 회로 기판에 널리 사용되는 기판입니다. 가장 큰 장점은 저렴한 가격과 우수한 기계적 강도로, 컴퓨터 마더보드, TV 회로 기판 등 다양한 일반 전자 제품에 널리 사용됩니다.

하지만 회로에서 고주파 신호를 전송해야 하는 경우, FR4 소재는 다소 부족해 보입니다. 유전율이 주파수에 따라 변하기 때문에 신호 손실이 크고 성능이 저하되기 때문입니다.

FR4 또는 Rogers PCB 소재: 어떤 것을 선택해야 할까?

다음은 FR4 유전체 소재와 Rogers PCB 소재를 비교한 표로, 주요 특성, 성능 및 적용 적합성의 차이점을 보여줍니다.

FR4 유전체 재료와 Rogers PCB 재료를 선택할 때 가장 중요한 요소는 회로가 사용될 위치입니다.

FR4: 제한된 예산으로 범용 저주파 전자 제품을 개발하고 있다면 FR4는 이미 충분히 좋습니다.

로저스 PCB: 하지만 회로에서 RF 신호, 마이크로파 또는 고속 디지털 신호(5G 통신이나 레이더 시스템 등)를 처리해야 하는 경우 Rogers PCB를 사용하는 것이 더 좋습니다. Rogers PCB는 성능이 더 안정적이고 신호 손실이 적기 때문입니다.

물론, 두 재료를 함께 사용할 수도 있습니다. 예를 들어 Rogers 회로 기판 재료와 FR4 유전체 재료를 같은 기판에 결합하는 것입니다. 이렇게 하면 성능을 보장하는 동시에 비용을 절감할 수 있습니다. 이는 많은 첨단 애플리케이션에서 흔히 사용되는 방식입니다.

Rogers PCB 및 PTFE PCB: 고주파 PCB

무선 주파수(RF) 및 마이크로파 분야에서 PTFE PCB(폴리테트라플루오로에틸렌 PCB)는 매우 중요한 고주파 회로 기판입니다. 가장 뛰어난 특징은 신호 손실이 매우 낮고, 전송 성능이 뛰어나며, 고온에도 견딜 수 있다는 것입니다. 따라서 레이더, 위성 통신, 5G 기지국, 고주파 통신 모듈 등 고성능이 요구되는 일부 장치에 자주 사용됩니다.

많은 고품질 Rogers PCB 소재가 실제로 PTFE를 기반으로 개발되었습니다. 예를 들어, Rogers의 RT/duroid 시리즈와 RO3000 시리즈는 모두 PTFE PCB에 속합니다. 이러한 소재는 고주파 환경에서 안정적인 유전율을 유지하고 신호 전송 손실이 매우 낮아 고속 및 RF 회로에 매우 적합합니다.

반면, 기존 FR4 PCB는 고주파에서 성능이 떨어집니다. 유전율이 불안정하고 신호가 감쇠되기 쉽기 때문에 고성능 제품을 생산할 수 없습니다. 따라서 5G나 레이더와 같이 고주파 또는 고신뢰성 프로젝트를 진행하는 경우 Rogers 회로 기판 소재나 PTFE PCB를 선택하는 것이 더 적합합니다.

고주파 대역으로 인해 PCB 소재가 고주파화됨

현재 글로벌 5G 배치는 가속화되고 있습니다. 기존의 3G/4G 기지국 분산 구조는 BBU, RRU, 그리고 안테나 피더 시스템으로 구분할 수 있으며, RRU와 안테나 피더 시스템은 피더로 연결됩니다. 주파수가 높아질수록 전송 손실 위험이 커지므로, RRU와 안테나 피더 시스템을 통합한 구조는 피더의 신호 손실을 줄이고 전송 효율을 향상시킬 수 있습니다. 고집적화로 인해 분산된 부품들이 PCB 기판으로 대체되어 궁극적으로 PCB의 단위 사용량이 증가합니다.

5G 시대는 고주파 대역을 활용해야 합니다(3GPP에서는 5GNR에서 지원하는 주파수 범위를 450MHz~52.6GHz로 명시). 그 이유는 다음과 같습니다.

1. 5세대 통신 기술이 모두 도입된 이후 저주파 대역의 자원은 이미 고갈되어 XNUMXG 개발에 사용할 수 있는 자원이 많지 않습니다.

2. 주파수가 높을수록 더 많은 정보를 실을 수 있고, 자원이 풍부해져 전송 속도가 빨라집니다(예: 20MHz에서는 100MHz 채널 50개만 분할할 수 있는 반면, 20GHz에서는 1MHz 채널 XNUMX개를 분할할 수 있습니다). 부하에 의한 공진 현상과 전송선로 효과의 영향으로 전자파의 주파수가 높아질수록 감쇠가 더 심해집니다. 

고주파에서 효율적인 전송을 실현하려면 송수신기와 전송 장치의 신호 손실을 제어해야 하며, 이에 따라 베어링 소자도 기존의 일반 기판에서 고주파 기판(예: Rogers PCB RO4350 소재)으로 대체될 것입니다. 구체적으로, 단말 안테나는 원래 PI를 주재료로 하는 FPC(연성 인쇄 회로 기판)를 사용했지만, 유전율(Dk, 전자를 차단하는 매질의 능력)과 유전 손실(Df, 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 전송 매질의 능력)이 모두 높아 전송 효율이 낮았습니다. 따라서 PI를 Dk와 Df가 낮은 액정 고분자(LCP)로 대체하는 추세가 점차 뚜렷해지고 있습니다. 

현재 LCP는 애플 휴대폰에 도입되었으며, 향후 LCP 소재가 주류 소재로 자리 잡을 것으로 예상됩니다. 애플을 예로 들면, 아이폰 X에 탑재되는 LCP 모듈 하나의 가격은 안테나당 약 4~5달러입니다.

기지국에도 고주파 소재(예: Rogers PCB RO4350 소재)가 필요합니다. 현재 주류를 이루는 방식은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 매우 우수한 유전 특성을 가진 탄화수소 PCB를 사용하는 것입니다. 이로 인해 단가가 약 1.5~3배 증가합니다. 3G/4G 기지국 RRU에는 고주파 교류(AC) 기판이 필요합니다. 특히 RF 전력 증폭기의 PCB에는 고주파 소재(예: Rogers PCB RO4350 소재)가 필요합니다. 4350G AAU 중·고주파 교류 기판용 고주파(예: Rogers PCB RO5 소재) PCB 기판 수요가 증가함에 따라 PCB 기판에 사용되는 고주파 소재의 양도 증가하여 단일 기판의 가치가 높아질 것입니다.

고주파 PCB 기판은 고주파 마이크로파 기판을 사용한 특수 구리 도금 적층판으로, 고주파 마이크로파 PCB 기판이라고도 하며, 추가 가공을 통해 고주파 PCB로 제작할 수 있습니다. Rogers PCB 고주파 소재로 제작된 Rogers PCB 기판은 통신 기지국 및 항공 안테나 분야에서 널리 사용되고 있으며, 높은 수요와 유망한 시장 전망을 가지고 있습니다.

세계 최고의 특수 플레이트 공급업체인 로저스 보드는 50% 이상의 글로벌 시장 점유율을 자랑하며, 기지국 안테나 무선 주파수 분야에서 20년 이상의 업계 경험을 보유하고 있습니다. 5G 제품 연구개발에 집중하는 미국에 세 번째 R&D 센터를 설립하고, 5G 안테나 RF용 고주파 보드를 출시했습니다. 5G 상용화 규모 확대에 발맞춰 고성능 유연성을 갖춘 제품을 선보일 예정입니다.

시장은 5G가 고주파 보드에 대한 수요가 크다는 것을 인지하고 있지만, 가장 큰 수요 탄력성을 가진 제품이 기지국 안테나용 Rogers PCB 보드라는 사실은 간과하고 있습니다. 5G 애플리케이션의 주파수 대역이 4G보다 높기 때문에 밀리미터파용 Rogers PCB 보드에 대한 적응이 필수적이며, 안테나 개발 추세는 다중 수신, 다중 송신, 소형화로 전환될 것입니다. 안테나 포트 수는 기존 4포트와 8포트에서 64포트와 128포트로 증가했으며, 안테나 애플리케이션용 Rogers PCB 보드 수요도 급격히 증가했습니다.

업계 조사 결과, 5G 안테나용 초기화 재료 조달 비용은 3G 멀티모드 안테나의 4~4배에 달하는 것으로 보수적으로 추산되며, 다중 수신기 및 다중 송신기 안테나에 사용되는 Rogers PCB 보드의 수는 다중모드 안테나보다 많습니다. 따라서 5G 기지국 안테나용 고주파 보드 시장 규모는 최소 4~6배 확대됩니다. 5G 상용화 시대가 도래함에 따라 Rogers PCB 보드 시장은 넓은 전망을 가지고 있습니다.