고주파 인쇄회로기판의 유전상수(Dk)와 손실계수(Df)는 고주파 신호 전송 품질을 결정하는 핵심 매개변수입니다. 많은 제조업체의 공칭 매개변수에는 불투명한 테스트 조건 및 허위 라벨링과 같은 문제가 있으며, 이는 실제 설계 및 생산에서 쉽게 함정으로 이어질 수 있습니다. 아래에서는 매개변수 트랩을 방지하는 데 도움이 되는 이 두 매개변수에 대한 핵심 실무 지식 포인트를 요약합니다.
기본 정의 및 업계 공통 용어
유전 상수(Dk/ε r): 전기장에서 전하를 저장하는 PCB 기판의 능력을 나타냅니다. 공학에서는 무차원 고유 특성인 비유전율(진공값 1)을 말합니다.
손실 계수(Df/tan δ): 유전 손실 탄젠트라고도 알려진 고주파 교류 전기장 하에서 기판에 의해 단위 시간당 열 에너지로 변환된 전기 에너지의 비율을 나타냅니다.
가장 쉽게 간과되는 매개변수 트랩
테스트 주파수 불일치: 일반 fr4의 Dk는 일반적으로 1MHz의 저주파에서 측정되는 반면 고주파 인쇄 회로 기판에는 최소 10GHz(X{3}}대역)의 측정 데이터가 필요하며 저주파 매개변수는 고주파 장면 성능을 전혀 나타낼 수 없습니다.
공칭 공차 가상 마킹: 일반 fr4의 Dk 배치 차이는 ± 0.2에 도달할 수 있는 반면 적격 고주파 재료의 Dk 공차는 ± 0.02 이내로 제어되어야 합니다. 가상 마킹 허용 오차는 5~10Ω의 실제 임피던스 편차를 직접적으로 발생시키며, 이는 RF 회로에 대한 허용 오차 요구 사항인 ± 2%를 초과합니다.
환경 안정성 은폐: 많은 저가-고주파 재료에는 유전 상수 온도 계수 τ Dk를 표시하지 않습니다. -40도에서 +85도 범위의 실외 시나리오에서 Dk는 온도 드리프트에 따라 크게 변화하여 임피던스 드리프트와 신호 불일치를 직접적으로 유발합니다.
습도의 영향은 설명되지 않습니다. 기판의 수분 흡수율이 너무 높으면 수분 흡수 후 Dk가 크게 증가하고 동시에 Df가 저하되며 습한 환경에서의 신호 손실은 공칭 값을 훨씬 초과합니다.
회로 성능에 대한 두 매개변수의 핵심 영향
유전 상수(Dk):
신호 전송 속도를 직접 결정하면 Dk가 낮을수록 신호 전파 지연이 작아지고 전송 속도가 빨라집니다.
이는 임피던스 시뮬레이션의 핵심 입력 매개변수이며, Dk 편차는 50Ω/100Ω과 같은 표준 임피던스 설계의 실패로 직접 이어져 신호 반사를 일으킬 수 있습니다.
손실 계수(Df):
고주파 신호의 삽입 손실을 직접 결정하면 10GHz 이상의 주파수 대역에서 일반 fr4의 인치당 손실은 1-2dB에 도달할 수 있으며 고품질 고주파 재료는 0.2dB 내에서 제어할 수 있습니다.
과도한 Df는 송신단에서 전력을 낭비하고 수신단에서 약한 신호를 복조할 수 없게 하여 통신 거리와 레이더 감지 감도를 직접적으로 감소시킬 수 있습니다.
주류 고주파 판금에 대한 일반적인 매개변수 참조
| 재료 시스템 | 일반적인 Dk 값(10GHz) | 일반적인 Df 값(10GHz) | 핵심 적용 시나리오 |
|---|---|---|---|
| 일반 FR-4 | 4.2~4.6 | ~0.02 | 1GHz 이하의 저속 디지털 회로 |
| 탄소수소수지 시리즈 | 3.2~3.7 | 0.003~0.008 | 5G 기지국, 고속-광 모듈 |
| RO4000 시리즈 | 3.48~3.66 | 0.002~0.0037 | RF 증폭기, 자동차 레이더 |
| PTFE 수정 시리즈 | 2.2~2.6 | 0.001~0.003 | 밀리미터파, 위성통신, 군용레이더 |
업계에서 일반적으로 사용되는 신뢰할 수 있는 테스트 방법
고주파 인쇄회로기판의 Dk 및 Df는 일반 fr4의 Q-table 방법을 사용하여 테스트할 수 없습니다. 업계에서 일반적으로 사용되는 스트립라인 공진법은 벡터 네트워크 분석기를 이용하여 스트립라인 공진기의 공진주파수를 측정하여 Dk를 반전시키고, 품질계수 Q값을 측정하여 Df를 반전시키는 방법이다. 결과는 PCB의 실제 작동 상태에 더 가깝습니다.