고주파 PCB의 유전 상수 및 손실 계수에 대한 테스트 방법 및 허용 기준

커스터마이징할 때고주파 보드, 재료를 선택할 때 데이터 매뉴얼의 공칭 값뿐만 아니라 "안정적인 Dk, 낮지 않음, 주파수 Df, 공칭이 아님"과 같은 유전 상수(Dk) 및 손실 계수(Df)의 핵심 값에 중점을 두는 것이 중요합니다.

유전상수(Dk): 절대값보다는 안정성에 초점
Dk는 물질의 전기 에너지 저장 능력을 측정하는 매개변수로, 신호 전송 속도와 특성 임피던스 정확도를 직접적으로 결정합니다.

핵심 초점:
공차는 ± 0.05 이내로 엄격하게 제어되어야 합니다. Dk가 0.1만큼 변동하면 수 옴의 50Ω 임피던스 오프셋이 발생하여 신호가 반사될 수 있습니다.
작동 주파수 대역 내에서 Dk의 변동 진폭을 우선시합니다. 예를 들어 Rogers RO4350B의 10GHz ~ 24GHz 범위 내 Dk 변동은 0.01을 초과하지 않으며 이는 일반 FR-4의 ± 0.3 변동보다 훨씬 좋습니다.
"테스트 값"과 "설계 값" 구별: RO4350B의 공식 테스트 값은 3.48@10GHz입니다. 권장되는 설계 값은 3.66입니다. 실제 커스터마이징에서는 10GHz 이상에서 측정된 데이터를 기준으로 삼아야 하며, 1MHz 저주파에서의 Dk 값을 직접 적용할 수는 없다.
이방성에 주의: 일부 플레이트에서는 XY 평면과 Z축 방향의 Dk에 차이가 있습니다. 시뮬레이션 중에는 시뮬레이션과 측정 사이의 단절을 피하기 위해 해당 치수의 측정된 매개변수를 확인하는 것이 필요합니다.

손실 계수(Df): 고주파수 시나리오는 Dk보다 우선순위가 높습니다.
Df는 매체에서 신호가 전파되는 동안 열로 변환되는 에너지의 비율을 나타내며 신호 감쇠 정도를 직접적으로 결정합니다.

핵심 초점:
실제 작동 주파수와 일치해야 합니다. 10GHz에서 FR-4(Df ≒ 0.02)의 감쇠는 약 0.82dB/인치인 반면 RO4350B(Df ≒ 0.0037)는 0.26dB/인치에 불과하며 총 손실 차이는 10인치 배선의 경우 3배 이상입니다.
주파수가 높을수록 요구 사항은 더욱 엄격해집니다. 3GHz 이상의 주파수에서는 Df가 0.005 미만이어야 하며, 77GHz 밀리미터파 레이더 시나리오에서는 Df가 0.001 미만인 PTFE 재료를 선택해야 합니다.
초저 Df를 맹목적으로 추구할 수는 없습니다. RO4350B는 6GHz 이하의 애플리케이션에는 완전히 충분합니다. Df가 낮은 고급 PTFE 소재를 무작정 선택하면 비용이 기하급수적으로 증가하고 비용 효율성이 매우 낮습니다.

사용자 정의할 때 피해야 할 4가지 일반적인 오해
Dk에만 집중하고 Df 무시: 고주파 시나리오에서 Df는 신호 전송 거리를 직접 결정하며 Dk만을 기준으로 재료를 선택하면 많은 비정상적인 감쇠 문제가 발생합니다.
온도와 습도의 영향 무시: FR-4이(가) 물을 흡수한 후 Dk는 4.2에서 4.5로 증가합니다. 실외 애플리케이션에서는 제조업체가 -40도 ~85도에서 Dk/Df 특성 곡선을 제공해야 합니다.
혼동 테스트 방법: 다양한 테스트 방법(공진 공동 방법, 전송선 방법)으로 얻은 Dk/Df 값은 매우 다양하며 공급업체는 IPC-TM-650 표준에 따라 측정된 데이터를 제공해야 합니다.
고주파수를 견디기 위해 FR-4 사용: 3GHz 이상의 주파수 범위에서 FR-4의 유전 손실로 인해 신호 전력이 절반 이상 손실되어 밀리미터파 시나리오의 전송 요구 사항을 완전히 충족할 수 없습니다.

주류 고주파 시트 Dk/Df 선택 참고 사항