4층 RO3003 하이브리드 PCB와 깊이 제어 라우팅

이 사례 연구는 4층 하이브리드 PCB에 대해 다룹니다. 이 PCB는 Rogers RO3003 고주파 라미네이트와 Tg170 FR-4를 결합합니다. 이 설계는 RF 회로 제작에 대한 전략적 접근 방식을 보여줍니다. 즉, 고주파 성능이 중요한 곳에만 프리미엄 재료를 사용하고, 구조 및 저주파 기능에는 비용 효율적인 FR-4를 활용합니다.

이것은 10mil Rogers RO3003을 사용하는 4층 하이브리드 PCB로, 고주파 신호 레이어에는 10mil Rogers RO3003을 사용하고 지원 레이어에는 Tg170 FR-4를 사용합니다. 보드 크기는 127mm x 97mm이며 적층 두께는 0.694mm입니다. L2에서 L4까지 깊이 제어 라우팅(도금되지 않음), ENIG 표면 마감, 흰색 실크스크린이 있는 녹색 솔더 마스크가 특징입니다. 5가지 디자인이 각각 1개씩 제작되었습니다.

주요 내용

1. 하이브리드 구조: RO3003 + Tg170 FR-4는 고주파 성능과 비용 효율성을 결합합니다.
2. 재료 전략: RO3003은 RF 신호를 처리하고, FR-4는 구조적 지원 및 저주파 라우팅을 제공합니다.
3. 특수 공정: 깊이 제어 라우팅(L2-L4)은 전체 관통 없이 정밀한 캐비티 또는 기능을 생성합니다.
4. 사양: 10mil RO3003, 레이어당 1oz 구리, ENIG 마감, 0.694mm 적층 두께
5. 생산: 5가지 디자인, 각 1개, 127mm x 97mm 크기

하이브리드 RO3003 + FR-4를 사용하는 이유?

하이브리드 접근 방식은 RF PCB 설계에서 기본적인 비용-성능 절충점을 해결합니다.

RO3003: 고주파 전문가

RO3003은 최대 40GHz의 RF 및 마이크로파 애플리케이션을 위해 설계된 세라믹 충전 PTFE 라미네이트입니다. 주요 특성은 다음과 같습니다.

1. 유전 상수(Dk): 10GHz에서 3.00 ± 0.04 — 온도 및 주파수에 걸쳐 뛰어난 안정성
2. 손실 계수(Df): 10GHz에서 0.0010 — 매우 낮은 신호 손실
3. CTE: 17 ppm/°C(X), 16 ppm/°C(Y), 25 ppm/°C(Z) — 구리와 일치하여 신뢰할 수 있는 도금 스루 홀 제공
4. Dk의 열 계수: -3 ppm/°C — 온도에 따른 유전 상수 드리프트 최소화

RO3003은 표준 PTFE 유리 재료에서 상온 근처에서 발생하는 Dk의 단계적 변화를 제거하여 자동차 레이더(77GHz), ADAS 및 5G mmWave 인프라에 이상적입니다.

Tg170 FR-4: 비용 효율적인 주력 제품

1. 유리 전이 온도(Tg)가 170°C인 FR-4는 다음을 제공합니다.
2. 전체 스택업에 대한 안정적인 기계적 지원
3. 전력, 접지 및 저주파 신호를 위한 비용 효율적인 라우팅
4. 우수한 치수 안정성 및 스루 홀 신뢰성
5. 표준 PCB 처리와의 호환성

하이브리드 장점

고주파 신호 레이어에만 RO3003을 사용하고 지원 레이어에 FR-4를 사용함으로써 설계자는 다음을 달성합니다.

1. 성능: RF 신호는 저손실 RO3003을 통해 전송됩니다.
2. 비용 절감: 비싼 고주파 재료 사용 최소화
3. 기계적 무결성: FR-4는 구조적 강성을 제공합니다.

이 접근 방식은 자동차 레이더 모듈, 5G 기지국 안테나 및 위성 통신 터미널에서 일반적입니다.

깊이 제어 라우팅(L2-L4)

이 보드는 레이어 2에서 레이어 4까지 깊이 제어 라우팅 기능을 제공하며, 이는 도금되지 않은 공정입니다.

깊이 제어 라우팅이란?

보드 전체를 관통하는 표준 스루 홀 드릴링과 달리, 깊이 제어 라우팅은 스택업 내에서 정밀하게 프로그래밍된 깊이까지 재료를 제거합니다. 이 기술은 다음을 위해 사용됩니다.

1. 부품을 내장하기 위한 캐비티 생성
2. 접지 또는 열 접촉을 위해 내부 구리 레이어 노출
3. 다른 유전체 매체 간의 제어 임피던스 전환 형성
4. 고속 비아에서 원치 않는 스텁 효과 제거

주요 설계 고려 사항

성공적인 깊이 제어 라우팅에는 다음 사항에 대한 신중한 주의가 필요합니다.

스택업 계획: 일관된 프리프레그 두께(±10 μm 공차)와 코어 레이어(더 엄격한 두께 공차 보유)에 중요한 신호 전환 레이어를 배치하면 드릴 정확도가 향상됩니다.

Z축 참조: 가장 신뢰할 수 있는 방법은 표면 참조 깊이 제어를 사용하는 것입니다. 이 경우 기계가 가공 전에 실제 PCB 표면을 감지하거나, 더 엄격한 요구 사항을 위해 적응형 라우팅을 사용한 표면 매핑을 사용합니다.

깊이 공차: 산업 표준 깊이 공차는 일반적으로 ±50 μm(±2 mil)이며, 고급 제조 업체는 ±25 μm(±1 mil)를 달성합니다.

치수 제어: 깊이 제어 기능을 지정할 때 하나의 치수는 제어 치수(일반적으로 완성된 캐비티 깊이)로 식별되고 다른 하나는 충돌하는 공차를 방지하기 위해 참조로 표시되어야 합니다.

도금되지 않은 이유?

도금되지 않은 깊이 제어 라우팅은 캐비티 벽과 바닥에 금속이 도금되지 않음을 의미합니다. 이는 기능이 순전히 기계적인 경우(부품 간격) 또는 캐비티 바닥의 노출된 구리가 접지 또는 열 접촉을 위해 접근 가능해야 하는 경우에 적합합니다.

Q: 하이브리드 PCB란 무엇인가요?
A: 하이브리드 PCB는 단일 스택업에 다른 라미네이트 재료를 결합하여 성능과 비용을 최적화합니다. 일반적으로 고성능 RF 재료는 중요한 신호 레이어에 사용되고, 표준 FR-4는 전력, 접지 및 저주파 기능을 처리합니다.

Q: RF 레이어에 FR-4 대신 RO3003을 사용하는 이유는 무엇인가요?
A: FR-4는 마이크로파 주파수에서 높은 유전 손실(10GHz에서 Df ~0.012)을 가지므로 상당한 신호 감쇠를 유발합니다. RO3003의 Df 0.0010은 손실을 최소화하여 안정적인 고주파 성능에 필수적입니다.

Q: "깊이 제어 라우팅"이란 무엇을 의미하나요?
A: 이는 CNC 공정으로, 절단 도구가 보드 전체를 관통하는 대신 PCB 내에서 정밀하게 프로그래밍된 깊이까지 침투합니다. 캐비티, 백 드릴링 및 내부 레이어 노출에 사용됩니다.

Q: 이 공정의 일반적인 깊이 공차는 무엇인가요?
A: 산업 표준 공차는 ±50 μm(±2 mil)이며, 표면 참조 깊이 제어 및 적응형 라우팅을 사용하는 고급 제조 업체는 ±25 μm(±1 mil)를 달성할 수 있습니다.

Q: 라우팅이 도금되지 않은 이유는 무엇인가요?
A: 도금되지 않은 라우팅은 기능에 전기적 연결이 필요하지 않은 경우(예: 부품 간격 캐비티 또는 접지를 위한 노출 구리에 대한 접근) 사용됩니다. 도금은 불필요한 공정 단계와 비용을 추가합니다.

Q: RO3003 하이브리드 PCB의 일반적인 응용 분야는 무엇인가요?
A: 자동차 레이더(77GHz), ADAS 센서, 5G mmWave 인프라, 위성 통신 터미널 및 고주파 테스트 장비입니다.

Q: 이 보드는 RO3003과 FR-4 간의 CTE 불일치를 어떻게 처리하나요?
A: CTE 불일치는 대칭 스택업 설계, 호환되는 접착 재료(예: Rogers 2929 프리프레그) 및 최적화된 라미네이션 프로파일을 통해 관리됩니다. 신중한 공정 제어는 뒤틀림 및 박리를 방지합니다.

마무리 생각

이 4층 RO3003 하이브리드 PCB는 RF 설계에 대한 성숙한 접근 방식을 보여줍니다. 즉, 올바른 기능에 올바른 재료를 사용합니다. RO3003의 뛰어난 고주파 성능과 FR-4의 비용 효율성 및 기계적 강도를 결합함으로써 성능과 경제적 효율성을 모두 달성합니다. 깊이 제어 라우팅의 포함은 또 다른 수준의 정교함을 더하여 보드의 무결성을 손상시키지 않으면서 정밀한 내부 기능을 가능하게 합니다.