고주파 회로 소재용 동박 – RO4350B + IT-180A 하이브리드 PCB 설계를 적용한 6층 기판

제품 설명

고주파 회로 소재용 동박 – 저손실 PCB 설계를 위한 선택 가이드

 

Q: 고주파 PCB에서 동박 선택이 중요한 이유는 무엇인가요?

A: 동박의 표면 거칠기는 고주파 설계(특히 1GHz 이상)에서 신호 무결성에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 표면 거칠기는 표피 효과(skin effect)로 인해 도체 표면 근처에 집중되는 고주파 전류의 유효 이동 경로를 늘어나게 하여, 전자기 에너지를 열로 변환하고 삽입 손실을 증가시킵니다.

 

밀리미터파 주파수 대역에서는 표준 전해(ED) 동박이 매끄러운 동박에 비해 도체 손실을 2배에서 3배까지 증가시킬 수 있습니다. RO4350B(RF 레이어)와 IT-180A(코어 레이어)를 결합한 6개 레이어 하이브리드 PCB의 경우, 5G 및 마이크로웨이브 애플리케이션에 요구되는 저손실 성능을 구현하려면 적절한 동박을 선택하는 것이 필수적입니다.

 

 

1. 동박 제조 방식 – ED vs. 압연

PCB 라미네이트용 동박은 근본적으로 다른 두 가지 공정을 통해 제조되며, 이에 따라 표면 특성과 전기적 성능에서 뚜렷한 차이가 발생합니다.

 

전해(ED) 동박

ED 공정에서는 황산구리 용액에서 회전하는 티타늄 드럼 위에 구리가 전기화학적으로 증착됩니다. 드럼 쪽(매끄러운 면)은 유전체를 향하고, 무광택 면(거친 면)은 바깥쪽을 향합니다. 무광택 면은 접착력을 향상시키기 위해 추가 처리를 거칩니다.

 

결정 구조: ED 동박 결정은 동박의 Z축 방향으로 세로로 성장하여, 동박 평면에 수직인 긴 결정립계를 가진 "피켓 펜스(말뚝 울타리)" 구조를 형성합니다.

 

거칠기: ED 동박은 압연 동박에 비해 표면 거칠기가 일반적으로 더 높으며(Rz = 5–12 µm), 처리된 면이 드럼 면보다 훨씬 거칩니다.

 

장점: 가격이 저렴하고 수급이 용이합니다.

 

 

압연 동박 (Rolled)

압연 동박은 순수 구리 빌렛에서 시작하여 두께를 줄이기 위해 연속적인 냉간 압연 작업을 거쳐 생산됩니다. 표면 평활도는 압연기 상태에 따라 달라집니다.

 

결정 구조: 압연 동박 결정은 냉간 압연 중에 파쇄되고 압축되어, 동박 평면과 거의 평행하게 정렬된 더 작고 불규칙한 구형을 형성합니다.

 

거칠기: 압연 동박은 일반적으로 가장 매끄러운 동박 유형으로, 프로파일이 매우 낮습니다 (Rz < 3 µm) .

 

장점: 매끄러운 표면과 우수한 연신율 덕분에 고주파 애플리케이션에 매우 적합합니다.

 

 

2. 동박 거칠기 – 주요 손실 메커니즘

DC에서는 전류가 도체 단면 전체에 균일하게 분포합니다. 주파수가 증가함에 따라 전류는 도체 표면 쪽으로 집중됩니다.

 

표피 깊이 δ는 다음과 같습니다:

δ = 1 / √(π·f·µ·σ)

구리의 경우 10 GHz에서 δ ≈ 0.66 µm입니다.

 

표피 깊이 대비 거칠기 비율 (Roughness-to-Skin-Depth Ratio)

핵심 파라미터는 표피 깊이 대비 RMS 거칠기의 비율(Rrms/δ)입니다. 주파수가 증가하고 표피 깊이가 얇아질수록 거칠기의 상대적 영향은 더욱 커집니다 :

비율 (Rrms/δ)	손실에 미치는 영향
< 0.1	무시할 수 있는 수준 (추가 손실 <2%)
0.1 ~ 1.0	중간 수준의 영향 (10–50% 추가 손실)
> 1.0	심각한 영향 (50–100%+ 추가 손실)

 

표준 ED 동박(Rrms ≈ 3–4 µm)의 경우, 이 비율은 최신 5G 및 밀리미터파 시스템의 동작 범위인 ~5 GHz 이상에서 1.0을 초과합니다.

 

Hall-Huray 모델

IPC 및 IEEE 커뮤니티는 물리적으로 가장 정확한 거칠기 보정 계수로 Huray의 "스노우볼(snowball)" 모델을 채택했습니다. 이전의 Hammerstad 모델(보정 계수가 2배에서 포화됨)과 달리, Huray 모델은 거친 표면을 구형 돌기들의 집합체로 표현하여 표준 동박의 밀리미터파 주파수에서 2.5–3.5배의 거칠기 손실 계수를 정확하게 예측합니다.

 

 

3. 동박 표면 거칠기 측정

Rogers는 백색광 간섭계를 사용하여 동박 거칠기를 특성화하고 Sq(RMS) 프로파일을 제공합니다. 연구에 따르면 처리된 면의 프로파일이 도체 손실과 가장 높은 상관관계를 보입니다.

 

동박 유형별 일반적인 거칠기 값

동박 유형	중량(Weight)	유전체 접합면 Sq (µm)	상부면 Sq (µm)	적용 제품
압연 (Rolled)	1 oz	0.4	0.3	RT/duroid, RO3003, RO3035, 6202
압연 (Rolled)	½ oz	0.4	0.3	위와 동일
ED (RO4350B)	1 oz	3.2	0.4	RO4350B, RO4003C, RO4360G2
ED (RO4350B)	½ oz	2.8	0.4	RO4350B, RO4003C
LoPro®	1 oz	0.9	1.3	RO4003C, RO4350B, RO4835
LoPro®	½ oz	0.9	0.8	RO4003C, RO4350B, RO4835
ED 로우 프로파일 RT	1 oz	1	1.3	CLTE, DiClad, IsoClad
ED 로우 프로파일 RT	½ oz	1	0.8	CLTE, DiClad, IsoClad

 

출처: Rogers Corporation 동박 데이터 시트

핵심 포인트: 유전체 접합면 거칠기(라미네이트에 접합되는 표면)가 도체 손실의 주요 원인입니다. 압연 동박(Sq = 0.4 µm)이 가장 매끄러운 표면을 제공하는 반면, RO4350B의 표준 ED 동박(Sq = 2.8–3.2 µm)은 거칠기가 훨씬 높습니다.

 

 

4. 하이브리드 적층 시 동박 고려 사항

귀하의 6개 레이어 기판은 RO4350B + IT-180A 하이브리드 적층 구조를 사용합니다:

 

블라인드 비아(L1-L2, L3-L6) 및 에지 도금은 복잡성을 더욱 가중시키므로, 도금 파라미터와 표면 처리를 정밀하게 제어해야 합니다.

 

비교표 – 고주파 PCB용 동박 옵션

특성	표준 ED	압연 동박 (Rolled)	LoPro®	HVLP
거칠기 (Sq)	2.8–3.2 µm	0.3–0.4 µm	0.9 µm	0.6–1.2 µm
거칠기 (Rz)	8–12 µm	< 3 µm	3–5 µm	1.5–3 µm
10 GHz에서의 삽입 손실	높음	매우 낮음	낮음	매우 낮음
열충격 저항성	보통	우수	양호	양호
박리 강도	더 높음 (거칠수록 접착력 우수)	더 낮음	보통	보통
비용	낮음	높음	중간	높음
주요 용도	일반 RF, 비용에 민감한 분야	항공우주, 극한의 열 환경	고주파 디지털, mmWave	25G–112G SerDes, mmWave

 

 

 

응용 분야

• 차량용 레이더 (77 GHz)
• 고출력 RF
• 항공우주 / 방위산업
• 위상 배열 안테나
• 고속 디지털 (56G/112G PAM4)

 

 

Q1: 압연 동박이 ED 동박보다 열충격 저항성이 더 뛰어난 이유는 무엇인가요?

A: 압연 동박은 영구 변형에 도달하기 전 탄성 연신율이 더 우수합니다. ED 동박은 좁은 도체에서 급격한 열 순환 시 응력 균열이 발생할 수 있습니다.

 

 

Q2: LoPro® 동박이란 무엇이며 언제 사용해야 하나요?
A: LoPro®는 표면이 매끄러운(Sq = 0.9 µm) Rogers의 로우 프로파일 동박입니다. RO4000 시리즈 자재에 적용 가능하며, 표준 ED 동박에 비해 고주파에서 삽입 손실을 크게 줄여줍니다.

 

 

Q3: RO4350B + IT-180A 하이브리드 기판에는 어떤 동박을 권장하나요?
A: RO4350B 외층(RF 크리티컬 영역)에는 삽입 손실을 최소화하기 위해 LoPro® 또는 압연 동박을 권장합니다. IT-180A 코어 레이어(전원/접지)에는 표준 ED 동박으로도 충분합니다.

 

 

Q4: 동박 선택이 임피던스 제어에 영향을 미치나요?
A: 예, 그렇습니다. 표면 거칠기가 높을수록 유효 유전율이 증가하여 임피던스가 수 옴(ohm) 정도 변동될 수 있습니다. 이는 임피던스 계산기에서 반드시 고려되어야 합니다.

 

 

문의하기

전문 PCB 공급업체로서, 당사는 고주파 설계를 위한 포괄적인 동박 선택 가이드를 제공합니다. 모든 주요 동박 유형을 취급하며 귀사의 특정 애플리케이션에 최적화된 옵션을 선택할 수 있도록 지원합니다.

 

기술 문의, 적층 구조 검토 또는 견적 요청은 당사 영업팀으로 직접 문의해 주시기 바랍니다.