로저스 PCB

로저스 PCB란 무엇인가?

로저스 PCB rogers Corporation이라는 미국의 첨단 소재 및 기술 기업이 생산하는 특수 라미네이트 재료를 사용해 제조된 고성능 인쇄 회로 기판을 의미한다. 일반적인 FR-4와는 달리 에폭시 수지와 유리 섬유로 만들어진 PCB와 달리, 주로 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 세라믹 충전 복합재 또는 탄화수소 혼합물을 채택한다. 고주파 및 고속 전자 응용 분야에 특히 적합하며 관련 분야에서 벤치마크로 알려져 있다. 다음은 자세한 소개이다.

핵심 소재 시리즈

탁월한 성능 장점

낮은 신호 손실:

해당 소재는 낮은 손실 인자를 가지며, 2GHz 이상의 주파수에서 신호를 전송할 때 기존 FR-4 PCB에 비해 손실이 훨씬 낮아 신호 무결성을 효과적으로 보장한다.

안정적인 유전 특성:

유전율은 온도와 주파수의 넓은 범위에서 안정성을 유지한다. 이를 통해 임피던스 정합 및 전송선로와 같은 회로를 정확하게 설계할 수 있다.

강력한 환경 적응성:

시리즈 내 많은 재료는 낮은 수분 흡수율을 가지며, 고습도 환경에서도 안정적인 작동이 가능하다. 한편, 이들은 높은 유리 전이 온도(일반적으로 280°C 이상)와 우수한 열 안정성을 가지며 극한의 온도 변화를 견딜 수 있다.

주요 적용 분야

통신:

5G 기지국 RF 모듈, 밀리미터파 안테나 및 위성 통신 장비의 핵심 소재로, 통신 시스템의 저손실 및 고속 신호 전송 요구를 충족시킨다.

항공우주 및 방위:

레이더 시스템, 미사일 유도 모듈 및 우주용 전자 장비에 적용되며, 낮은 탈기 성능과 열악한 환경에 대한 저항성으로 인해 우주 및 전장의 복잡한 조건에 적응할 수 있다.

자동차 전자 제품:

자동차 레이더, 차량용 5G 통신 모듈 및 전기차 전력 제어 시스템에 사용되며, 차량 내 고온 및 고진동 작동 환경을 견딜 수 있습니다.

시험 및 측정 장비:

고주파 신호 발생기, 벡터 네트워크 분석기 및 기타 정밀 기기에서 사용되며, 장비 측정의 정확성과 안정성을 보장합니다.

로저스 머티리얼즈(Rogers Materials)에서 제조한 로저스 회로기판은 독특한 기재 공식과 성능 설계를 바탕으로 기존의 FR-4 PCB 및 일반 고주파 PCB 대비 다음과 같은 핵심 이점을 가지며 특히 고주파, 고속, 고신뢰성 적용 사례에 적합합니다.

최적의 고주파 신호 전송 성능

· 초저유전손실:

로저스 기판(PTFE 기반, 세라믹 충전 복합재 등)의 손실 계수(Df)는 극도로 낮으며(일반적으로 10GHz에서 < 0.0025), FR-4의 손실 계수(Df≈0.02@10GHz)보다 훨씬 낮아 2GHz 이상의 고주파 대역에서 신호 감쇠가 크게 줄어듭니다. 5G, 밀리미터파 및 마이크로파 통신에서 신호 무결성을 효과적으로 보장하여 데이터 왜곡이나 전송 효율 저하를 방지합니다.

· 안정적인 유전율(Dk):

유전율은 온도(-55℃ ~ 125℃) 및 주파수에 따라 거의 변동이 없으며(변동 범위 < ±2%)입니다. 엔지니어들은 임피던스 정합 및 전송선로(예: 마이크로스트립 라인 및 스트립라인)를 정밀하게 설계하여 RF 회로 성능의 일관성을 보장할 수 있습니다. 레이더 및 위성 통신과 같이 임피던스 정확도 요구 사항이 엄격한 응용 분야에 특히 적합합니다.

탁월한 열 안정성 및 환경 적응성

· 높은 유리 전이 온도(Tg): 대부분의 로저스 기판은 Tg가 280℃ 이상이며(RO4350B와 같은 일부 제품은 Tg가 280℃이고, RT5880은 명확한 굴절점이 없음) 이는 FR-4보다 훨씬 높다 (Tg≈130℃). 고온 조건에서도 연화나 변형이 없으며 납땜 고온(260℃) 및 장기간 고온 작동 환경을 견딜 수 있다.

· 낮은 수분 흡수율:

기판의 수분 흡수율은 0.03% 미만이며(FR-4의 수분 흡수율 ≈0.15%), 고습도 환경(예: 해양 및 야외 기지국)에서도 성능 저하가 없다 흡습으로 인한 유전 특성 열화 또는 배선 부식을 방지하여 PCB 수명을 연장시킨다. 흡습으로 인한 유전 특성 열화 또는 배선 부식을 방지하여 PCB 수명을 연장시킨다.

· 열악한 환경에 대한 내성:

방사선 및 화학 부식에 강하여 항공우주(우주 방사선) 및 산업 제어(산성 및 알칼리성 환경)와 같은 특수한 환경에 적합하며, 낮은 가스 방출성 (NASA 기준 충족)으로 정밀 부품을 오염시킬 휘발성 물질을 방출하지 않습니다. 정밀 부품을 오염시킬 휘발성 물질을 방출하지 않습니다.

탁월한 기계적 특성 및 가공 성능

· 높은 치수 안정성:

기판의 열팽창계수(CTE)는 동박과 잘 일치합니다(X/Y축 기준 ≈14ppm/℃, Z축 기준 ≈60ppm/℃). 고온 납땜 또는 온도 순환 후에도 PCB의 휨이 극도로 낮아져 소자의 납땜 불량 위험을 줄여주며 bGA 및 플립칩과 같은 고밀도 패키징에 특히 적합합니다.

· 기존 PCB 공정과 호환 가능:

특수 장비 없이 표준 PCB 제조 공정(에칭, 드릴링, 도금, 납땜)을 적용할 수 있으며, 두꺼운 구리(≥2온스)와 다층 보드 설계를 지원하여 고성능과 공정의 실현 가능성을 균형 있게 조화시키고 양산의 어려움을 줄입니다. 고성능과 공정 실현 가능성의 균형을 맞추며, 양산 난이도를 낮춥니다.

고출력 및 통합 요구 사항에 적응

· 뛰어난 열전도율:

세라믹 충진 로저스 기판(예: RO3003)은 최대 0.6W/(m·K)의 열전도율을 가지며, 이는 FR-4(0.3W/(m·K))보다 높습니다. 이러한 기판은 고출력 RF 소자가 발생하는 열을 신속하게 전달하여 국부적인 과열과 성능 저하를 방지합니다. 국부적인 과열과 성능 저하를 방지합니다.

· 수동 부품 내장 지원:

일부 로저스 기판(예: LTCC 호환 시리즈)은 저항기, 커패시터 등의 수동 부품을 내장할 수 있어 외부 부품 수를 줄일 수 있습니다. pCB의 소형화와 경량화를 달성하며 드론 및 차량 장착 레이더와 같이 공간이 제한된 상황에 적합함.

낮은 손실 계수에서 비롯된 에너지 효율성의 이점

RF 파워 앰프 및 기지국 송신 모듈에서 초저유전손실은 신호 전송 중 에너지 손실을 줄여 장비의 에너지 효율 비율을 향상시키고, 기기 전체의 전력 소모를 낮추며 동시에 발열을 줄임으로써 열 해소 설계를 더욱 최적화할 수 있음. 기계의 전체 전력 소비를 줄이고 동시에 발열을 감소시켜, 열 방출 설계를 추가로 최적화함.

로저스 PCB 보드와 기존의 FR-4 PCB 사이에 기판 특성의 현격한 차이가 존재하므로, 제조 공정에서는 공정 세부 사항을 대상에 맞게 제어해야 합니다. 주의해야 할 핵심 사항은 다음과 같습니다.

기판 처리 및 보관

· 보관 조건:

로저스 기판 소재(특히 PTFE 기판 소재)는 습기를 흡수하기 쉬우므로 일정한 온도와 습도를 유지하는 환경(온도 20~25℃, 습도 < 50%)에서 보관해야 합니다. 개봉 후 즉시 사용하지 않을 경우 진공 포장하여 밀봉함으로써 습기 흡수를 방지해야 하며, 이는 납땜 중에 기포나 층간 박리가 발생하는 것을 막기 위함입니다. 납땜 중에 기포나 층간 박리가 발생하는 것을 막기 위함입니다.

· 기판 절단:

기판의 가장자리 균열을 방지하기 위해 전용 경질 합금 공구를 사용하여 절단해야 합니다(PTFE 기판은 인성이 낮음). 절단 후에는 잔해를 깨끗이 제거하여 후속 공정 중에 기판 표면이 긁히는 것을 방지해야 합니다. 보드 표면이 긁히는 것을 방지해야 합니다.

· 표면 청소:

기판 표면에는 강한 부식성 세척제를 사용하지 마십시오. 오염물질 제거 시 이소프로필 알코올 사용을 권장하며, 기름때나 먼지를 닦아내어 구리의 접착력에 영향을 줄 수 있는 오염을 방지하십시오. 코팅을 적용하기 전에

드릴링 및 성형 공정

· 드릴링 파라미터:

PTFE 기반 로저스 재료는 경도가 높고 열전도율이 낮습니다. 드릴링 시 다이아몬드 코팅된 드릴 비트를 선택해야 하며, 회전 속도를 낮추고(FR-4 대비 20%에서 30% 정도 낮춤), 급속도를 증가시키고 동시에 냉각을 강화하여(수용성 냉각제 사용) 드릴 비트 마모나 기판 소재의 열손상을 방지해야 합니다. 질화알루미늄이 충진된 기판의 경우 드릴링 중 미세 균열 형성을 피해야 합니다. 단계적으로 드릴링하는 방법을 채택할 수 있습니다.

· 홀 벽 처리:

드릴링 후 플라즈마 세척 또는 화학 에칭을 통해 홀 벽에 남아 있는 잔류물(특히 PTFE 잔여물은 제거하기 어려움)을 제거하고, 홀 벽 내 금속 도금의 밀착성을 확보해야 합니다.

과도한 에칭을 피하여 구멍 벽면이 거칠어지거나 코팅의 균일성이 저하되는 것을 방지하십시오.

· 성형 공정:

정밀 블랭킹 또는 레이저 절단을 채택하여 프레스 블랭킹(PTFE 기반 소재의 박리 현상을 유발할 수 있음)을 피해야 합니다. 절단 후에는 모서리를 연마하여 버를 제거해야 합니다.

금속화 및 도금

· 도금 전처리:

로저스 기판의 표면은 매우 불활성(특히 PTFE)이므로, 기판의 표면 거칠기를 증가시키고 구리 도금층의 부착력을 향상시키기 위해 특수한 거칠기 처리(나트륨 나프탈렌 처리, 플라즈마 에칭 등)를 적용해야 합니다. 기판 표면 손상을 유발할 수 있으므로 과도한 거칠기 처리는 피해야 합니다.

· 전기 도금 조건:

구리 전기 도금 시 전류 밀도를 낮춰야 하며(FR-4 대비 15% 낮음), 도금 시간을 연장하고 균일한 코팅을 유지해야 합니다. 두꺼운 구리 설계 (≥2oz)의 경우 구간별 도금 불균일한 코팅 두께나 핀홀을 방지하기 위해 채택되어야 합니다.

· 코팅 검사:

홀 벽면의 코팅 피복률과 부착력을 점검하는 데 중점을 두어야 합니다. PTFE 기반 로저스 PCB의 홀 벽면 코팅 부착력은 후속 사용 중 코팅 박리 방지를 위해 ≥1.5N/mm 이상이어야 합니다. 후속 사용 중.

에칭 및 회로 제작

· 에칭액 선택:

알칼리성 에칭액이 로저스 기판을 부식시키는 것을 방지하기 위해 산성 에칭액(예: 구리 염화물계)을 사용해야 합니다(일부 세라믹 충전 기판은 알카리 저항성이 낮음). 에칭 공정 중에는 온도 (25~30℃)와 에칭 속도를 엄격히 관리하여 과도한 사이드 에칭이 발생하지 않도록 해야 하며, 이는 회로 정밀도 저하를 초래할 수 있습니다.

· 선보상 보정:

기판 소재 유형에 따라 에칭 보정량을 미리 설정하십시오 (PTFE 기판의 측면 에칭률은 약 8%에서 10%로, FR-4보다 높음). 이를 통해 최종 선폭이 설계 요구사항을 충족하도록 보장하십시오. 미세 배선(선폭 < 0.1mm)의 경우 고정밀 노광 장비를 사용하여 배선 단절 또는 단락이 발생하지 않도록 하십시오.

납땜 마스크 및 표면 처리

· 납땜 마스크 잉크 호환성:

Rogers 기판과 호환되는 내열성 납땜 마스크 잉크(Tg > 150℃)를 선택하여 기판 부착력이 낮아 잉크가 벗겨지는 것을 방지하십시오. 납땜 마스크 인쇄 시에는 긁는 도구(scraper)의 압력을 낮추어 잉크가 회로 간격으로 침투하는 것을 방지해야 합니다. 회로 간격으로 잉크가 침투하는 것을 방지하기 위해 스크레이퍼의 압력을 낮춰야 합니다.

· 경화 공정:

기판의 변형을 방지하기 위해 납땜 마스크 경화 온도는 점진적으로 상승시켜야 합니다 (80℃에서 서서히 150℃까지 상승). 경화 시간은 FR-4 대비 10%에서 20% 더 길게 해야 합니다. 잉크의 완전한 경화를 보장하기 위해.

· 표면 처리 선택:

금도금(ENIG) 또는 주석도금을 우선적으로 고려하고, 핫에어레벨링(HASL)은 피해야 합니다. 고온의 공기는 로저스 기판의 휨을 유발할 수 있으며, PTFE 베이스 재료는 열 저항성이 제한되어 있습니다(HASL 온도가 260℃ 이상일 경우 기판 손상이 쉽게 발생할 수 있음).

람네이션 공정

· 적층 공정 조건:

기판의 종류에 따라 적층 온도, 압력 및 시간을 설정하여 과도한 온도로 인한 기판 분해 또는 압력 불균형으로 인한 박리가 발생하지 않도록 해야 합니다.

· 접착제 제거 처리:

적층 전에 프리프레그(PP)는 휘발성 물질을 제거하고 적층 중 기포 형성을 방지하기 위해 100℃에서 30분간 프리베이크를 해야 합니다. 로저스 기판과 PP의 조합은 열팽창 계수를 일치시켜 적층 후 휨을 줄여야 합니다.

· 평탄도 제어:

다층 로저스 PCB를 라미네이트한 후에는 냉간 가압 및 설정 과정이 필요합니다. 냉각 속도는 5℃/분으로 제어하여 과도한 온도 차이로 인한 기판 표면의 휨을 방지해야 합니다(휨 정도 ≤0.3% 이하 여야 함).

시험 및 품질 관리

· 전기적 성능 시험:

선로 임피던스, 삽입 손실, 정재파비(SWR) 점검에 중점을 둡니다. 설계된 주파수 대역 내에서 네트워크 분석기를 사용하여 전 범위에 걸쳐 시험을 수행하여 고주파 성능이 기준.

· 신뢰성 시험:

열순환 시험 및 습열 시험을 실시하여 기판과 구리 층 사이 및 납 마스크 층의 접합 안정성을 검증하고 환경적 노화로 인한 고장을 방지합니다.

· 외관 검사:

기판 표면에 균열, 박리, 기포가 없는지, 회로의 모서리가 매끄러운지, 홀 벽에 버가 없는지 확인하여 명백한 외관 결함이 없는지 보장합니다.