Flex Rigid-Flex PCB의 임피던스 제어 최적화: 5가지 중요한 요소

오늘날 경쟁이 치열한 전자 산업에서는 혁신적이고 효율적인 인쇄 회로 기판(PCB)에 대한 요구가 점점 커지고 있습니다. 산업이 성장함에 따라 다양한 환경 조건을 견딜 수 있고 복잡한 전자 장치의 요구 사항을 충족할 수 있는 PCB에 대한 필요성도 커지고 있습니다. 이것은 플렉스 리지드-플렉스 PCB의 개념이 작용하는 곳입니다.

Rigid-Flex 보드는 견고한 소재와 유연한 소재의 고유한 조합을 제공하므로 내구성과 유연성이 필요한 응용 분야에 이상적입니다. 이러한 보드는 의료 장비, 항공우주 시스템 및 기타 고신뢰성 애플리케이션에서 흔히 볼 수 있습니다.

임피던스 제어는 Rigid-Flex 보드의 성능에 큰 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 임피던스는 회로가 교류(AC) 흐름에 제공하는 저항입니다. 적절한 임피던스 제어는 안정적인 신호 전송을 보장하고 전력 손실을 최소화하는 데 매우 중요합니다.

이 블로그에서 Capel은 Rigid-Flex 보드의 임피던스 제어에 큰 영향을 미칠 수 있는 5가지 요소를 탐구합니다. PCB 설계자와 제조업체가 오늘날의 기술 중심 세계의 요구 사항을 충족하는 고품질 제품을 제공하려면 이러한 요소를 이해하는 것이 중요합니다.

1. 다양한 기판이 임피던스 값에 영향을 미칩니다.

Flex Rigid-Flex PCB의 경우 기본 재질의 차이가 임피던스 값에 영향을 미칩니다. Rigid-Flex 보드에서 유연한 기판과 단단한 기판은 일반적으로 유전 상수와 전도성이 다르므로 두 기판 사이의 인터페이스에서 임피던스 불일치 문제가 발생합니다.

구체적으로 말하면, 유연한 기판은 유전율이 높고 전기 전도도가 낮은 반면, 단단한 기판은 유전율이 낮고 전기 전도도가 높습니다. 신호가 Rigid-Flex 회로 기판에서 전파되면 Rigid-Flexible PCB 기판의 인터페이스에서 반사 및 전송이 발생합니다. 이러한 반사 및 전송 현상으로 인해 신호의 임피던스가 변경됩니다. 즉, 임피던스 불일치가 발생합니다.

Flex-rigid PCB의 임피던스를 더 잘 제어하기 위해 다음 방법을 채택할 수 있습니다.

기판 선택:임피던스 불일치 문제를 줄이기 위해 유전 상수와 전도성이 최대한 가까워지도록 강성 플렉스 회로 기판의 조합을 선택합니다.

인터페이스 처리:임피던스 정합을 어느 정도 향상시키기 위해 특수 인터페이스 층이나 적층 필름을 사용하는 등 PCB 강성 플렉스 기판 사이의 인터페이스에 대한 특수 처리;

누르기 제어:강성 연성 PCB의 제조 공정에서는 강성 플렉스 회로 기판 기판의 우수한 결합을 보장하고 임피던스 변화를 줄이기 위해 온도, 압력 및 시간과 같은 매개변수를 엄격하게 제어합니다.

시뮬레이션 및 디버깅:강성 연성 PCB의 신호 전파에 대한 시뮬레이션 및 분석을 통해 임피던스 불일치 문제를 찾아내고 해당 조정 및 최적화를 수행합니다.

2. 선폭 간격은 임피던스 제어에 영향을 미치는 중요한 요소입니다.

Rigid-Flex 기판에서 선폭 간격은 임피던스 제어에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나입니다. 라인 폭(즉, 와이어의 폭)과 라인 간격(즉, 인접한 와이어 사이의 거리)은 전류 경로의 기하학적 형태를 결정하며, 이는 차례로 신호의 전송 특성과 임피던스 값에 영향을 미칩니다.

다음은 Rigid-Flex 보드의 임피던스 제어에 대한 선폭 간격의 영향입니다.

기본 임피던스:라인 간격은 기본 임피던스(즉, 마이크로스트립 라인, 동축 케이블 등의 특성 임피던스)를 제어하는 ​​데 중요합니다. 전송선 이론에 따르면 선폭, 선간격, 기판 두께 등의 요소가 전송선의 특성 임피던스를 공동으로 결정합니다. 선폭 간격이 변경되면 특성 임피던스가 변경되어 신호의 전송 효과에 영향을 미칩니다.

임피던스 매칭:회로 전반에 걸쳐 최상의 신호 전송을 보장하려면 리지드 플렉스 보드에 임피던스 매칭이 필요한 경우가 많습니다. 임피던스 매칭은 일반적으로 달성하기 위해 선 너비 간격을 조정해야 합니다. 예를 들어, 마이크로스트립 선로에서 전송선의 특성 임피던스는 도체의 폭과 인접한 도체 사이의 간격을 조정하여 시스템에 필요한 임피던스와 일치시킬 수 있습니다.

누화 및 손실:줄 간격도 누화 및 손실 제어에 중요한 영향을 미칩니다. 선폭 간격이 작으면 인접한 와이어 사이의 전계 결합 효과가 강화되어 크로스토크가 증가할 수 있습니다. 또한, 와이어 폭이 더 작고 와이어 간격이 넓을수록 전류 분포가 더 집중되어 와이어 저항과 손실이 증가합니다.

3. 재료의 두께 또한 Rigid-Flex 보드의 임피던스 제어에 영향을 미치는 중요한 요소입니다.

재료 두께의 변화는 전송선의 특성 임피던스에 직접적인 영향을 미칩니다.

다음은 Rigid-Flex 보드의 임피던스 제어에 대한 재료 두께의 영향입니다.

전송선 특성 임피던스:전송선의 특성 임피던스는 특정 주파수에서 전송선의 전류와 전압 사이의 비례 관계를 나타냅니다. 리지드 플렉스 보드에서는 재료의 두께가 전송선의 특성 임피던스 값에 영향을 미칩니다. 일반적으로 재료의 두께가 얇아지면 특성 임피던스가 증가합니다. 재료의 두께가 두꺼워지면 특성 임피던스가 감소합니다. 따라서 Rigid-Flex 기판을 설계할 때에는 시스템 요구 사항 및 신호 전송 특성에 따라 요구되는 특성 임피던스를 달성하기 위해 적절한 재료 두께를 선택해야 합니다.

라인 대 공간 비율:재료 두께의 변화는 선 대 간격 비율에도 영향을 미칩니다. 전송선 이론에 따르면 특성 임피던스는 선폭과 공간의 비율에 비례합니다. 재료의 두께가 변하는 경우 특성 임피던스의 안정성을 유지하기 위해서는 그에 따라 선폭과 선간격의 비율을 조절해야 합니다. 예를 들어, 재료의 두께를 줄이면 특성 임피던스를 일정하게 유지하기 위해 그에 따라 선폭을 줄여야 하며 선폭 대 공간 비율을 그대로 유지하려면 그에 따라 선 간격도 줄여야 합니다.

4. 전기도금된 구리의 허용 오차는 유연한 강성 기판의 임피던스 제어에 영향을 미치는 요소이기도 합니다.

전기도금된 구리는 리지드 플렉스 보드에서 일반적으로 사용되는 전도성 층이며 두께와 공차의 변화는 보드의 특성 임피던스에 직접적인 영향을 미칩니다.

다음은 유연한 강성 보드의 임피던스 제어에 대한 전기도금 구리 내성의 영향입니다.

전기도금된 구리 두께 공차:전기도금된 구리의 두께는 Rigid-Flex 기판의 임피던스에 영향을 미치는 주요 요소 중 하나입니다. 전기도금된 구리의 두께 공차가 너무 크면 플레이트의 전도성 층 두께가 변경되어 플레이트의 특성 임피던스에 영향을 미칩니다. 따라서 플렉스 리지드 보드를 제조할 때 특성 임피던스의 안정성을 보장하기 위해서는 전기도금된 구리의 두께 공차를 엄격하게 제어할 필요가 있습니다.

구리 전기도금의 균일성:두께 허용 오차 외에도 전기 도금 구리의 균일성은 Rigid-Flex 보드의 임피던스 제어에도 영향을 미칩니다. 보드에 전기도금된 구리층이 고르지 않게 분포되어 보드의 서로 다른 영역에서 전기도금된 구리의 두께가 달라지는 경우 특성 임피던스도 변경됩니다. 따라서 연질 기판과 경질 기판을 제조할 때 특성 임피던스의 일관성을 보장하기 위해서는 전기도금된 구리의 균일성을 확보하는 것이 필요합니다.

5. 에칭 허용 오차는 Rigid-Flex 보드의 임피던스 제어에 영향을 미치는 중요한 요소이기도 합니다.

에칭 공차(Etching Tolerance)란 유연한 Rigid 기판을 제조하는 과정에서 에칭을 실시할 때 제어할 수 있는 판 두께의 편차를 말합니다.

다음은 Rigid-Flex 보드의 임피던스 제어에 대한 에칭 공차의 영향입니다.

Rigid-Flex 기판의 임피던스 정합: Rigid-Flex 기판의 제조 공정에서는 일반적으로 특성 임피던스 값을 제어하기 위해 에칭을 사용합니다. 에칭을 통해 전도성 층의 폭을 조정하여 설계에서 요구하는 임피던스 값을 얻을 수 있습니다. 그러나, 에칭 공정 중, 플레이트 상의 에칭 용액의 에칭 속도는 일정한 허용 오차를 가질 수 있기 때문에 에칭 후 전도성 층의 폭에 편차가 있을 수 있으며, 이는 특성 임피던스의 정밀한 제어에 영향을 미친다.

특성 임피던스의 일관성:에칭 공차로 인해 서로 다른 영역의 전도층 두께가 달라져 특성 임피던스가 일관되지 않게 될 수도 있습니다. 특성 임피던스의 불일치는 신호의 전송 성능에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 고속 통신이나 고주파 응용 분야에서 특히 중요합니다.
임피던스 제어는 Flex Rigid-Flex PCB 설계 및 제조의 중요한 측면입니다.정확하고 일관된 임피던스 값을 달성하는 것은 안정적인 신호 전송과 전자 장치의 전반적인 성능에 매우 중요합니다.따라서 기판 선택, 트레이스 형상, 제어된 유전체 두께, 구리 도금 허용 오차 및 에칭 허용 오차에 세심한 주의를 기울임으로써 PCB 설계자와 제조업체는 업계의 엄격한 요구 사항을 충족하는 견고한 고품질 리지드 플렉스 보드를 성공적으로 제공할 수 있습니다. 15년 업계 경험 공유를 통해 Capel이 귀하에게 유용한 도움을 줄 수 있기를 바랍니다. 더 많은 회로 기판 관련 질문은 당사에 직접 문의해 주세요. Capel의 전문 회로 기판 전문가 팀이 온라인으로 답변해 드립니다.