고성능 PCB를 위한 RF 회로 설계 가이드

최초 게시일 Nov 10, 2026, 업데이트 되였습니다. Nov 10, 2026

3 분

핵심 요점

전송선 효과: 길이가 파장의 10분의 1을 넘는 배선은 반사를 줄이기 위해 임피던스를 50 Ω에 가깝게 제어해야 합니다.
연속된 리턴 경로: 배선 바로 아래에 끊기지 않는 접지면을 두어 심한 전자파 간섭(EMI)을 방지하십시오.
주파수에 맞는 적층재: 기본적인 2.4 GHz 설계에는 FR-4를 사용하고, 더 높은 주파수에서는 로저스 또는 PTFE 적층재를 고려하십시오.
제조 공차 관리: 비아 인덕턴스와 유전체 편차에 따라 임피던스가 달라지므로 적층 사양을 엄격하게 관리해야 합니다.

RF 회로 설계는 PCB 배선을 단순한 전선으로 볼 수 없는 지점에서 시작합니다. 수백 MHz를 넘으면 동박 배선 자체의 임피던스와 손실, 전자파 방사를 고려해야 합니다. 따라서 배선도 설계가 필요한 회로 요소가 됩니다. 그 이유는 파장에 있습니다. 2.4 GHz 와이파이 신호는 FR-4 마이크로스트립에서 약 70 mm마다 한 주기가 반복됩니다. 따라서 수 mm의 급전선도 한 주기에서 무시하기 어려운 비중을 차지하며, 양 끝의 순간 전압이 달라집니다.

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그림 1: 차폐한 무선 회로, 50 Ω 급전선, 비아 펜스를 갖춘 RF PCB

선폭이 바뀌는 곳, 비아, 접지면의 틈에서는 신호 일부가 신호원 쪽으로 반사됩니다. 회로도가 같은 두 기판에서도 성능이 크게 달라질 수 있는 이유입니다. 이 가이드는 RF 회로와 일반 회로의 차이와 RF PCB의 성능을 예측 가능하게 설계하는 방법을 설명합니다. 로저스나 PTFE 적층재가 FR-4보다 적합한 경우와 완성 기판이 시뮬레이션에 얼마나 가까워지는지를 좌우하는 제조 공차도 다룹니다.

RF 회로 설계란?

RF 회로 설계는 1 GHz 미만 대역부터 밀리미터파 레이더까지 무선 주파수 신호를 다루는 회로를 설계하는 일입니다. 각 신호가 정해진 임피던스로 손실과 누설을 최소화하면서 부하에 도달하도록 하는 것이 목표입니다. PCB에서는 동박의 형상과 적층재도 회로의 일부로 동작합니다.

RF 회로와 일반 회로의 차이

일반 회로에서는 신호가 변하는 시간이 기판 위의 전파 지연보다 충분히 길어 배선을 이상적인 전선으로 취급합니다. 배선이 파장의 약 10분의 1보다 길어지면 이 가정은 성립하지 않습니다. FR-4 마이크로스트립에서 2.4 GHz 신호의 파장은 약 69 mm(2.7인치)입니다. 따라서 길이가 약 7 mm(275 mil)를 넘는 배선은 전송선으로 다뤄야 합니다.

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그림 2: 2.4 GHz에서 배선 길이와 파장의 관계 및 비아의 기생 인덕턴스

실제 부품에는 회로도에 나타나지 않는 기생 인덕턴스와 커패시턴스도 있습니다. 1.6 mm(63 mil) 두께의 기판을 관통하는 0.3 mm(12 mil) 비아에는 약 1.3 nH의 인덕턴스가 더해집니다. 2.4 GHz에서는 신호 경로에 약 20 Ω의 직렬 리액턴스가 생기는 셈입니다. 이 영향만으로도 정합 회로가 목표 주파수에서 벗어날 수 있습니다.

설계 항목	일반 회로	RF 회로	PCB 설계에 미치는 영향
배선	이상적인 전선	일정한 임피던스의 전송선	선폭은 전류 용량보다 적층 구조에 따라 결정
접지	공통 0 V 노드	각 신호의 리턴 경로	모든 RF 배선 아래에 연속된 접지면 배치
비아	자유로운 층 전환	1.6 mm 관통 시 약 1 nH의 직렬 인덕턴스	RF 경로의 비아 최소화
바이패스 커패시터	100 nF로 충분	자기 공진 주파수 이상에서 유도성으로 동작	RF 전원 핀에 10~100 pF 추가
적층재	기계적 지지체	회로의 손실과 파장을 결정	제조 도면에 소재명 명시

RF 회로 성능의 핵심 요건

임피던스 정합으로 반사를 줄여 전력을 부하에 전달합니다.
낮은 손실을 확보해 신호가 기판을 지날 때 잡음 바닥 대비 신호 수준을 유지합니다.
격리를 통해 에너지가 의도한 경로 안에 머물도록 합니다.

임피던스 정합 상태는 반사 전력과 입사 전력을 비교하는 반사 손실로 평가합니다. 대부분의 RF 시스템은 50 Ω을 표준으로 삼고, 반사 전력이 입사 전력의 10% 미만이 되도록 S11의 크기를 -10 dB 미만으로 맞춥니다. 불연속점마다 반사 허용 여유가 줄어듭니다. 정합 회로로 보정하기 전에 기판의 배선 자체를 50 Ω으로 유지해야 합니다.

안정적인 RF PCB의 조건

신호원에서 부하까지 RF 신호가 일정한 임피던스를 유지하고, 배선 바로 아래에 연속적인 리턴 경로가 있어야 안정적으로 동작합니다. 두 조건은 모두 형상에 따라 결정되므로 기판을 제작하기 전에 레이아웃에서 확보해야 합니다.

임피던스 제어와 신호 경로

임피던스를 제어할 때는 유전체 두께와 유전율(Dk)에 맞춰 선폭을 정해 전송선 전체에서 50 Ω을 유지합니다. 유전체 두께의 영향이 크므로 적층 구조를 먼저 정하십시오. 1.6 mm(63 mil) 두께의 2층 FR-4 기판에서는 50 Ω 마이크로스트립의 폭이 약 3 mm(118 mil)에 이릅니다. 0402 정합 부품의 패드보다 훨씬 넓습니다.

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그림 3: 2층 및 4층 기판의 50 Ω 마이크로스트립과 접지형 코플래너 도파관 비교

유전체를 얇게 하면 필요한 선폭을 줄일 수 있습니다. 일반적인 4층 적층 구조는 접지면을 최상층에서 약 0.2 mm(8 mil) 아래에 두므로 50 Ω 배선에 필요한 공간은 약 0.37 mm(15 mil)입니다. 2층 기판에서는 접지형 코플래너 도파관 구조로 배선 양옆에 접지 동박을 배치합니다. 이때 임피던스는 기판 두께보다 배선과 접지 동박 사이의 간격에 크게 좌우됩니다.

접지, 리턴 경로, 레이아웃

RF PCB에서는 모든 RF 배선 바로 아래에 하나의 연속된 접지면을 둡니다. 4층 기판에서는 RF 영역의 2층을 끊김 없는 접지면으로 유지합니다. 2층 기판에서는 아래쪽 면 전체가 접지면이므로 그 면의 신호 배선을 최소화하십시오.

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그림 4: 연속 접지면, 비아 펜스, 차폐 캔 풋프린트를 적용한 RF 영역 분리

RF 리턴 전류는 배선 바로 아래의 접지면을 따라 흐릅니다. 이 경로는 루프 면적과 인덕턴스가 가장 작습니다. 서로 간섭하면 안 되는 회로는 레이아웃에서 분리하십시오. 전력 증폭기, 수신 회로, 디지털 로직을 각각 별도 영역에 배치하고, 수정 진동자는 안테나 급전선에서 떨어뜨려 놓으십시오. 다음 네 가지 실수는 RF 통신 거리를 줄이는 흔한 원인입니다.

RF 배선이 접지면 분할부를 가로지르면 리턴 전류가 틈을 우회합니다. 신호 경로 전체에서 접지면을 연속으로 유지하십시오.
최상층 접지 동박에 스티칭 비아를 두지 않으면 접지 영역이 고립되어 공진할 수 있습니다. 비아 간격을 λ/20 이하로 두십시오. 2.4 GHz에서는 약 3.4 mm(134 mil)입니다.
바이패스 커패시터의 접지 비아를 패드에서 멀리 두면 인덕턴스가 늘어 바이패스 효과가 줄어듭니다. 비아를 패드 바로 옆에 두십시오.
모듈 안테나 주변에 동박을 채우면 안테나의 튜닝이 틀어집니다. 모듈의 이격 영역을 비워 두십시오. 에스프레시프는 ESP32-WROOM-32E의 경우 안테나 옆의 베이스 기판을 잘라 최소 15 mm(591 mil) 폭의 공간을 확보합니다.

RF 회로 설계에 맞는 PCB 소재 선택

적층재는 두 가지 수치를 중심으로 고릅니다. Dk는 선폭과 전기적 길이를, 유전 손실 계수(Df)는 신호 에너지 중 열로 소모되는 양을 좌우합니다. FR-4는 두 값의 관리 범위가 넓으므로 설계에서 이를 얼마나 허용할 수 있는지 판단해야 합니다.

로저스 PCB 소재를 사용하는 경우

로저스 RO4000 계열은 유리섬유로 보강한 탄화수소·세라믹 적층재로, 손실이 낮습니다. 10 GHz에서 RO4350B의 Df는 표준 FR-4의 약 5분의 1입니다. 배선 인치당(25.4 mm당) 유전체 손실을 약 0.9 dB에서 0.16 dB로 줄일 수 있습니다.

필터, 커플러, 안테나의 치수는 파장의 일부를 기준으로 정하므로 Dk의 안정성도 중요합니다. RO4350B의 Dk는 ±0.05 이내에서 유지되는 반면, FR-4는 유리섬유의 직조 방식과 수지 함량에 따라 달라집니다. 로저스는 모델링용 설계 Dk로 3.66을 제시합니다. 공정 측정값인 3.48로 필터를 설계하면 실제 주파수는 목표보다 약 2% 낮아집니다. 5.8 GHz에서는 100 MHz가 넘는 편차입니다. 약 3 GHz 이상의 긴 배선이나 열을 더 잘 분산해야 하는 전력 증폭기에서는 로저스 소재의 추가 비용을 고려할 만합니다.

고주파용 PTFE PCB

PTFE 적층재는 손실을 더 줄일 수 있습니다. Dk는 약 2.1~3.0, Df는 약 0.001~0.002입니다. 로저스도 RT/duroid 5880과 RO3003 같은 PTFE 제품을 만듭니다. 로저스는 공급업체 이름이고 PTFE는 소재 이름입니다. 이러한 기판은 24 GHz 및 77 GHz 레이더, 위성 통신, 안테나 어레이에 쓰입니다. 이런 용도에서 FR-4는 인치당 수 dB의 손실을 보입니다.

PTFE는 손실이 낮지만 제조 공정이 까다롭습니다. 소재가 부드럽고 접착이 잘 되지 않아 플라즈마나 나트륨계 에칭으로 처리한 뒤에야 도금이 드릴 홀 벽에 밀착합니다. 제조사에 따라 PTFE 가격이 RO4350B보다 낮아도 이 공정은 주문마다 필요합니다. 허용 손실을 기준으로 PTFE 사용 여부를 결정하십시오. 약 10 GHz 미만에서는 일반적으로 탄화수소계 적층재로도 대부분의 성능상 이점을 얻고 제조 위험을 줄일 수 있습니다. 자세한 차이는 로저스와 PTFE 적층재 비교 를 참고하십시오.

RF 성능과 제조성의 균형

허용 손실과 Dk 요구 사항을 만족하는 가장 저렴한 적층재를 고르십시오. 급전선이 짧은 2.4 GHz 블루투스 또는 와이파이 기판은 배선 손실이 1 dB 미만이므로 FR-4로 구현할 수 있습니다. 대부분의 2.4 GHz 모듈이 일반 FR-4를 사용하는 이유입니다.

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그림 5: FR-4, RO4350B, PTFE의 주파수별 유전체 손실

응용 분야	일반적인 주파수	권장 적층재(Dk / Df)	적합한 이유
저전력 블루투스, 2.4 GHz 와이파이	2.4 GHz	FR-4(약 4.4 / 0.02)	인치당 약 0.25 dB 손실, 가장 낮은 비용
GNSS와 6 GHz 미만 이동통신	0.6~6 GHz	FR-4 또는 저잡음 증폭기(LNA) 앞단의 RO4350B(3.48 / 0.0037)	손실이 잡음 지수를 높이는 구간에만 로저스 사용
5 GHz 와이파이 필터, 전력 증폭기(PA) 출력단	5~7 GHz	RO4350B	Dk 편차가 작아 인쇄형 필터의 동작 주파수를 유지하기 쉬움
24 GHz 레이더, 위성 수신기	10~30 GHz	PTFE(2.2~2.65 / 0.0009~0.0019)	작은 손실도 중요한 구간에 가장 낮은 손실 제공
77 GHz 차량용 레이더	76~81 GHz	세라믹 충전 PTFE인 RO3003(3.00 / 0.0010)	FR-4는 이 대역에서 손실이 너무 큼

시제품은 제이엘씨피씨비의 고주파 PCB 제조 서비스에서 RO4350B 또는 ZYF 계열 PTFE(Dk 2.55~약 3.0)로 2층 기판을 제작할 수 있습니다. RO4350B 코어 두께는 0.51, 0.76, 1.52 mm(20, 30, 60 mil)입니다. RF 프런트엔드는 연속 접지면 위의 단일 코어에 회로를 배치할 수 있어 2층이면 충분합니다. 디지털 로직은 별도의 FR-4 기판에 둘 수 있습니다.

PCB 제조가 RF 회로 성능에 미치는 영향

시뮬레이션은 설계한 형상이 정확히 구현된다고 가정하지만, 실제 제조에는 공차가 있습니다. 이 차이가 RF 성능에 영향을 주므로 임피던스와 전기적 길이를 크게 바꾸는 항목을 우선 관리하십시오.

배선, 비아, 적층 구조의 제조 정밀도

배선 정밀도는 에칭에 좌우됩니다. 에칭은 동박을 아래쪽뿐 아니라 옆으로도 깎으므로 실제 배선은 설계 폭보다 좁아집니다. 0.508 mm(20 mil) 두께의 RO4350B 위에 있는 1.1 mm(43 mil) 배선에서 선폭 오차가 0.025 mm(1 mil)라면 임피던스 편차는 1 Ω 미만입니다. FR-4 위의 0.37 mm(15 mil) 배선에서는 같은 오차가 선폭에서 차지하는 비율이 더 커 임피던스가 약 2 Ω 달라집니다.

비아의 정밀도는 RF 칩 아래에서 특히 중요합니다. 무선 IC의 노출 패드는 주 RF 접지로 쓰이며, 비아 배열을 통해 접지면에 연결됩니다. 비아가 열려 있으면 리플로우 중에 솔더가 비아로 빨려 들어가 접합부에서 빠져나갈 수 있습니다. 접합부에 빈 공간이 생기면 증폭기 아래의 접지 인덕턴스가 증가합니다. 해당 비아는 솔더 마스크로 덮거나 충전하도록 지정하십시오.

적층 구조에서 임피던스에 가장 큰 영향을 주는 제조 치수는 유전체 두께입니다. 2층 RF 기판은 공차가 공개된 경화 코어 하나를 사용합니다. 0.508 mm(20 mil) 두께의 RO4350B에서는 공차가 약 ±0.038 mm(1.5 mil)입니다. 다층 기판의 프리프레그는 압착 중에 흐르므로 제조사가 공개한 적층 사양을 기준으로 PCB 두께 를 선택하십시오.

임피던스와 소재 공차 관리

임피던스 공차는 보통 ±10%입니다. 따라서 50 Ω 배선은 45~55 Ω이면 기준을 충족합니다. 이 범위는 여러 제조 공정에서 생기는 작은 오차가 합쳐진 결과이며, 공정별로 임피던스에 미치는 영향이 다릅니다.

편차 원인	일반적인 편차	50 Ω 마이크로스트립에 미치는 영향	지정할 항목
에칭 후 선폭	±0.025 mm(1 mil)	RO4350B에서 ±0.7 Ω, 4층 FR-4에서 ±1.9 Ω	두꺼운 코어에는 더 넓은 선폭 지정
유전체 두께	코어는 ±7.5%, 프리프레그는 약 ±10%	±2.3~±3 Ω	제조사가 공개한 적층 사양
유전율	RO4350B는 ±0.05, FR-4는 3.9~4.5	로저스 소재에서 ±0.3 Ω, FR-4에서 ±1.5 Ω	도면에 적층재 이름 명시
동 도금	35 µm(1.4 mil)에서 약 60 µm(2.4 mil)로 증가	0.6~1.1 Ω 낮아짐	모델에 완성 동박 두께 반영
ENIG 표면 처리	니켈 두께 3~6 µm(0.12~0.24 mil)	수 GHz에서 추가 손실 발생	길게 노출된 배선에는 은 또는 OSP 표면 처리

공차 예산은 제조사에 전달해야 설계에 반영됩니다. 제조 도면에 목표 임피던스, 기준층, 적층재 이름을 기재하십시오. 다층 기판의 RF층에는 임피던스 제어 를 요청해 제조사가 실측값에 따라 선폭을 보정할 수 있도록 하십시오. 제이엘씨피씨비는 2층 기판에는 아직 이 옵션을 제공하지 않습니다. 2층 RO4350B 기판의 선폭은 코어 두께와 설계 Dk 3.66을 기준으로 계산하십시오.

RF PCB 검사와 품질 관리

RF 기판 검사는 임피던스 시험 쿠폰부터 시작합니다. 시험 쿠폰은 같은 패널의 기판 옆에 함께 에칭한 시험용 배선입니다. 제조사는 IPC-TM-650 시험 방법 2.5.5.7에 따라 시간 영역 반사 측정(TDR)으로 임피던스를 확인합니다. 이 검사로 선폭, 유전체 두께, Dk가 합쳐진 결과를 확인할 수 있습니다. 각 항목의 개별값이나 필터 성능은 확인하기 어렵습니다. 시험 쿠폰이 검증하는 것은 직선 배선의 성능이기 때문입니다.

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그림 6: TDR 시험 쿠폰과 단면 검사부터 VNA 측정까지의 RF PCB 품질 관리

자동 광학 검사에서는 카메라로 에칭된 동박을 촬영해 설계 데이터와 비교하고 선폭과 간격 오류를 찾습니다. 기판을 절단하고 연마한 단면에서는 유전체 두께, 동박 중량, 홀 도금 상태를 확인합니다. 최종 성능은 조립 기판에서 벡터 네트워크 분석기(VNA)로 확인합니다. 안테나 급전부의 S11을 측정하면 부품, 솔더, 외함을 모두 적용한 상태의 반사 손실을 알 수 있습니다. 측정값이 -10 dB 목표를 충족하지 못하면 제조 검사를 모두 통과한 기판도 추가 튜닝이 필요할 수 있습니다.

RF 회로 설계 관련 자주 묻는 질문

질문: 대부분의 RF 회로는 왜 50 Ω을 사용하나요?

50 Ω은 동축 케이블에서 유래한 절충값입니다. 공기를 유전체로 사용하는 동축 케이블은 약 77 Ω에서 손실이 가장 낮고, 약 30 Ω에서 가장 큰 전력을 처리할 수 있습니다. 케이블, 커넥터, 계측기, RF 칩에 이 값이 표준으로 자리 잡아 부품을 별도의 정합 회로 없이 연결할 수 있습니다.

질문: 한 RF PCB에 로저스 소재와 FR-4를 함께 사용할 수 있나요?

네. 혼합 적층 구조에서는 RF층에 로저스 소재를 쓰고 나머지 층에 FR-4를 사용해 다층 기판의 비용을 줄일 수 있습니다. 두 소재의 열팽창 특성이 다르므로 제조사가 해당 조합을 검증해야 합니다. 혼합 적층을 사용하기 어렵다면 2층 로저스 기판을 동축 케이블로 FR-4 메인보드와 연결해 두 회로를 나눌 수 있습니다.

질문: 참조 설계에 없어도 정합 회로용 풋프린트를 추가해야 하나요?

추가하는 편이 좋습니다. 기판 두께, 접지 이격 거리, 외함이 안테나 임피던스를 바꾸기 때문입니다. 직렬 부품 자리 하나와 접지로 분기하는 부품 자리 두 개를 갖춘 파이형 풋프린트는 추가 비용이 적습니다. 직렬 위치에 0 Ω 저항을 실장하고 분기 위치는 비워 두면 첫 기판을 제작한 뒤 VNA로 정합을 다시 조정할 수 있습니다.

질문: RF 회로 설계에서 유전율이 더 높은 편이 유리한 경우도 있나요?

네. 손실보다 크기가 중요한 경우입니다. 기판 위를 따라 전파되는 신호의 파장은 유효 유전율의 제곱근에 반비례합니다. 따라서 Dk가 약 10인 소재를 사용하면 Dk가 약 3.5인 소재를 쓸 때보다 필터와 패치 안테나의 치수를 약 40% 줄일 수 있습니다. 다만 선폭이 좁아져 에칭 오차의 영향은 커집니다.

질문: RF 배선에서 솔더 마스크를 제거해야 하나요?

수 GHz를 넘는 설계에서는 제거하는 경우가 많습니다. 솔더 마스크는 RF 적층재보다 손실 계수가 훨씬 높고 마이크로스트립 임피던스를 약 1~3 Ω 낮춥니다. 솔더 마스크를 유지한다면 임피던스 모델에도 반영해야 시뮬레이션이 실제 기판에 가까워집니다.

정리

RF 회로에서는 PCB 자체가 신호 성능에 직접 영향을 미칩니다. 동박 배선의 형상, 접지, 부품 배치는 임피던스, 신호 손실, 회로 간 간섭을 좌우합니다. 소재의 유전 특성과 제조 공차에 따라 완성된 기판이 설계 목표에 얼마나 가까워지는지도 달라집니다.

대부분의 2.4 GHz 응용에서는 FR-4가 여전히 실용적이고 경제적입니다. 5G 통신과 차량용 레이더 등 고주파 기술의 사용이 늘면서 알맞은 PCB 소재 선택과 임피던스 제어가 더욱 중요해졌습니다. 제이엘씨피씨비는 FR-4와 고주파용 소재로 RF PCB를 제조해 설계 성능 요건을 충족할 수 있도록 지원합니다.