유전율과 유전손실이 전자부품에 미치는 영향

플라스틱 데이터시트에는 Dielectric constant, Relative permittivity, Dk, Dissipation factor, Df, Loss tangent, tan δ와 같은 항목이 자주 표시됩니다. 이 값들은 모두 교류 전기장 안에서 플라스틱이 어떻게 반응하는지를 나타내지만 의미는 서로 다릅니다.

유전율은 플라스틱이 전기장에 의해 얼마나 쉽게 분극되고 전기에너지를 저장하는지를 나타냅니다. 반면 유전손실은 저장된 전기에너지 중 일부가 분자운동과 전도현상 때문에 열로 소모되는 정도를 나타냅니다.

전자부품 설계에서 유전율이 높으면 동일한 형상에서 정전용량이 커지고, 전자기파의 전파속도는 느려지며, 전송선의 임피던스와 신호지연이 달라질 수 있습니다. 유전손실이 크면 고주파 신호의 감쇠와 부품 내부 발열이 증가할 수 있습니다. 따라서 저주파 절연 Housing에서는 높은 절연파괴강도와 체적저항률이 우선일 수 있지만, 고속 커넥터·안테나·RF 부품·PCB용 소재에서는 유전율과 유전손실을 주파수별로 관리해야 합니다.

현행 국제시험체계에서 IEC 62631-2-1:2018은 0.1 Hz~10 MHz의 교류조건에서 고체 절연재의 상대유전율과 유전손실률 측정법을 규정하며, 기존 IEC 60250을 대체했습니다. IEC 62631-2-2:2022는 1~300 MHz의 고주파 영역을 다루고, IEC 62631-2-3:2024는 약 10~100 μm 두께의 단층 절연필름을 대상으로 50·60 Hz 및 약 1 Hz~1 MHz 범위의 측정기술을 규정합니다. ASTM의 대표 시험법은 ASTM D150-22로, 고체 전기절연재의 상대유전율, 유전손실률, Loss Index, Power Factor와 위상 관련 특성을 1 Hz 미만부터 수백 MHz 범위에서 평가합니다.

이번 글에서는 플라스틱 유전율과 유전손실의 차이, Dk·Df·tanδ의 의미, 주파수·온도·습도·분자구조가 시험값에 미치는 영향 및 전자부품 데이터시트를 정확히 해석하는 방법을 살펴보겠습니다.

유전율과 유전손실의 차이

유전율

유전율은 재료가 전기장 안에서 분극돼 전기에너지를 저장하는 능력을 나타냅니다.

절대유전율은 다음과 같이 표현합니다.

ε = ε₀ × εᵣ

ε: 재료의 절대유전율
ε₀: 진공유전율
εᵣ: 상대유전율

플라스틱 데이터시트에서는 일반적으로 상대유전율을 표시합니다.

대표표기:

Relative permittivity
Dielectric constant
Dk
εr

상대유전율은 진공 대비 재료가 정전용량을 얼마나 증가시키는지를 나타내는 무차원값입니다.

유전손실

유전손실은 교류전기장에 의해 분자와 전하가 반복적으로 움직이는 과정에서 전기에너지가 열로 소모되는 정도입니다.

대표표기:

Dissipation factor
Df
Loss tangent
tan δ
Dielectric loss

유전손실률은 일반적으로 무차원값입니다.

핵심 비교

구분	유전율	유전손실
대표표기	Dk, εr	Df, tanδ
핵심 의미	전기에너지 저장	전기에너지 손실
전자부품 영향	용량·임피던스·신호속도	감쇠·발열·효율
단위	무차원	무차원
이상적인 목표	용도별 적정값	일반적으로 낮을수록 유리
주요시험	IEC 62631-2 계열·ASTM D150	동일

IEC 62631-2-1과 ASTM D150은 상대유전율과 Dissipation Factor를 함께 측정하지만, 두 값은 각각 에너지 저장과 손실이라는 서로 다른 현상을 나타냅니다.

유전체란?

유전체는 전류를 자유롭게 흐르게 하지 않으면서 외부 전기장에 반응해 내부의 양전하와 음전하 분포가 미세하게 변하는 재료입니다.

플라스틱은 일반적으로 전기절연재이면서 유전체입니다.

전기장이 없을 때

분자 쌍극자가 무작위 방향
평균적인 분극이 작음
내부전하 분포가 균형상태

전기장이 가해질 때

전자구름이 변형됨
이온 위치가 미세하게 이동함
극성분자가 전기장 방향으로 회전함
계면에 전하가 축적될 수 있음

이 과정을 분극이라고 합니다.

플라스틱에는 어떤 분극이 발생할까?

전자분극

원자핵에 대해 전자구름이 미세하게 이동하는 현상입니다.

특징:

매우 빠른 반응
대부분의 고분자에서 발생
매우 높은 주파수까지 반응 가능

이온분극

양이온과 음이온의 상대적인 위치가 변하는 현상입니다.

무기충전재와 이온성 구조가 있는 소재에서 중요할 수 있습니다.

배향분극

영구쌍극자를 가진 극성분자가 전기장 방향으로 회전하는 현상입니다.

대표적으로 다음 작용기가 영향을 줄 수 있습니다.

아미드기
에스터기
카보닐기
염소기
하이드록실기
에테르기

계면분극

수지와 필러, 결정영역과 비정질영역 또는 서로 다른 Polymer 상 사이에서 전하가 축적되는 현상입니다.

다음 소재에서 커질 수 있습니다.

유리섬유 보강재
미네랄 Compound
난연 Compound
Polymer Alloy
다층필름
기포·공극이 있는 성형품

상대유전율은 정전용량에 어떤 영향을 줄까?

평행판 Capacitor의 정전용량은 다음 관계로 표현할 수 있습니다.

C = ε₀ × εᵣ × A ÷ d

C: 정전용량
A: 전극면적
d: 전극 사이 거리
εr: 상대유전율

동일한 면적과 두께에서는 상대유전율이 높을수록 정전용량이 증가합니다.

전자부품에서의 의미

유전율이 증가하면 다음 현상이 나타날 수 있습니다.

Capacitor 용량 증가
커넥터 Pin 간 기생용량 증가
PCB 전송선의 임피던스 감소
신호전파 속도 감소
안테나 공진주파수 변화
센서 감도 변화

따라서 유전율은 단순히 높거나 낮은 것이 아니라 적용부품에 적합한 범위를 유지해야 합니다.

복소유전율이란?

교류전기장에서 재료의 반응은 저장성분과 손실성분으로 나눌 수 있습니다.

복소유전율은 다음과 같이 표현합니다.

ε* = ε′ − jε″

ε′: 실수부, 에너지 저장성분
ε″: 허수부, 에너지 손실성분
j: 허수단위

실수부 ε′

일반적으로 데이터시트의 Dk 또는 상대유전율과 연결됩니다.

허수부 ε″

교류전기장에서 손실되는 에너지와 관련됩니다.

Loss Tangent

tanδ = ε″ ÷ ε′

이 값이 일반적으로 Dissipation Factor 또는 Df로 표시됩니다.

Dk, Df, tanδ의 차이?

Dk

Dielectric Constant의 약어로 통상 상대유전율을 의미합니다.

공식표기에서는 Relative Permittivity가 더 정확합니다.

Df

Dissipation Factor의 약어입니다.

교류전기장에서 저장에너지 대비 손실에너지의 비율을 나타냅니다.

tanδ

손실각 δ의 Tangent 값입니다.

이상적인 Capacitor에서는 전류와 전압의 위상차가 90°이지만 실제 유전체에서는 손실 때문에 위상차가 줄어듭니다.

실무표기 예시

Dk: 3.2 at 1 MHz
Df: 0.008 at 1 MHz
23℃

이는 1 MHz·23℃ 조건에서 상대유전율이 3.2이고 Dissipation Factor가 0.008이라는 의미입니다.

시험주파수가 없으면 Dk와 Df를 정확히 비교할 수 없습니다.

유전율과 유전손실은 왜 주파수에 따라 달라질까?

전기장의 방향이 느리게 바뀔 때는 여러 분극메커니즘이 전기장을 따라갈 수 있습니다.

주파수가 높아지면 반응속도가 느린 분극은 전기장 변화에 충분히 따라가지 못합니다.

주파수 증가
→ 느린 분극의 응답 감소
→ 유전율 변화
→ 특정 영역에서 유전손실 Peak 발생

저주파

계면분극 영향
이동이온 영향
수분과 전도성 영향
높은 측정편차 가능

중간주파수

극성분자의 배향분극
Polymer Segment 운동
유리전이와 연관된 Relaxation

고주파

빠른 분극만 반응
분자구조와 전자분극 영향
RF·통신부품 성능에 중요

IEC 62631-2-1은 0.1 Hz~10 MHz, IEC 62631-2-2는 1~300 MHz의 측정영역을 각각 다루므로 사용주파수에 맞는 시험값을 선택해야 합니다.

주파수 증가에 따른 플라스틱 계면분극, 배향분극과 상대유전율 Dk 및 유전손실 Df 변화를 보여주는 인포그래픽 — 주파수가 증가하면 느린 분극메커니즘이 전기장 변화에 따라가지 못해 Dk가 변하고 특정 이완주파수에서 Df가 크게 증가할 수 있습니다.

유전손실이 발생하는 이유

분자운동의 지연

극성분자가 교류전기장의 방향변화에 즉시 반응하지 못하면 위상지연이 발생합니다.

이온전도

수분이나 이온성 불순물이 있으면 전하가 이동하면서 전기에너지가 열로 소모됩니다.

계면전하

수지와 필러 사이에 전하가 반복적으로 축적·방출되면서 손실이 증가할 수 있습니다.

쌍극자 이완

특정 주파수에서 분자의 회전속도와 전기장 변화속도가 비슷해지면 손실이 크게 증가할 수 있습니다.

부분방전과 국부전도

기포나 계면결함에서는 국부전계가 집중돼 추가적인 에너지 손실과 열화가 발생할 수 있습니다.

유전손실은 발열에 어떤 영향을 줄까?

교류전기장 안에서 유전체 손실이 발생하면 전기에너지 일부가 열로 전환됩니다.

개념적으로 유전발열은 다음 항목과 함께 증가합니다.

유전발열
∝ 주파수
× 유전율
× 유전손실률
× 전계강도의 제곱

따라서 다음 조건에서 발열위험이 커질 수 있습니다.

높은 주파수
높은 전압
높은 Df
두꺼운 절연층
열방출이 어려운 구조
고온환경
수분흡수
기포·공극

발생 가능한 문제

국부온도 상승
신호감쇠
절연성 저하
열적 변형
산화열화
수명단축
열폭주 가능성

고주파 Coil·Transformer·무선충전 부품에서는 Df가 낮아도 실제 전계와 열방출조건을 함께 검토해야 합니다.

유전율은 신호전파 속도에 어떤 영향을 줄까?

전자기파는 유전체 내부에서 진공보다 느리게 전파됩니다.

단순화하면 전파속도는 상대유전율이 증가할수록 감소합니다.

전파속도 ∝ 1 ÷ √εᵣ

유전율 증가 시

신호전파 속도 감소
Propagation Delay 증가
파장 감소
안테나 크기·공진 변화
전송선 길이 보정 필요

고속 디지털 신호에서의 문제

타이밍 오차
Skew
Eye Diagram 악화
반사
Impedance Mismatch
Crosstalk 증가 가능

고속 Connector와 PCB Housing에서는 평균 Dk뿐 아니라 방향별 Dk, 주파수별 변화와 Lot 편차가 중요합니다.

유전율이 전송선 임피던스에 미치는 영향

전송선의 특성임피던스는 형상과 유전율에 의해 결정됩니다.

일반적으로 동일한 도체형상에서는 Dk가 높아질수록 특성임피던스가 낮아지는 경향이 있습니다.

실제 영향

50 Ω RF Line 편차
Differential Pair 임피던스 편차
Connector 단자부 반사
Return Loss 악화
Insertion Loss 증가
신호파형 왜곡

플라스틱 Connector Housing은 단순 기계지지부가 아니라 단자 주변의 유전체이므로 Dk 편차가 신호품질에 영향을 줄 수 있습니다.

유전손실이 신호감쇠에 미치는 영향

고주파 신호가 유전체를 따라 이동하면 일부 에너지가 열로 소모됩니다.

Df가 높을수록 다음 현상이 증가할 수 있습니다.

Insertion Loss
전송거리 감소
신호진폭 저하
Eye Opening 감소
안테나 효율 저하
Q Factor 감소
발열 증가

고속·고주파 적용

5G·6G 안테나
고속 서버 Connector
자동차 Radar
RF Module
고주파 PCB
무선충전 Coil
mmWave 부품

이러한 용도에서는 1 MHz 자료보다 실제 GHz 영역의 측정값이 더 중요할 수 있습니다.

유전율과 유전손실이 Capacitor에 미치는 영향

높은 유전율

동일한 부피에서 더 높은 정전용량을 만들 수 있습니다.

높은 유전손실

ESR 증가
발열 증가
효율 저하
Q Factor 저하
AC 수명저하

Capacitor Film에서는 높은 Dk와 낮은 Df뿐 아니라 다음 특성이 중요합니다.

절연파괴강도
Self-healing
두께균일성
열수축
금속증착 접착성
수분흡수
장기전압 내구성

유전율이 안테나에 미치는 영향

안테나 주변의 유전율이 달라지면 전자기파의 파장과 공진조건이 달라집니다.

Dk가 높을 때

안테나 소형화 가능
파장 감소
공진주파수 하향
Bandwidth 축소 가능
제조편차 민감도 증가

Dk가 낮을 때

공진구조가 커질 수 있음
전파손실 감소 가능
넓은 Bandwidth에 유리할 수 있음
안테나 효율 향상 가능

Df가 높을 때

방사효율 저하
Gain 감소
내부발열
신호감쇠

안테나 Housing과 Radome은 낮고 균일한 Dk·Df가 요구되는 경우가 많습니다.

커넥터와 소켓에서 유전물성이 중요한 이유

고속 커넥터에서는 금속단자 사이 플라스틱이 전기장을 형성하는 핵심 유전체로 작용합니다.

Dk 편차가 클 때

Pin 간 기생용량 변화
Differential Impedance 변화
Pair Skew
Crosstalk
반사손실

Df가 높을 때

신호감쇠
발열
Insertion Loss 증가
장거리 전송성능 저하

함께 확인할 항목

GF 함량
섬유배향
수분흡수
금형유동방향
Weld Line
단자 간격
주파수별 Dk·Df
열노화 후 변화

수분이 유전율과 유전손실에 미치는 영향

물은 강한 극성을 가진 분자이므로 플라스틱이 수분을 흡수하면 유전특성이 크게 변할 수 있습니다.

일반적인 영향

Dk 증가
Df 증가
체적저항률 감소
신호감쇠 증가
발열 증가
주파수 응답 변화

영향을 받기 쉬운 소재

PA
일부 Polyester
친수성 난연 Compound
흡습성 필러가 포함된 소재

전자부품 문제

Connector Impedance 변화
Antenna Detuning
Sensor Drift
Capacitor 손실 증가
누설전류 증가
고습환경 신뢰성 저하

IEC 60212:2010은 고체 절연재 시험 전후에 적용할 수 있는 노출시간, 온도, 상대습도와 액체침지 조건을 규정해 시험재현성을 높이도록 합니다.

온도가 유전특성에 미치는 영향

온도가 상승하면 분자사슬과 극성기의 운동성이 증가합니다.

나타날 수 있는 변화

Dk 변화
Df 증가 가능
Relaxation 주파수 이동
이온전도 증가
발열 증가
Tg 부근 급격한 특성변화

특히 Tg 부근에서는 분자 Segment의 운동이 크게 증가해 유전손실 Peak가 나타날 수 있습니다.

따라서 상온 1개 조건의 Dk·Df만으로 고온 전자부품을 설계해서는 안 됩니다.

결정화도가 유전율에 미치는 영향

반결정성 플라스틱에서는 결정영역과 비정질영역의 밀도와 분자운동성이 다릅니다.

결정화도 증가 시 가능한 변화

밀도 증가
자유부피 감소
배향분극 감소 가능
수분흡수 감소 가능
방향별 유전특성 변화
계면분극 변화

결정화도뿐 아니라 결정형태와 분자배향이 Dk·Df에 영향을 줍니다.

따라서 동일한 수지라도 금형온도와 냉각속도가 다르면 전기특성이 달라질 수 있습니다.

유리섬유가 Dk·Df에 미치는 영향

유리섬유의 유전특성은 수지와 다르므로 Compound의 Dk는 혼합구성과 배향에 영향을 받습니다.

일반적인 영향

Dk 증가 가능
방향별 이방성 증가
섬유배향에 따른 편차
계면분극
수분경로 형성 가능
Df 변화

사출품에서의 문제

흐름방향으로 유리섬유가 정렬되면 흐름방향과 직각방향의 유전특성이 달라질 수 있습니다.

고속 Connector에서는 시편절취방향과 실제 단자배열 방향을 맞춰 평가해야 합니다.

무기필러가 유전특성에 미치는 영향

고유전율 필러

세라믹·Titanate 계열 필러는 Dk를 높일 수 있습니다.

적용:

Capacitor
Sensor
EMI 관련 부품
소형화 유전체

저유전율 필러

중공 Glass Bead·다공성 필러 등은 복합재의 유효 Dk를 낮출 수 있습니다.

적용:

고주파 기판
안테나 Substrate
저손실 Housing

주의사항

필러분산
계면공극
수분흡착
입자크기
배향
기계적 강도
성형성
표면조도

난연제가 유전손실에 미치는 영향

전자부품용 플라스틱은 난연제가 포함되는 경우가 많습니다.

난연 시스템은 다음 방식으로 Dk·Df에 영향을 줄 수 있습니다.

극성기 증가
이온성 불순물 증가
수분흡수 증가
필러계면 증가
분산불량
탄화잔사 형성

난연 등급이 같더라도 난연제 종류와 함량이 다르면 고주파 손실특성이 달라질 수 있습니다.

따라서 UL 난연등급만으로 RF·고속 Connector 적합성을 판단해서는 안 됩니다.

기포와 공극이 유전율에 미치는 영향

공기의 상대유전율은 약 1에 가까우므로 공극이 포함되면 복합재의 평균 Dk가 낮아질 수 있습니다.

하지만 공극은 항상 유리한 것이 아닙니다.

발생 가능한 문제

Dk 균일성 저하
국부전계 집중
부분방전
장기절연 열화
흡습경로
기계적 강도 저하
Lot 편차

발포소재나 저유전재는 공극크기와 분포를 정밀하게 관리해야 합니다.

데이터시트에서 Dk·Df를 읽는 방법

예시

Relative permittivity:
3.4 at 1 MHz

Dissipation factor:
0.009 at 1 MHz

Test method:
IEC 62631-2-1

Condition:
23℃, 50% RH

의미:

상대유전율 3.4
Df 0.009
시험주파수 1 MHz
상온 표준습도 조건
IEC 저·중주파 시험범위

확인순서

Dk인지 Df인지 구분합니다.
시험주파수를 확인합니다.
시험온도를 확인합니다.
상대습도와 전처리를 확인합니다.
시험방법을 확인합니다.
시편두께를 확인합니다.
전극형상과 장비방식을 확인합니다.
성형방향을 확인합니다.
필러·GF 함량을 확인합니다.
대푯값인지 관리범위인지 확인합니다.
실제 사용주파수와 일치하는지 확인합니다.
GHz 용도라면 고주파 전용 데이터를 요청합니다.

ASTM D150과 IEC 62631의 차이

IEC 62631-2-1

0.1 Hz~10 MHz
고체 절연재
상대유전율과 Df
저주파·기술주파수 영역

IEC 62631-2-2

1~300 MHz
고주파 영역
상대유전율과 Df
RF 이전 구간의 재료평가

ASTM D150

1 Hz 미만~수백 MHz
Lumped Impedance 방식
상대유전율·Df·Loss Index·Power Factor
다양한 측정회로와 장비 적용

IEC 62631-2-1은 기존 IEC 60250을 대체한 표준이며, ASTM D150-22 역시 고체 절연재의 AC Loss 특성을 넓은 주파수범위에서 평가합니다. 두 표준은 적용목적이 유사하지만 세부시험구조가 동일하지 않으므로 동일조건 자료끼리 비교해야 합니다.

GHz·mmWave에서는 어떤 시험이 필요할까?

1 MHz 또는 100 MHz 데이터는 GHz 영역에서의 실제 거동을 완전히 대표하지 못할 수 있습니다.

GHz 대역에서는 다음 장비가 활용됩니다.

Split-post dielectric resonator
Cavity resonator
Vector network analyzer
Transmission line method
Waveguide method
Free-space method

ASTM D5568-22a는 고체재료의 상대 복소유전율과 상대 투자율을 Microwave 영역에서 측정하는 절차를 다룹니다. 고주파 소재선정에서는 시험주파수와 측정방식이 실제 제품 대역에 가까운지 확인해야 합니다.

유전율과 절연파괴강도의 차이

구분	유전율	절연파괴강도
의미	전기장 저장·분극	고전압 파괴한계
대표단위	무차원	kV/mm
시험상태	일반적으로 비파괴 AC 측정	파괴형 시험
주요용도	신호·용량·임피던스	절연두께·고전압
상관성	직접비례하지 않음	별도평가 필요

Dk가 낮다고 절연파괴강도가 반드시 높은 것은 아니며, Dk가 높다고 절연재로 부적합한 것도 아닙니다.

유전손실과 체적저항률의 관계

체적저항률은 DC 누설전류를 주로 나타내고, Df는 AC 전기장에서의 전체 에너지손실을 나타냅니다.

유전손실에는 다음이 포함될 수 있습니다.

쌍극자 운동손실
이온전도
계면분극
분자이완
일부 누설전류

따라서 체적저항률이 높아도 특정 고주파에서 Df가 높을 수 있습니다.

전자부품별 소재선정 기준

고속 Connector

우선 확인:

실제 주파수의 Dk·Df
방향별 유전특성
GF 배향
수분흡수
치수안정성
Impedance
Crosstalk
Insertion Loss

안테나·Radome

우선 확인:

낮고 균일한 Dk
낮은 Df
두께균일성
수분흡수
온도별 변화
Weathering
도장·Coating 영향

Capacitor Film

우선 확인:

적정 Dk
매우 낮은 Df
높은 절연파괴강도
Film 두께균일성
열수축
수분흡수
장기전압 내구성

PCB·High-frequency Substrate

우선 확인:

GHz Dk·Df
Z 축과 XY 축 이방성
Copper Roughness 영향
열팽창
수분흡수
Solder 내열성
Peel Strength

Sensor Housing

우선 확인:

Dk 안정성
수분에 따른 Drift
표면오염
이온성 불순물
체적저항률
온도별 변화

무선충전 부품

우선 확인:

유전손실
주파수별 발열
열전도
난연성
Coil 주변 전계
고온 장기안정성

전자부품용 플라스틱 소재선정에서 주파수, Dk, Df, 온도, 습도, 유리섬유, 난연제와 완제품시험을 확인하는 인포그래픽 — 고속 Connector, Antenna와 Capacitor용 플라스틱은 실제 주파수의 Dk·Df와 온도·습도·필러 배향 및 완제품 신호특성을 함께 평가해야 합니다.

공급업체에 요청할 데이터

IEC 62631-2-1 결과
IEC 62631-2-2 결과
ASTM D150 결과
GHz 영역 측정결과
시험주파수
시험온도
상대습도
시편두께
전극방식
성형방향별 Dk·Df
Dry·Conditioned 결과
온도별 Dk·Df 곡선
주파수 Sweep
수분흡수 후 변화율
GF·필러 함량별 자료
난연 Grade 비교
Lot 관리범위
열노화 후 유전특성
실제 Connector 또는 Antenna 평가자료
S-parameter·Insertion Loss 결과

실무자의 인사이트

실무자의 인사이트: “전자부품용 플라스틱의 Dk·Df는 데이터시트의 숫자보다 실제 사용주파수와 온습도에서 얼마나 일정하게 유지되는지가 더 중요합니다.”

고객기술지원과 Spec-in 업무에서 가장 흔한 오류는 1 MHz에서 측정한 Dk·Df를 그대로 GHz 통신부품에 적용하는 것입니다.

같은 소재라도 주파수가 높아지면 반응할 수 있는 분극메커니즘이 달라지고 Dk와 Df가 변할 수 있습니다. 따라서 자동차 Radar나 고속 Connector처럼 GHz 영역에서 작동하는 부품은 실제 주파수대의 데이터를 확보해야 합니다.

또 다른 오류는 비보강 Grade의 Dk·Df를 GF 보강 Grade에 그대로 적용하는 것입니다. 유리섬유의 함량과 흐름방향 배향은 유전율의 평균값뿐 아니라 방향별 편차를 만들 수 있습니다. 단자배열 방향과 유리섬유 배향방향이 다르면 Connector의 Impedance와 Crosstalk에도 영향을 줄 수 있습니다.

수분의 영향도 중요합니다. 흡습성 소재는 Dry 상태에서 Df가 낮더라도 고온고습 후 손실이 증가할 수 있습니다. 안테나와 Sensor Housing에서는 작은 Dk 변화도 공진주파수와 측정값 Drift로 이어질 수 있습니다.

실무적으로는 다음 순서를 권장합니다.

실제 사용주파수를 정의합니다.
Dk와 Df를 구분합니다.
동일 주파수·온도·습도 자료를 비교합니다.
시편두께와 시험방법을 확인합니다.
GF·필러 함량과 배향을 확인합니다.
Dry·Conditioned 결과를 모두 확보합니다.
주파수 Sweep과 온도 Sweep을 요청합니다.
실제 제품방향의 시편으로 측정합니다.
EM Simulation에 측정 Dk·Df를 적용합니다.
완제품 S-parameter와 발열을 검증합니다.

가장 낮은 Dk의 소재가 항상 최적은 아닙니다. 목표임피던스, 부품크기, 강성, 내열성, 난연성, 수분안정성과 원가를 함께 만족하는 Grade를 선택해야 합니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1. 유전율과 유전손실은 같은 물성인가요?

아닙니다. 유전율은 전기에너지 저장능력을, 유전손실은 저장에너지 중 열로 소모되는 비율을 나타냅니다.

Q2. Dk가 낮으면 전자부품에 항상 좋은가요?

고속신호와 안테나에는 낮은 Dk가 유리할 수 있지만 Capacitor 소형화에는 높은 Dk가 유리합니다. 적용목적에 따라 적정값이 다릅니다.

Q3. Df는 낮을수록 좋은가요?

대부분의 고주파 전송과 절연용도에서는 낮을수록 신호손실과 발열이 작습니다. 다만 실제 성능은 주파수·온도·두께와 함께 판단해야 합니다.

Q4. 1 MHz Dk로 10 GHz 제품을 설계할 수 있나요?

정확한 설계에는 부족할 수 있습니다. GHz 영역의 공진기·전송선·Waveguide 시험결과를 확보하는 것이 적절합니다.

Q5. 수분을 흡수하면 Dk와 Df가 증가하나요?

극성 수분이 분극과 이온전도를 증가시키므로 흡습성 소재에서는 Dk·Df가 증가할 가능성이 큽니다.

Q6. 유리섬유 보강재는 Dk를 높이나요?

수지와 유리섬유의 유전율 차이, 함량과 배향에 따라 증가하거나 방향별 편차가 커질 수 있습니다. Grade별 측정이 필요합니다.

Q7. 유전율이 높으면 절연파괴강도도 높나요?

직접적인 비례관계는 없습니다. 분극특성과 고전압 파괴내성은 별도 물성입니다.

Q8. Df와 체적저항률은 반대개념인가요?

완전히 그렇지는 않습니다. 체적저항률은 DC 전도저항, Df는 AC에서 발생하는 분극·전도·계면손실을 포함한 종합적인 손실지표입니다.

결론

유전율은 플라스틱이 전기장 안에서 분극 돼 전기에너지를 저장하는 능력을 나타내며, 데이터시트에서는 상대유전율·Dk·Dielectric Constant로 표시됩니다.

유전손실은 교류전기장에서 분자와 전하의 움직임 때문에 전기에너지가 열로 소모되는 정도이며, Df 또는 tanδ로 표시됩니다. Dk가 높아지면 정전용량과 기생용량이 증가하고 신호전파 속도와 임피던스가 달라질 수 있습니다. Df가 높아지면 고주파 신호감쇠, Insertion Loss와 내부발열이 증가할 수 있습니다.

IEC 62631-2-1:2018은 0.1 Hz~10 MHz, IEC 62631-2-2:2022는 1~300 MHz 범위에서 고체 절연재의 상대유전율과 Dissipation Factor를 측정합니다. IEC 62631-2-3:2024는 얇은 단층 Polymer Film의 측정기술을 추가로 규정합니다.

ASTM D150-22는 고체 절연재의 상대유전율, Dissipation Factor와 관련 AC Loss 특성을 1 Hz 미만부터 수백 MHz 범위에서 평가합니다. Microwave 영역에서는 ASTM D5568-22a와 같은 별도 측정법이 사용될 수 있습니다.

최종 소재선정에서는 Dk·Df 숫자만 비교하지 말고 시험주파수, 온도, 습도, 시편두께, 성형방향, 유리섬유·난연제 함량과 실제 전자부품의 주파수대역을 함께 확인해야 합니다. 고속 Connector·안테나·RF 부품은 EM Simulation과 S-parameter, Insertion Loss, 공진주파수 및 발열시험으로 최종 검증해야 합니다.

참고문헌

IEC 62631-1:2011, Dielectric and resistive properties of solid insulating materials — Part 1: General
고체 전기절연재의 유전·저항 특성을 측정하기 위한 일반지침을 제공합니다.
IEC 62631-2-1:2018, Part 2-1: Relative permittivity and dissipation factor — Technical frequencies — AC methods
0.1 Hz~10 MHz 범위에서 고체 절연재의 상대유전율과 Dissipation Factor를 측정하며 IEC 60250을 대체합니다.
IEC 62631-2-2:2022, Part 2-2: Relative permittivity and dissipation factor — High frequencies — AC methods
1~300 MHz의 고주파 영역에서 상대유전율과 유전손실을 측정합니다.
IEC 62631-2-3:2024, Part 2-3: Contact electrode method for insulating polymer films
약 10~100 μm 두께의 단층 절연 Polymer Film의 상대유전율과 Dissipation Factor를 측정합니다.
ASTM D150-22, Standard Test Methods for AC Loss Characteristics and Permittivity of Solid Electrical Insulation
고체 절연재의 상대유전율, Dissipation Factor, Loss Index와 위상 관련 특성을 평가합니다.
ASTM D5568-22a, Standard Test Method for Measuring Relative Complex Permittivity and Relative Magnetic Permeability of Solid Materials at Microwave Frequencies
Microwave 영역에서 고체재료의 복소유전율과 투자율을 측정합니다.
IEC 60212:2010, Standard conditions for use prior to and during the testing of solid electrical insulating materials
고체 절연재 시험 전후의 온도·습도·노출시간과 액체침지 조건을 규정합니다.

최초 작성일: 2026년 9월 11일

최종 업데이트: 2026년 9월 11일

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