FR4:언제 사용할 수 있고 언제 사용할 수 없음

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FR4 기판 재료란 무엇입니까?

FR-4는 PCB에서 어떻게 사용됩니까?

FR4 두께 선택 방법

FR4를 사용하는 경우

온도 관리

선택:FR4 대 고주파 라미네이트

인쇄 회로 기판과 관련된 대부분의 전기 엔지니어와 개인은 FR4 재료에 익숙합니다. FR4는 대부분의 견고한 회로 기판이 구축되는 백본 재료입니다. 그러나 많은 사람들이 FR4가 가장 인기 있는 PCB 베이스인 이유는 고사하고 무엇인지 모릅니다.

FR4 인쇄 회로 기판이 무엇인지, 왜 인기가 있는지, FR4 PCB 사양이 업계의 다른 옵션과 어떻게 비교되는지 등 FR4 인쇄 회로 기판에 대해 자세히 알아보려면 계속 읽으십시오.

FR4 기질 재료란 무엇입니까?

FR-4라고도 하는 FR4는 이름이자 표준 등급입니다. 이 이름은 인쇄 회로 기판 제조에 사용되는 유리 섬유 강화 에폭시 적층 시트에 적용됩니다. 그러나 이름은 에폭시 라미네이트 시트를 평가하는 데 사용되는 등급으로도 기능합니다. 이 명칭은 본질적으로 라미네이트 시트의 기본 품질을 나타내며, 이는 다양한 시트 재료와 디자인이 FR4 등급에 해당함을 의미합니다. 이름의 "FR"은 난연성을 나타내며 4는 동일한 등급의 다른 재료와 구별됩니다.

FR4라고 널리 알려진 재료는 복합 구조입니다. 재료의 가장 기본적인 층은 얇은 천과 같은 시트로 짜여진 유리 섬유입니다. 유리 섬유는 FR4에 필요한 구조적 안정성을 제공합니다. 이 가장 안쪽의 유리 섬유 층은 난연성 에폭시 수지로 둘러싸여 있습니다. 이 수지는 다른 물리적 특성 중에서 재료에 강성을 부여합니다.

FR4 시트는 PCB 기본 재료로 전기 엔지니어와 설계자 사이에서 널리 사용됩니다. 재료의 저렴한 비용과 다용도성, 그리고 풍부한 유익한 물리적 특성이 그 인기를 설명합니다. FR4 시트는 절연 내력이 높은 전기 절연체입니다. 또한 무게 대비 강도가 높으며 가볍고 습기에 강합니다. 이것을 상대 온도 저항에 추가하면 FR4 소재는 대부분의 환경 조건에서 잘 작동할 수 있습니다.

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FR-4는 PCB에서 어떻게 사용됩니까?

이러한 품질 덕분에 FR4는 고품질 PCB 제조 공정을 위한 이상적인 기본 기판 재료입니다. 적절하게 사용하면 이러한 속성은 고품질 및 저가 PCB의 기초를 형성할 수도 있습니다.

PCB 내에서 FR4는 1차 절연 백본을 형성합니다. 이것은 제조 회사가 회로를 구축하는 기반입니다. 일단 준비되면 FR4 보드는 열과 접착제를 사용하여 하나 이상의 구리 호일 층으로 적층됩니다. 이 구리는 완제품의 회로를 형성하며 보드 디자인에 따라 한쪽 또는 양쪽을 덮을 수 있습니다.

복잡한 PCB는 더 정교한 회로를 생성하기 위해 회로 기판을 한 면 이상으로 사용하거나 레이어를 사용할 수 있습니다. 여기에서 회로가 그려지고 식각되어 솔더 마스크 레이어로 덮여 최종 실크스크린 레이어와 후속 솔더링 공정을 위한 기판을 준비합니다.

FR4 두께 선택 방법

PCB 프로젝트용 라미네이트 보드를 주문할 때 설계자 또는 전기 엔지니어는 FR4 두께를 지정해야 합니다. 이것은 설정에 가장 적합한 것에 따라 1000분의 1인치, 100분의 1인치 또는 100분의 1인치와 같은 인치 기반 단위로 측정됩니다. FR4 시트의 두께는 프로젝트의 필요에 따라 광범위하지만 10,000에서 3인치까지 다양합니다.

기판 두께는 PCB 설계에서 중요한 요소로 보이지 않을 수 있지만 실제로는 필수적인 기능입니다. 보드 두께는 보드 기능의 여러 측면에 영향을 미치므로 디자인을 위한 보드 두께를 결정할 때 여러 요소를 고려합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

1. 공간:얇은 것이 더 나을 수 있음

공간이 디자이너와 관련된 경우 더 얇은 FR4 보드가 선호되는 경향이 있습니다. 이것은 USB 커넥터 및 많은 Bluetooth 액세서리와 같은 소형 장치 제조의 주요 요소입니다. 더 큰 프로젝트의 경우에도 장치 내 공간을 절약하기 위해 더 작은 FR4 PCB를 선호하는 경향이 있습니다.

2. 연결:잘못된 연결은 손상을 초래할 수 있음

양면 PCB 설계에는 양면을 결합하기 위한 에지 커넥터가 필요합니다. PCB 에지 커넥터는 특정 PCB 두께 세트에만 적합하기 때문에 이것은 PCB의 최종 크기에 대한 주요 제한 요소가 될 수 있습니다. 커넥터의 결합 부분은 PCB 측면에 꼭 맞아야 합니다. 그렇지 않으면 PCB가 미끄러지거나 손상될 위험이 있습니다. 이것이 회로의 재료를 선택하기 전에 회로 설계를 하는 주된 이유 중 하나입니다.

3. 임피던스 매칭:보드 기능 유지에 필수

모든 다층 기판은 인접한 레이어에서 커패시터 역할을 합니다. 이것이 이 보드의 두께가 중요한 이유입니다. PCB FR4 재료의 두께는 유전체의 두께를 결정하고, 이는 차례로 커패시턴스 값에 영향을 미칩니다.

이것은 RF 및 마이크로웨이브 설계와 같은 일부 고주파수 PCB의 경우 특히 핵심 요소입니다. 고주파 설계는 최적의 보드 기능을 유지하기 위한 필수 구성 요소로 임피던스 매칭에 중점을 두므로 각 레이어에 적합한 정전 용량을 얻는 것이 중요합니다.

4. 유연성:애플리케이션에 따라 다름

더 얇은 보드는 일부 용량에서 구부러질 수 있습니다. 특이한 특성이지만 유연성은 응용 프로그램에 따라 긍정적이거나 부정적인 기능이 될 수 있습니다.

제품이 규칙적으로 스트레스를 받거나 구부러지는 일부 응용 분야에서는 보다 유연한 기판이 선호되는 경향이 있습니다. 예를 들어 의료 및 자동차 애플리케이션용 기판을 사용하는 사람들은 이러한 PCB가 자주 받는 지속적인 스트레스와 굴곡으로 인해 유연한 기판을 선호하는 경우가 많습니다.

그러나 유연성은 PCB 제조 공정에 해를 끼칠 수 있으며 나중에 조립 시 심각한 문제가 발생할 수 있습니다. 기계로 처리할 때 더 유연한 기판이 납땜 기계로 처리될 때 구부러져 구성 요소가 비스듬히 납땜될 수 있습니다. 또한, 이 구부림은 새로 배치된 구성 요소와 이미 보드에 있는 연결을 끊을 가능성이 있습니다.

5. 설계 요구 사항:FR4 두께에 영향을 미치는 사용 목적

얇은 보드가 모든 경우에 선호되는 것은 아닙니다. 주로 얇은 보드가 PCB 계획에 적용되는 제한 사항 때문입니다. 얇은 FR4 보드에는 홈이 있을 수 없으며 골절 위험 없이 너무 커서도 안 됩니다. 그러나 더 두꺼운 보드는 두 가지를 모두 수행할 수 있습니다. FR4 두께 사이의 옵션을 계량할 때 항상 이것을 고려하십시오.

6. 구성 요소 호환성:작은 범위에서 작동할 수 있음

보드의 두께는 보드와 부품의 호환성에도 영향을 줄 수 있습니다. 에지 커넥터와 마찬가지로 많은 구성 요소가 작은 범위의 기판 두께로 작동합니다. 예를 들어 일부 관통 구멍 구성 요소의 경우 특히 그렇습니다.

7. 무게:더 가벼운 제품이 더 매력적일 수 있음

FR4 두께는 논리적으로 최종 PCB의 무게에 영향을 미칩니다. 무게는 일부 응용 분야에서 문제가 되지 않지만 소비자 전자 제품에서는 종종 고려 사항입니다. 더 가벼운 PCB는 더 가벼운 제품을 만들기 때문에 더 저렴하게 배송할 수 있고 어떤 경우에는 소비자에게 더 매력적입니다.

FR4를 사용하는 경우

많은 전자 애플리케이션은 에폭시 기반 FR4 보드를 사용하도록 선택합니다. 강도, 신뢰성 및 비교적 저렴한 비용으로 인해 FR4 에폭시 기판은 전자 엔지니어에게 논리적인 기본 선택이 됩니다. 그러나 FR4는 모든 상황, 특히 고주파수 설계에 이상적이지는 않습니다. 이러한 디자인의 경우 고주파 라미네이트가 더 일반적으로 선택되는 경향이 있습니다.

이러한 자료 중에서 선택하는 것이 어려울 수 있으므로 아래에 더 자세한 지침을 나열합니다.

FR-4 또는 고주파 라미네이트로 PCB를 만들지 결정할 때 각각의 다음 주요 기능을 고려하십시오.

비용:FR4가 더 저렴할 것입니다.

FR4 재료는 주로 상대적으로 저렴한 비용으로 인해 매우 일반적인 PCB 기반입니다. 반면에 고주파 라미네이트는 가격이 상당히 높기 때문에 비용에 민감한 설계자와 제조업체에게 상당한 단점이 됩니다. 이것은 회사가 FR4와 고주파 라미네이트 중에서 선택할 때 주요 제한 요소입니다.

가격 및 리드 타임 얻기

신호 손실:낮은 Df는 낮은 신호 손실로 이어집니다.

많은 경우에 신호 손실은 특히 신호 손실이 더 문제가 되는 고주파수 상황에서 PCB 설계의 중요한 부분입니다. 이러한 설계의 경우 FR4는 이상적인 선택이 아닙니다. FR4는 고주파 라미네이트보다 Df 또는 손실 계수가 더 높습니다. 이것은 FR4 회로가 고주파 라미네이트의 동일한 회로보다 더 많은 신호 손실을 겪을 것임을 의미합니다.

FR4의 Df는 약 0.020인 반면, 대부분의 고주파 라미네이트의 Df는 약 0.004로 FR4의 Df의 1/4입니다. Df가 낮을수록 전반적으로 신호 손실이 적습니다. 다른 문제는 FR4의 Df가 신호의 주파수가 증가함에 따라 증가한다는 것입니다. 즉, 신호의 주파수가 증가할수록 더 많은 신호 손실이 발생합니다. 고주파 라미네이트는 Df 특성이 더 안정적이므로 고주파에서 손실이 적습니다.

임피던스 안정성:Dk 안정성 문제

안정적인 임피던스는 특히 더 큰 회로나 고주파수 설계에서 더 예측 가능한 성능을 의미하기 때문에 많은 설계에서 또 다른 중요한 요소입니다. 다시 이 영역에서 FR4와 고주파 라미네이트는 다른 결과를 제공합니다. 안정적인 임피던스를 유지하려면 재료의 온도 변화에 따라 전체 재료에 걸쳐 안정적인 Dk 또는 유전 상수를 유지하는 재료가 필요합니다.

이와 관련하여 FR4는 단일 기판 내에서 및 기판의 온도 변화에 따라 Dk 값이 크게 변하기 때문에 안정적인 임피던스를 유지하기에 적합한 재료가 아닙니다. 고주파 라미네이트는 온도 변화에 따라 기판 전체에 걸쳐 상당히 일정하게 유지되는 Dk 값이 크게 변하지 않습니다.

온도 관리:

온도 성능은 FR4 보드 또는 PCB 베이스용 고주파 라미네이트 중에서 선택할 때 고려해야 할 또 다른 요소입니다. 온도 성능을 비교할 때 유전 상수의 열 계수는 적절한 게이지를 제공합니다. 이 숫자는 온도에 따라 재료의 유전 상수가 얼마나 변하는지 측정합니다.

• FR4의 경우 이 값은 온도 변화가 섭씨 1도당 약 200ppm입니다.
• 고주파 라미네이트의 유전 상수 열 계수는 섭씨 1도당 약 40ppm입니다.

둘 다 작은 숫자처럼 보일 수 있지만 매우 다른 결과를 제공합니다. FR4의 중요한 계수는 FR4 보드의 Dk가 해당 영역에 따라 상당히 다를 수 있음을 의미합니다. 이에 비해 고주파 라미네이트의 계수가 낮을수록 보드 영역 전체의 온도 변화가 적음을 나타냅니다. 이것은 더운 환경을 위한 보드를 디자인할 때 특히 중요합니다.

유전 상수:올바른 Dk 값 선택

때때로 회로 기판의 유전 상수는 기판의 다른 기능만큼 중요할 수 있습니다. 회로 기판의 유전 상수는 특히 RF 또는 마이크로웨이브 설계와 같은 고주파수 회로에서 회로의 전송 라인 크기에 영향을 미칩니다. 전송선이 작을수록 회로 자체가 작아집니다.

따라서 더 작은 회로 기판 크기가 바람직하다면 Dk 값이 더 높은 기판 재료가 최선의 선택입니다. FR4는 약 4.5의 유전 상수를 특징으로 하며, 이는 일반적으로 약 6.15~11에 해당하는 고주파수 재료의 Dk보다 낮습니다. 이러한 고가 Dk 재료를 사용하면 크기를 25% 이상 줄여 상당한 결과를 얻을 수 있습니다. 최종 회로 기판.

운영 환경:

회로의 작동 환경은 FR4와 고주파 라미네이트 보드 중에서 선택할 때 염두에 두어야 할 또 다른 사항입니다. 여기에는 습기 및 온도와 같은 환경 조건이 포함됩니다. 두 경우 모두 고주파 라미네이트는 FR4보다 더 많은 습기와 내열성을 제공하므로 작동 환경이 회로 기능에 미치는 영향이 훨씬 적습니다. PCB가 실외 또는 극한의 산업 환경에서 작동하는 경우 이는 중요한 고려 사항입니다.

요컨대, 고주파 라미네이트는 광범위한 물리적 특성을 특징으로 하며 그 중 많은 부분이 FR4보다 우수합니다. 고주파 라미네이트가 FR4에 비해 겪는 유일한 단점은 상대적으로 높은 비용이며, 이는 비용 중심 설계자에게 중요한 요소입니다. 따라서 가장 큰 결정은 장점이 고주파 라미네이트의 비용보다 클 때입니다.

선택:FR4 대 고주파 라미네이트

그렇다면 위에 나열된 모든 정보를 사용하여 전기 엔지니어 또는 PCB 설계자는 FR4와 고주파 라미네이트 중에서 어떻게 선택할 수 있습니까? 첫째, 설계자는 가능한 한 가장 구체적인 매개변수를 사용하여 최종 PCB에 대한 전기 및 기계적 요구 사항을 나열하고 비교해야 합니다. 그런 다음 설계자는 고주파 신호를 처리하도록 설계된 라미네이트와 비교하여 FR4가 이러한 매개변수를 얼마나 잘 충족하는지 조사해야 합니다. 위의 각 항목에 대한 보다 정확한 데이터는 산업 데이터 시트를 사용하여 쉽게 얻을 수 있습니다.

요컨대, FR4는 저렴한 비용과 상대적인 기계적 및 전기적 안정성으로 인해 널리 사용되는 널리 관련된 재료입니다. FR4 재료는 광범위한 이점을 제공하고 다양한 두께와 크기로 제공되지만 모든 응용 분야, 특히 RF 및 마이크로웨이브 설계와 같은 고주파수 응용 분야에 가장 적합한 선택은 아닙니다. 이러한 후자의 경우 고주파 라미네이트가 더 나은 선택입니다. 그럼에도 불구하고 FR4가 오늘날까지 그렇게 일반적으로 사용되는 이유를 쉽게 알 수 있습니다.

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