PCB 라미네이트 마스터하기: 엔지니어를 위한 결정적인 가이드

사람들은 인쇄 회로 기판의 구조가 얼마나 복잡할 수 있는지 당연하게 여기는 경우가 많습니다. PCB를 다양한 응용 분야에 사용하기 때문에 각각 특정 소재가 필요합니다. 라미네이트는 필수 소재입니다. 제조업체는 이를 사용하여 PCB를 개발하고 제작합니다. 따라서 사용 가능한 다양한 라미네이트를 이해하는 것이 필요합니다. 이 가이드에서는 PCB 라미네이트에 대해 알아야 할 모든 것을 탐구합니다.

PCB 라미네이트란 무엇인가?

라미네이트를 들고 소형 PCB를 개발하는 로봇 장치

일반적으로 PCB는 4개 레이어로 구성됩니다: 실크스크린, 솔더 마스크, 구리, 기판(위에서 아래 순). 결과적으로 이 레이어들이 기능적인 PCB 구조가 되도록 결합되어야 합니다. 따라서 PCB 라미네이트의 목적은 PCB 레이어를 함께 고정하는 것입니다.

라미네이트는 종종 구리 클래드 소재로, 일반적으로 수지 시트로 구성됩니다. 라미네이트 제작에 제조업체가 사용하는 수지는 보통 에폭시 기반입니다. 그러나 다른 직물로 구성될 수도 있습니다. 그럼에도 불구하고 제조업체는 먼저 열경화성 수지를 사용하여 시트를 경화시켜 라미네이트를 만듭니다. 다음, 모음의 각 평평한 면에 두 구리 포일 시트를 적용하여 이 수지 시트들을 함께 압축합니다.

마지막으로 제조업체는 시트들이 결합될 때까지 열과 힘을 가합니다. 라미네이트가 경화되면 플라스틱이나 단단한 유리 같은 소재와 유사해집니다.

라미네이트와 프리프레그의 차이점은 무엇인가?

탄소 섬유 기술 시설에서 프리프레그 소재 생산
출처: Flickr (CC – Generic)

프리프레그는 일반적으로 강화 유리섬유 시트입니다. 프리프레그 제조업체는 에폭시 수지 같은 경화제를 사용하여 이 유리섬유 시트에 사전 함침(pre-impregnating)하여 개발합니다. 따라서 이는 라미네이트 개발 공정과 크게 다릅니다. 라미네이트는 종종 프리프레그 시트로 구성됩니다. 프리프레그는 단순히 경화되고 함침된 직물입니다. 대조적으로 라미네이트는 가압 및 가열된 소재 시트입니다.

PCB 라미네이트 유형

인쇄 회로 기판 모음

앞서 언급했듯이 우리는 다양한 응용 분야에 다른 PCB를 사용합니다. 예를 들어 장치 부품 제조업체는 소형 장치에 플렉시블 PCB를 사용할 수 있습니다. 가장 일반적인 PCB 라미네이트 유형은 다음과 같습니다:

FR-4 (FR4)

구리 클래드 FR-4 PCB

FR-4는 유리 강화 에폭시 수지 라미네이트를 의미합니다. 난연성 소재입니다. 그래서 FR-4라는 이름이 붙었습니다 (FR = Flame Retardant). 그럼에도 불구하고 FR-4는 PCB 기판으로 가장 인기 있는 소재입니다. 이는 높은 기계적 및 전기적 강도 때문입니다. 또한 제조업체가 첨가제를 적용하면 높은 열 방출을 특징으로 합니다. 더욱이 이러한 첨가제는 소재의 안정성, 신뢰성, 전력 사양을 증가시킬 수 있습니다.

그럼에도 불구하고 FR-4는 일관성 덕분에 높은 레이어 수의 회로를 수용할 수 있습니다. 따라서 고주파 PCB 제작에 적합합니다.

폴리이미드

폴리이미드 소재를 사용하는 플렉스 PCB
출처: Wikimedia Commons

제조업체는 폴리이미드 라미네이트를 타고난 높은 열 효율성으로 평가합니다. 또한 FR-4 소재보다 더 신뢰하는 경향이 있습니다. 이는 주로 낮은 열팽창 때문입니다. 결과적으로 장치 제조업체는 열악한 환경에서 사람들이 사용하는 전자제품에 이를 구현합니다. 또한 여러 레이어가 필요한 PCB 설계에 매우 적합합니다. 그러나 제조업체는 이 소재를 플렉시블 PCB 제조에 사용합니다.

테플론(Teflon)

제조업체는 일반적으로 고속 PCB 개발을 위해 테플론 라미네이트를 사용합니다. 우연히도 이는 그들의 뛰어난 전기적 특성 때문입니다. FR-4와 마찬가지로 제조업체는 테플론에 첨가제를 적용하여 기계적 응력을 증가시킬 수 있습니다.

테플론은 가장 비싼 라미네이트 소재 중 하나입니다. 따라서 PCB 제작 및 제조에서 가장 인기 없는 소재 중 하나입니다. 또한 테플론 기반 라미네이트를 제조하려면 기술, 높은 전문 지식, 특수 장비가 필요합니다.

하이 Tg 에폭시(High Tg Epoxy)

하이 Tg 에폭시는 높은 유리 전이 온도(일명 유리화 온도)를 가진 라미네이트 소재입니다. 이 속성 덕분에 우수한 내열성을 가집니다. 결과적으로 산업용 응용 분야와 기계에 매우 적합합니다. 또한 하이 Tg 에폭시는 뛰어난 화학적 및 내습성을 가집니다. 제조업체는 일반적으로 다층 PCB 제작에 사용합니다.

BT-에폭시(BT-Epoxy)

BT-에폭시는 비스말레이미드 트리아진과 에폭시 수지의 조합입니다. 제조업체는 극한 온도에서도 구조를 유지하는 능력 때문에 이를 평가합니다. 우수한 전기적 및 기계적 특성을 가집니다. 따라서 군용 및 산업용 응용 분야에 매우 적합합니다. 그럼에도 불구하고 무연 및 다층 PCB가 BT-에폭시 라미네이트를 사용하는 가장 일반적인 PCB입니다.

기타 소재

유리섬유 소재

위에 나열된 소재가 제조업체가 라미네이트를 생산하는 데 사용하는 유일한 소재는 아닙니다. 예를 들어 고주파 PCB에는 구리 클래드 라미네이트를 사용합니다. 또한 세라믹 직물, 시아네이트 에스테르, 기타 수지 및 화학 조합을 사용할 수 있습니다.

그러나 이러한 소재는 이 가이드의 다른 소재만큼 제조업체가 구현하지 않기 때문에 언급할 가치가 없을 수 있습니다. 또한 더 비싸고 조작하기 어려울 수 있습니다.

라미네이트 특성

PCB에 적합한 소재와 라미네이트를 선택할 때 몇 가지 속성을 고려해야 합니다. 이 속성은 열적, 기계적, 전기적일 수 있습니다. 이 섹션에서는 이러한 특성을 탐구합니다.

열적 특성

단락으로 인해 타버린 PCB

• 유리 전이 온도 (Tg): 라미네이트는 특정 온도 범위에 도달하면 구조적 무결성을 잃습니다. 따라서 라미네이트가 연화되고 경화되는 시점을 식별하는 데 유리 전이 온도를 사용합니다.
• 분해 온도 (Td): 라미네이트가 영구적 손상(용융)을 입기 시작하는 온도 지점을 설명합니다. 따라서 동작 온도가 분해 범위보다 낮은 PCB 라미네이트를 사용하는 것이 중요합니다.
• 열팽창 계수 (CTE): 라미네이트의 팽창율을 설명합니다. 라미네이트의 CTE 임계치를 넘는 열을 가하면 팽창하기 시작합니다. 따라서 PCB를 장치에 통합할 때 열팽창 계수를 이해하는 것이 중요합니다.
• 열전도율 (k): 라미네이트의 열 전달 또는 전도 능력을 설명하는 특성입니다. 켈빈으로 표시됩니다.

전기적 특성

인쇄 회로 기판 매크로 사진

• 유전율 (ϵr): 라미네이트의 전기적 및 상대 투자율을 설명합니다. 본질적으로 3.5~5.5 ϵr 범위일 수 있습니다.
• 유전 손실 탄젠트 (tan δ): 라미네이트의 전기적 에너지 확산량을 나타냅니다. 일반적으로 PCB 라미네이트는 0.02~0.0001 사이의 tan δ를 가집니다.
• 전기/체적 저항률 (ρ): 라미네이트의 전기 전류 저항 능력을 나타냅니다. 일반적으로 라미네이트는 10³~10¹⁰ Ω·m (메가옴) 사이의 전기 저항률을 가집니다.
• 표면 저항률 (ρS): 라미네이트의 외부 저항률을 나타냅니다. 습기와 온도가 영향을 줄 수 있습니다.
• 전기 강도: 라미네이트의 전기적 파괴 저항 능력을 나타냅니다. 우연히 유전 강도라고도 부릅니다. 볼트/미터로 표시합니다.

화학적 특성

물과 비누에 잠긴 인쇄 회로 기판

• 난연성: 라미네이트의 발화 저항 능력을 나타내는 특성입니다. 대부분의 라미네이트는 불연성이지만 외부 화재로 인해 여전히 피해를 입을 수 있습니다. 따라서 이 특성은 라미네이트가 불타는 동안 얼마나 오래 탈지 나타냅니다.
• 흡습성: 라미네이트가 저항할 수 있는 대기 습기의 양을 나타냅니다. 특히 라미네이트를 물에 담글 때 그렇습니다. 그럼에도 불구하고 이 값은 라미네이트의 열적 및 유전 특성에 영향을 줍니다.
• 염화 메틸렌 저항성: 라미네이트의 화학적 저항성을 나타냅니다. 구체적으로 디클로로메탄(또는 염화 메틸렌)에 대한 것입니다.

기계적 특성

미니어처 PCB를 사용하는 RAM 모듈의 자동 생산

• 박리 강도: 라미네이트의 다양한 레이어를 연결하는 결합 강도를 나타냅니다.
• 굴곡 강도: 라미네이트의 물리적 응력 저항 능력을 설명합니다. 기본적으로 인장 강도입니다. 본질적으로 이 특성은 라미네이트가 마침내 부러지기 전에 얼마나 많은 압력을 가하고 구부릴 수 있는지를 나타냅니다.
• 밀도: 라미네이트의 질량 또는 두께를 나타냅니다.
• 박리 시간: 라미네이트가 임계값 이상의 온도를 견딜 수 있는 시간으로, 분해되기 시작하기 전까지의 시간을 나타냅니다.

PCB 라미네이트 소재 선택 방법

인쇄 회로 기판에 구멍을 뚫는 기계

전기/PCB 라미네이트 소재를 고려할 때 기술 사양이나 특성 외에도 몇 가지 고려할 사항이 있습니다. 고려해야 할 다른 측면은 다음과 같습니다:

비용

PCB 라미네이트 선택 시 비용을 항상 먼저 검토해야 합니다. 가장 비싼 소재를 조달하는 것이 합리적으로 보일 수 있지만 대량 생산에는 이상적이지 않을 수 있습니다. 다시 말해 FR-4는 가장 인기 있는 PCB 라미네이트 소재입니다. 따라서 조달 비용이 가장 적게 듭니다. 높은 신뢰성을 가지며 단일 레이어 및 다층 PCB에 적합합니다. 더 비싼 소재(금 등)를 설계에 조달하고 통합할 수 있지만 더 실용적인 접근을 고려해야 합니다. 필요한 모든 것을 수행하면서 가장 많은 비용을 절약할 수 있는 직물 구매를 권장합니다.

품질

녹색 프로토타이핑 보드 모음

품질은 비용과 약간 교차합니다. 고품질 소재는 더 비싼 경향이 있습니다. 그러나 이 두 측면 사이의 균형을 맞출 수 있습니다. 따라서 합리적인 가격에 최고 품질의 직물을 판매하는 평판 좋은 도매업체나 생산자로부터 소재를 조달해야 합니다.

PCB 제조업체

PCB를 납땜하는 자동화된 인두

나중에 PCB가 될 라미네이트 소재를 선택할 때 평판 좋은 PCB 제조업체와 협력하는 것이 가장 좋습니다. 이 제조업체는 당신이 라미네이트에 통합할 계획인 소재에 대해 높은 경험을 가져야 합니다. 제조업체는 다양한 유리섬유와 직물 스타일에 익숙해야 합니다.

또한 PCB 설계와 소재 선택을 검증할 수 있어야 합니다. 프로토타이핑부터 대량 생산까지 현대적으로 갖춰진 공장으로 여러분을 지원합니다. 모든 PCB 제조 필요에 대해 Wellpcb.com에 문의하세요.

요약

차폐 소재 옆에 있는 PCB

PCB 등장 전에는 전자 장치 제조업체가 포인트-투-포인트 구조와 와이어 랩 설계에 의존해야 했습니다. 현대 PCB가 현재 전자제품을 가능하게 한다고 해도 과언이 아닙니다. 인쇄 회로 기판의 효과는 사용하는 소재에 크게 의존합니다. 위 가이드가 강조하듯 이것이 라미네이트와 라미네이트 소재가 그렇게 중요한 이유입니다. 그럼에도 불구하고 이 가이드가 도움이 되셨기를 바랍니다. 언제나 그렇듯 읽어주셔서 감사합니다.