군사/항공우주용 두꺼운/중량 구리 PCB 주요 설계 과제

군사/항공 전자 제품 PCB 요구 사항

전자 엔지니어가 군사/항공우주(줄여서 '밀/에어로') 응용 분야 PCB 설계를 준비할 때, 일부 세부 사항과 성능 요구 사항을 고려해야 합니다. 일반적으로 밀과 에어로 제품은 다중 동작 조건과 넓은 동작 온도 범위를 요구합니다. 사막 같은 극한 고온이나 남극 같은 극한 저온 등 다중 엄격한 환경을 견뎌야 합니다. 극한 온도 외에도 습도도 핵심 고려 사항입니다. 따라서 밀/에어로 응용 분야 PCB 설계 과정에서 온도, 습도 등 제품 특수 작동 조건을 신중하게 고려해야 합니다.

군사 및 항공우주 제품 신뢰성은 PCB 설계 엔지니어가 반드시 집중해야 할 주요 관심사입니다. 제품 신뢰성의 핵심 측면으로서 보관 수명은 주요 판단 기준으로 간주되어 왔습니다. 미사일을 예로 들면, 표적에 명중하기 전까진 폭발이 허용되지 않으므로 양성 환경에서 정상 운행해야 하며 상대적으로 짧은 보관 수명을 가집니다. 엔지니어들은 밀/에어로 제품의 높은 신뢰성 때문에 회로 기판 복잡도 감소를 선호해 왔습니다. 군/항공 부서는 해당 산업에서 실행 가능함이 입증되기 전까진 전자 제품 제조 신기술 도입을 주저했습니다. 현재는 그러나 밀/에어로 전자 제품 기능 요구 사항이 전자 설계 엔지니어가 단순한 설계 아이디어와 경험만 고수하는 것을 막고 있습니다. 일부는 새롭게 등장한 PCB 제조 기술을 수용하기 시작했습니다.

PCB 기술과 복잡성 증가로 전자 엔지니어는 PCB 설계 규칙과 제조 기술 양쪽에 집중하여 제품이 보안, 비용, 성능 요구 사항 간 최적 균형에 도달하여 제조 위험을 최저로 낮춰야 합니다.

성공적인 PCB 제조는 전자 설계 엔지니어와 제조 엔지니어 간 빈번하고 원활한 소통에 의존하며, 이는 명심해야 합니다. 설계 엔지니어는 트레이스 폭, 간격, 패드 크기, 비아 직경 등 제조사의 상세 역량을 완전히 인지해야 합니다. 또한 PCB 유형, 재료, 스루홀 구조, 전원 등 모든 요구 사항을 고려해야 합니다.

밀/에어로 제품 설계 시 MIL 표준을 준수해야 합니다. 다른 품질 표준도 참고로 적용할 수 있습니다. 예를 들어 IPC 표준을 검사 항목과 품질 표준으로 사용할 수 있습니다.

현재 고속 전송 기판 재료 선호 경향이 있으며, 이는 광범위한 성능 파라미터 변동을 커버합니다. 더 복잡한 전자 제품 구조에서 기판 공급업체 데이터시트는 일부 유형 기판 재료가 다른 유형보다 성능이 우수함을 나타낼 뿐입니다. 그럼에도 PCB 제조사 경험은 결코 과소평가할 수 없습니다. 그들은 실질적 상황에 따라 기판 재료 성능을 진정으로 인지하고 있기 때문입니다. 예를 들어 PCB 설계자가 리드 임피던스를 계산할 수 있지만, 다른 제조 방법이 임피던스를 설계 요구 사항과 호환되지 않게 만들 수 있습니다.

구조도 밀/에어로 PCB에서 중요한 역할을 합니다. 불필요한 비용 회피나 복잡 구조로 인한 위험 감소에 도움이 되기 때문입니다. 더 복잡한 밀/에어로 전자 제품의 경우 구조도 제품 제조 가능성에 영향을 미칩니다.

역사적으로 비용 이슈는 군사 및 항공우주 전자 제품에서 거의 고려되지 않았습니다. 하지만 제품 제조 비용 증가가 제조 공정 위험 감소에 실제로 유리하다는 점을 인정해야 합니다. 이는 결국 가치가 있습니다. PCB 도입 과정에서 연구 개발 기간 증가와 제조 배치 전 데이터 무결성 검토를 통해 위험을 낮출 수 있습니다.

밀/에어로 응용 분야 두꺼운/중량 구리 PCB

정의

고전력 밀/에어로 전자 제품이 PCB에 새로운 요구를 제기하며, 두꺼운/중량 구리 PCB 또는 극한 구리 PCB 생성을 야기했습니다. 중량 구리 PCB는 도체 구리 두께가 137.2μm~686μm 범위인 회로 기판을 말하며, 구리 두께가 686μm 초과 또는 6860μm 도달 시 극한 구리 PCB라고 부릅니다.

중량 구리 PCB 구조적 장점:

• 열 응력 견딜 수 있어 PCB 내응력 능력 강화
• PCB 전류 전달 용량 향상
• 쿨링 핀 조립 없이 PCB 열 방출 능력 증가
• 레이어 간 적층과 도금 스루홀 기계적 강도 강화
• 기판 위 고전력 플래너 트랜스포머 적용 가능

동전엔 양면이 있습니다. 위 장점 외에 중량 구리 PCB는 단점도 가집니다. 중량 구리 PCB 구조 양면 모두를 인지하는 것은 잠재적 기능과 응용을 명확히 이해하는 데 중요합니다.

중량 구리 PCB 구조

표준 FR4 PCB와 유사하게 중량 구리 PCB는 동일한 제조 방법을 가지며, 고속 도금과 편차 식각 같은 특수 식각과 도금 기술이 적용됩니다. 과거 일정 기간 동안 식각만으로 중량 구리 PCB 제조를 시도했습니다. 이 방법으로 제조된 일부 회로 기판은 불균일한 에지 라인과 마진 과도 식각으로 스크랩되었습니다. 이를 피하기 위해 나중에 고급 도금과 식각 기술이 적용되어 직선 에지와 최적 마진 식각을 달성했습니다.

중량 구리 PCB 도금은 PCB 제조사가 도금 스루홀 벽과 스루홀 벽을 두껍게 할 수 있게 하며, 장점은:

• 레이어 수 축소
• 임피던스 분포 감소
• 패키징 최소화
• 제조 비용 감소

중량 구리 PCB는 일반 보드와 원활하게 결합될 수 있습니다. 회로 기판상 배선과 최소 간격, 공차 범위 내 제조 능력 범위는 실제 제조 전 설계 엔지니어와 제조사 간 논의로 결정되어야 합니다.

전류 전달 용량과 온도 상승

중량 구리 PCB가 얼마나 많은 전류를 전달할 수 있는가? 이 질문은 보통 전자 설계 엔지니어에 의해 결정됩니다. 구리 두께와 폭, 중량 구리 PCB가 견딜 수 있는 최대 온도 상승 결정이 포함됩니다. 이 질문은 중량 구리 PCB 운행 중 발생하는 열이 전류와 밀접히 관련되기 때문에 나옵니다.

전류가 와이어를 통과할 때 운행 중 전력 소비율은 원래 전력의 12%이므로 손실 전력이 국부적으로 천이 열을 생성하여 열전도 방식으로 주변에 방출됩니다. 중량 구리 PCB 와이어가 견딜 수 있는 최대 전류를 찾아내고, 온도 상승과 해당 부과 전류를 판단하는 방법을 발굴해야 합니다. IPC-2221A 지침에 따라 외부 와이어 전류 전달 용량을 나타내는 공식: I = 0.048 × DT⁰·⁴⁴ × W × Th⁰·⁷²⁵

이 공식에서 I는 전류(단위: A), DT는 온도 상승(단위: °C), W는 선폭(단위: μin), Th는 트레이스 두께(단위: μin)입니다. 내부 트레이스 전류 전달 용량은 외부 트레이스의 50%입니다.

공식에 따라 표 1은 단면적이 다른 경우 30°C 온도에서 전류 전달 용량을 요약했습니다.

표 1 고정 트레이스 폭에서 전류 전달 용량 (A) (온도 상승 30°C)

PCB 제조사와 설계자를 위해 일반 FR-4 에폭시 수지 기판 재료(동작 온도 130°C)부터 고 Tg 기판 재료까지 다양한 성능 기판 재료가 있습니다. 현재 완성 PCB 제품 내열 품질 테스트를 위한 일련의 방법들이 개발되었습니다. 구리와 기판 재료 간 열팽창 계수 차이로 인해 '구동력'이 생성되며, 이는 실제 열 응력으로 균열, 집합, 성장을 유발하여 최종적으로 PCB 고장을 초래할 수 있습니다.

스루홀 열충격 내성 순환 테스트에서 32개 직렬 도금 스루홀 세트를 보드 상 샘플로 설계하고 열충격 테스트 후 상황을 확인합니다. 최초 고장 난 도금 스루홀이 회로 기판이 견딜 수 있는 열 응력으로 결정됩니다. 중량 구리 PCB 열충격 순환 적용으로 고장 감소 또는 제거가 가능합니다.

열 방출 분석

전자 부품 운행 중 고전력 손실이 발열 형태로 발생하며, 발열원(부품)에서 생성되어 주변으로 방출되어야 합니다. 그렇지 않으면 부품 과열이나 고장 발생. 중량 구리 PCB는 다른 유형 회로 기판보다 열을 더 효과적으로 방출할 수 있어 보드 고장률을 대폭 감소시킵니다.

열을 쉽게 방출하기 위해 쿨링 핀이 요구되며, 열전도, 복사, 대류를 통해 열을 공기로 밀어냅니다. 보통 쿨링 핀 반대 면이 도금 스루홀을 통해 구리 영역과 연결됩니다.

일반적으로 일반 쿨링 핀은 열전도를 통해 PCB 동박 코팅 영역과 연결됩니다. 리벳이나 나사로 연결되는 경우도 있습니다. 대부분 쿨링 핀은 구리나 알루미늄으로 제작됩니다.

따라서 PCB 제조 중 쿨링 핀 조립은 매우 중요하며, 중량 구리 PCB에서 달성 가능합니다. 회로 기판 표면 동박층을 전기 도금으로 두껍게 하여 보드 표면 열전도 특성 개선. 또 다른 장점은 열관통 비아 동도금층을 두껍게 하고 중량 구리 PCB 열저항을 줄일 수 있다는 점입니다.

중량 구리 PCB가 군사 및 항공우주 산업에서 대전력 부품 탑재에 사용된 지 오래되어, 이 유형 중량 구리 PCB가 근 미래에 다양한 산업에서 널리 적용될 것입니다.

참고 자료

• 두꺼운 구리 PCB 및 제조 서비스
• 구리 중량, 트레이스 폭, 전류 전달 용량 관계
• 반드시 알아야 할 핵심 PCB 설계 규칙
• PCBCart 풀 피처 PCB 제조 서비스 - 다양한 부가 가치 옵션
• PCBCart 고급 PCB 조립 서비스 - 1개부터 시작