PCB 제조에서 올바른 기판 재료를 선택하는 것은 성능, 신뢰성 및 비용 측면에서 매우 중요합니다. 다양한 옵션(각각 고유한 전기적, 열적, 기계적 특성을 갖고 있음)은 신중한 평가가 필요합니다. 이 가이드는 재료 선택을 결정하는 핵심 요소를 설명하고 디자이너에게 실용적인 조언을 제공합니다.
최신 PCB는 일반적으로 세 가지 핵심 레이어로 구성됩니다.
베이스를 선택할 때는 방열성, 기계적 강도, 비용 등이 균형을 이루어야 합니다. 특히 1mm 두께의 알루미늄 기판은 까다로운 전력 전자 장치에 탁월한 절충안을 제공합니다.
유전 물질은 열 전달을 허용하면서 전기 전도에 저항합니다. 일반적인 유전체에는 도자기, 운모, 유리, 특정 플라스틱 및 금속 산화물이 포함됩니다.
과도한 전기장은 절연 파괴를 일으켜 재료가 전도체로 변할 수 있습니다. 항복 전압이 높은 재료를 선택하면 이러한 위험이 완화됩니다.
PCB는 일반적으로 상부층과 하부층으로 구성됩니다. 일반적으로 에폭시와 유리 섬유의 합성물인 기판은 보드의 기계적 무결성과 전기적 성능을 결정합니다.
전 세계 기판 수요는 연간 5,100만 평방미터에 달합니다.
대부분의 기판은 에폭시와 BT(부틸-트리플루오로에틸렌) 혼합물을 결합하여 원하는 임피던스를 달성하기 위해 금속 호일로 유전체 스택을 강화합니다.
아래 차트에는 일반적인 인쇄물 옵션과 일반적인 용도가 요약되어 있습니다.
세 가지 주요 재료군이 널리 사용됩니다:
• 부직포 유리 – 수지에 분산된 유리 마이크로섬유; 고주파수 레이어에 적합하지만 기계적 견고성은 제한적입니다.
• 직조 유리 – 기판에 직조된 유리 천; 기계적 강도는 우수하지만 다층 열 관리에서는 성능이 저하될 수 있습니다.
• 채워짐 – 유전 상수를 높이기 위해 세라믹이나 기타 필러가 포함되어 있습니다. 정밀한 임피던스 제어에 이상적입니다.
알루미늄 기판(종종 "IMS" PCB라고 함)은 구리층, 열 전도성 수지 및 상단 구리 포일을 통합합니다. 표준 크기는 보드 두께 1.6mm, 세라믹 절연 100μm, 구리 35μm입니다.
장점으로는 저렴한 비용, 가벼운 구조, 뛰어난 열 관리, 기계적 강성, 탁월한 EMI 차폐 등이 있습니다.
일반적인 애플리케이션 :
FR‑4(Flame‑Retardant Grade 4의 약자)는 대부분의 PCB에 대한 업계 표준이 된 유리 강화 에폭시 라미네이트입니다.
주요 속성:
FR-4는 자체 소화 특성으로 인해 기존 G-10 재료를 대체합니다. 저주파 및 고주파 응용 분야 모두에 대해 비용, 제조 가능성 및 성능의 균형을 유지합니다.
고전류 설계의 경우 더 두꺼운 구리(≥1oz)를 사용하십시오. 기본 보드 두께는 1.6mm로 유지됩니다.
고주파 회로(RF, 마이크로파, 안테나)는 일반적으로 표준 FR-4 대신 저손실 유전체 재료를 사용합니다.
FR-4의 일반적인 장점:
이러한 기판은 단일 또는 이중 레이어 보드에 대한 저렴한 대안입니다.
폴리이미드는 유연한 PCB에 선택되는 재료입니다. 200~300°C에서 뛰어난 전기적 안정성을 제공하고 기계적 유연성을 유지합니다.
프리프레그(사전 함침)는 부분적으로 경화된 수지로 직조된 유리섬유입니다. 가열되면 층을 서로 결합시켜 기계적 강도와 전기 절연성을 제공합니다. 변형 제품(SR, MR, HR)은 수지 함량과 유리 전이 온도가 다릅니다.
기판을 선택하려면 설계의 열, 전기 및 기계적 요구 사항을 이해해야 합니다. 다음은 중요한 기준입니다.
W/m·K 단위로 측정되는 이 측정 기준은 재료가 열을 얼마나 효율적으로 발산하는지 나타냅니다. 일반적인 유전체 범위는 0.3~6W/m·K입니다. 구리는 386W/m·K에 도달합니다.
기질이 영구적으로 분해되는 온도입니다. Tg를 해당 범위 아래로 유지하면서 납땜(200~250°C)을 수용하려면 Td>250°C인 재료를 선택하세요.
기질이 부드러워지는 온도. 변형을 방지하려면 최대 작동 온도 이상을 유지해야 합니다.
PPM으로 표시되는 CTE는 온도에 따른 치수 변화를 나타냅니다. 일반적인 허용 범위는 10~20ppm입니다. 구리와 기판 사이의 응력을 줄이려면 전체 CTE가 70ppm 이하여야 합니다.
재료가 Z 방향에서 견딜 수 있는 최대 전압(일반적으로 800~1500V/mil)을 나타냅니다.
ohm‑cm 단위로 측정되며 누출을 방지하려면 10MΩ·cm보다 큰 값을 사용하는 것이 좋습니다.
MΩ/sq로 측정됩니다. 일반적인 값의 범위는 10³~10⁹MΩ/sq입니다.
값이 낮을수록(0.001–0.02) 특히 고주파수에서 전력 손실이 적다는 것을 의미합니다.
빈도가 높은 작업의 경우 3.5에서 5.5 사이의 안정적인 εr이 이상적입니다.
두꺼운 보드는 무거운 구성 요소에 대한 구조적 지원을 제공합니다. 표준 구리 두께는 35μm(1oz)입니다. 고전류 트레이스에는 두꺼운 구리(≥1oz)가 권장됩니다.
누화를 완화하려면 전원 트레이스의 경우 최소 2mm, 신호 트레이스의 경우 1mm의 최소 간격을 유지하세요.
충진 또는 볼형 비아는 특히 BGA 패키지에서 솔더 위킹을 방지하고 안정적인 전기 접촉을 보장합니다.
고주파수 보드에는 저손실 유전체가 필요한 경우가 많으며 이는 가격이 비쌀 수 있습니다. 내구성이 뛰어나고 비용 효율적인 디자인을 달성하려면 성능과 비용의 균형을 유지하세요.
열적, 전기적, 기계적 특성 간의 상호 작용을 이해하면 설계자는 모든 응용 분야에 최적의 PCB 재료를 선택할 수 있습니다. 알루미늄의 경량 방열판, FR-4의 비용 효율성, 폴리이미드의 유연성 등 무엇을 원하든 올바른 선택을 하면 신뢰성과 성능이 향상됩니다.
WellPCB는 FR-4, Rogers 및 고성능 폴리이미드와 같은 업계 최고의 재료를 사용하여 최고 수준의 제조 및 조립 서비스를 제공합니다. 우리의 숙련된 팀은 가장 까다로운 사양을 충족하는 보드를 제공합니다.
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