가장 중요한 것은 PCB 제조에 적합한 PCB 기판 소재를 선택하는 것입니다. 제조업체는 다양한 특성을 가진 다양한 종류의 기판 소재를 사용합니다. 이 글에서는 프로젝트에 적합한 PCB 기판 소재를 선택하는 방법을 안내합니다. 또한, 다양한 PCB 기판 유형에 대해서도 알아봅니다.
PCB 기판: 유전체 재료의 모든 주요 특성
이 소재는 회로에서 최소한의 전기만 허용합니다. 두 전도층 사이에 절연층이 있기 때문입니다. 예를 들어, FR-4는 가장 일반적인 유전체입니다. 회로 기판에 사용하기 전에 그 특성을 고려해야 합니다.
유전체 재료의 가장 중요한 4가지 특성은 다음과 같습니다.
열적 특성
기질 재료의 열적 특성을 고려해 보겠습니다.
유리 전이 온도
PCB 기판의 유리질 또는 단단한 상태가 연화되거나 변형 가능한 상태로 변하는 온도 범위입니다. 냉각 후 재료의 특성은 원래 상태로 돌아갑니다. 이 온도 범위는 Tg 단위로 표현할 수 있으며, 섭씨 온도로 측정해야 합니다.
분해 온도
Td는 분해 온도를 나타내는 표현입니다. 이는 물질의 질량이 최대 5%까지 손실될 수 있는 화학적 분해 방법입니다. Td의 측정 단위는 다음과 같습니다. oC.
이 공정에서는 특성이 가역적이지 않습니다. 기판 재료가 분해 온도에 도달하면 재료의 특성이 변합니다. 이 변화 후에는 재료의 특성이 가역적이지 않습니다. 반면, 유리 전이 온도에서는 특성이 가역적입니다.
온도 범위가 Td보다 낮고 Tg보다 높은 기판 재료를 선택해야 합니다. 따라서 온도 범위는 200~250°C가 될 수 있습니다. oC. 따라서 Td를 이보다 높게 만들어 보세요.
열팽창 계수
CTE는 PCB 소재가 가열 후 팽창하는 속도를 나타냅니다. CTE는 백만분의 일(parts/million) 단위로 표시할 수 있습니다. 소재의 온도가 유리전이온도(Tg)보다 높아지면 CTE도 상승하기 시작합니다. 대부분의 기판은 구리보다 CTE가 높습니다. PCB 온도가 상승하면 상호 연결에 문제가 발생할 수 있습니다.
CTE는 X축과 Y축을 따라 비교적 낮습니다. CTE 범위는 10~20ppm입니다. o이 축들을 따라 C가 발생합니다. 이는 직조 유리 때문에 발생합니다. 이 때문에 재료가 이 축들을 따라 구속됩니다. 결과적으로 온도가 Tg 이상으로 올라가도 CTE에 큰 변화가 없습니다.
직조 유리로 인해 소재가 Z축을 따라 팽창합니다. 따라서 이 축을 따라 CTE 값은 가능한 한 낮아야 합니다. 70ppm 미만으로 유지하도록 노력해야 합니다. oC. 재료가 Tg를 초과하면 CTE가 상승합니다.
이 외에도 CTE를 사용하여 재료의 Tg를 찾을 수 있습니다. 온도 대 변위 곡선을 그리기만 하면 됩니다.
열 전도성
이 속성은 열의 전도와 관련이 있습니다. 열전도도 값은 k를 사용하여 나타낼 수 있습니다. 열전도도가 낮으면 열 전달이 적음을 의미하며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 재료의 열전도도는 와트/미터(℃) 단위로 측정할 수 있습니다.
대부분의 PCB 기판 소재는 열전도도가 0.3~0.6 W/M-ºC입니다. 이 열전도도는 구리에 비해 상당히 낮습니다. 구리의 열전도도는 약 386 W/M-ºC입니다. 따라서 구리 평면층은 회로 기판의 유전체 소재보다 더 많은 열을 흡수합니다.
전기적 특성
유전율의 상대 유전율(Dk 또는 Er)
임피던스와 신호 무결성을 확인하기 위해 재료의 유전율을 고려하는 것은 매우 중요합니다. 두 가지 모두 고주파 전기 성능에 중요한 요소입니다. 대부분의 PCB 기판 재료에서 Er의 범위는 2.5에서 4.5 사이입니다.
유전율은 주파수에 따라 달라집니다. 주파수가 증가하면 유전율은 감소합니다. 또한, 이러한 변화는 재료의 종류에 따라 더욱 달라집니다. 넓은 주파수 범위에서 유전율이 거의 동일하게 유지되는 고주파 응용 분야에 가장 적합한 재료입니다.
소산 계수 또는 유전 손실 탄젠트(Df Tan δ)
재료의 손실 탄젠트는 재료로 인해 손실되는 전력을 측정하는 척도입니다. 재료의 손실 탄젠트가 낮을수록 전력 손실이 줄어듭니다. 대부분의 회로 기판 재료에서 Tan δ의 범위는 0.02입니다. 또한, 저손실 및 고급 재료의 경우 Tan δ 값은 0.001까지 가능합니다. 주파수가 증가할수록 Tan δ 값은 증가합니다.
손실 탄젠트는 디지털 회로에서는 그다지 중요하지 않지만, 1GHz 이상의 고주파에서는 중요합니다. 또한, 손실 탄젠트는 아날로그 신호에서 신호 감소 정도를 파악하는 데 매우 중요합니다.
볼륨 저항
제조업체에서는 체적 저항률을 전기 저항률이라고 합니다. 이는 재료의 절연 또는 전기 저항을 측정하는 데 도움이 됩니다. 재료의 저항률이 높으면 회로 내 전하 이동이 줄어듭니다. 이 시스템의 저항률 국제 단위는 Ω-m입니다.
유전체 절연체는 매우 높은 저항률을 가지고 있습니다. 저항률 범위는 10⁶에서 10¹⁰ 메가옴-센티미터입니다. 습도와 온도는 저항률에 영향을 미칩니다.
표면 저항률 – ρS
표면 저항률(ρS)은 회로 기판 재료의 전기 저항 또는 절연 저항을 포함합니다. 또한 체적 저항률과 유사한 매우 높은 표면 저항률을 가져야 합니다. 따라서 표면 저항률은 10⁶에서 10¹⁰ 메가옴/스퀘어(MΩ/square) 사이여야 합니다.
전기 강도
이 특성은 회로 기판 재료의 저항력을 측정하는 데 도움이 됩니다. 이는 재료가 Z축을 따라 전기적 파괴에 얼마나 저항할 수 있는지를 의미합니다. 이 시스템의 전기 강도 측정 단위는 볼트/밀(Volt/mil)입니다. 대부분의 유전체 재료는 800~1500 볼트/밀의 전기 강도 값을 가집니다.
화학적 성질
가연성 사양 – UL94
플라스틱의 난연성을 가장 낮은 난연성부터 가장 높은 난연성까지 분류하는 플라스틱 가연성 기준입니다. 따라서 플라스틱 소재의 가전제품 시험에 매우 유용합니다. UL(Underwriters Laboratories)에서 이 기준을 정의합니다. 이 기준의 필수 요건은 다음과 같습니다.
- 화염 연소가 있는 시편은 시험 화염을 적용한 후 최대 10초 동안 타지 않습니다.
- 총 연소 시간은 50초를 넘지 않습니다. 이 시간은 XNUMX개의 시편 세트에 대한 XNUMX개의 화염 측정에 대한 시간입니다.
- 시편은 빛나는 연소로 인해 고정 클램프까지 타지 않습니다.
- 또한, 마른 스펀지 같은 수술용 솜에 불을 붙일 수 있는 불꽃이 떨어지지 않습니다. 솜은 시험 샘플보다 300mm 아래에 위치합니다.
- 2 이후nd시험 화염을 제거하면 시편에서 약 20초간 지속되는 빛나는 연소가 나타나지 않을 수 있습니다.
수분 흡수
회로 기판 소재의 방수 성능을 나타냅니다. 물을 흡수한 후 회로 기판의 무게가 증가하는 비율을 확인할 수 있습니다. 또한, 다양한 시험 방법을 사용하여 이 비율을 계산할 수 있습니다. 대부분의 소재는 0.01%에서 0.20% 사이의 물을 흡수할 수 있습니다.
습기 흡수는 회로 기판 재료의 다양한 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 재료의 전기적 및 열적 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 회로 기판에 전원이 공급될 때 전도성 양극 필라멘트의 저항력에도 영향을 미칩니다.
메틸렌 클로라이드 저항성
보드의 내화학성 측정에 도움이 됩니다. 특히, 메틸렌 클로라이드 흡수에 대한 보드의 저항성을 확인할 수 있습니다.
그 값을 백분율로 표시할 수 있습니다. 메틸렌 클로라이드를 흡수하면 무게가 증가하는 것을 확인할 수 있습니다. 이는 통제된 조건에서 발생합니다. 대부분의 PCB 기판 소재는 수분 흡수율과 유사하게 0.01%에서 0.20% 사이의 저항성을 갖습니다.
기계적 성질
필 강도
유전체와 구리 도체 사이의 결합 강도를 나타냅니다. 박리 강도를 나타내는 단위는 선형 인치당 파운드의 힘입니다. PLI로 표시할 수 있습니다.
박리 강도 테스트는 PCB 기판 두께에 따라 달라집니다. 예를 들어, 테스트 목적으로는 1온스(약 32g) 두께의 구리 트레이스가 필요합니다. 또한, 표준 회로 기판 제조 공정을 거친 후에는 124~XNUMXmm 폭의 구리 트레이스가 필요합니다. 이 공정은 다음 세 가지 조건에서 완료할 수 있습니다.
- 열 응력: 샘플을 10ºC에서 288초간 납땜 위에 띄운 후.
- 상승 된 온도: 샘플을 125ºC의 유체에 노출시킨 후, 또는 뜨거운 공기에 노출시킬 수 있습니다.
- 공정 화학 물질 노출: 샘플을 일련의 화학 및 열 처리 과정에 노출시킨 후.
굽힘 강도
재료가 파손되지 않고 기계적 응력을 견딜 수 있는 능력을 나타냅니다. 값은 kg/제곱미터 또는 파운드/제곱인치로 표시할 수 있습니다.
휨 강도 시험 메커니즘은 매우 간단합니다. 보드의 끝부분을 지지하고 중앙에 하중을 가하는 방식으로 시험할 수 있습니다. 경질 및 다층 보드에 대한 표준은 IPC-4101입니다.
영 계수
인장 탄성률은 이 모듈의 또 다른 용어입니다. 회로 기판에 있는 재료의 강도를 나타냅니다. 이 모듈은 특정 방향의 응력과 변형률의 비율을 측정합니다. 일부 제조업체는 굽힘 강도 대신 이 모듈을 사용하여 강도를 측정합니다. 이 값은 단위 면적당 힘으로 표현할 수 있습니다.
밀도
회로 기판의 밀도는 세제곱센티미터당 그램 단위로 측정할 수 있습니다. 또한, 일부 제조업체는 밀도를 파운드/세제곱인치 단위로 표시합니다.
박리 시간
이 계수는 회로 기판이 박리에 저항하는 시간을 나타냅니다. 박리는 열 충격, 습기 또는 재료의 잘못된 Tg로 인해 발생할 수 있습니다. 또한, 잘못된 라미네이션 공정으로 인해 발생할 수도 있습니다.
PCB에 맞는 PCB 기판 소재를 선택하는 가장 좋은 방법은 무엇입니까?
시중에는 다양한 종류의 PCB 기판이 판매되고 있습니다. 각 기판의 두께와 강도는 다양합니다. 따라서 회로 기판에 적합한 최고 품질의 기판을 찾는 것은 매우 어렵습니다. 더 나아가, 충분한 지식 없이 적합한 기판을 찾는 것조차 쉽지 않습니다.
필요에 맞는 PCB 기판 유형을 선택하는 것은 어렵지 않습니다. 이미 기판 선택에 대한 모든 기준을 숙지하셨기 때문입니다. 다음 사항을 고려해야 합니다.
- 열적 특성
- 전기적 특성
- 화학적 성질
- 기계적 성질
이러한 특성을 잘 알고 있다면 회로 기판에 적합한 고품질 기판을 선택할 수 있습니다. 또한, 기판의 PCB 기판 두께도 고려해야 합니다.
기판의 특성 외에도 기판의 몇 가지 중요한 특성도 고려해야 합니다. 다음은 몇 가지 중요한 특성입니다.
| PCB 소재 | 일반적인 사용법 | DK | Tg (oC) | 권장 보드 유형 |
| FR-4 | 기판, 라미네이트 | 4.2 ~ 4.8 | 135 | Standard |
| CEM-1 | 기판, 라미네이트 | 4.5 ~ 5.4 | 150 – 210 | 고밀도 |
| RF-35 | 기판 | 3.5 | 130 | 고밀도 |
| 테플론 | 얇은 판 모양의 | 2.5 ~ 2.8 | 160 | 마이크로파, 고출력, 고주파 |
| 폴리이 미드 | 기판 | 3.8 | > = 250 | 고출력, 마이크로파, 고주파 |
| PTFE | 기판 | 2.1 | 240 ~ 280 | 마이크로파, 고출력, 고주파 |
PCB 기판 소재의 종류
회로 기판은 상층과 하층, 두 겹의 소재로 구성됩니다. 상층은 반응 등 여러 용도에 매우 중요합니다. 또한, 회로 기판 설계는 이 필름에 따라 달라집니다.
마찬가지로, 하부 레이어는 설계 목적에 큰 기여를 합니다. 전 세계 기판 시장은 약 51만 평방미터로 추산됩니다. 기업들은 다양한 유형의 PCB 기판을 사용합니다.
대부분의 제조업체는 이 재료를 에폭시와 혼합합니다. 하지만 다른 제조업체들은 BT 혼합물과 혼합합니다. 대부분의 회사는 다양한 유전체 층을 사용하며, 강화 처리 여부와 관계없이 사용합니다.
기본적인 PCB 기판 유형은 다음과 같습니다.
부직포 유리
기판에 유리 미세섬유를 확산시키는 원리를 사용합니다. 고주파수에서 매우 우수합니다. 그러나 부직포 유리의 분산 계수는 그다지 좋지 않습니다.
짠 유리
널리 사용되는 PCB 기판 유형 중 하나입니다. 직조 유리섬유가 이 기판의 구성 요소입니다. 하지만 열적, 기계적 안정성이 낮아 적합하지 않습니다.
채움
특정 범위의 유전율을 가지고 있습니다. 세라믹과 같은 다른 재료는 유전율을 증가시킵니다.
보드용 기판을 선택하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 가장 중요한 방법은 제조업체의 숙련된 엔지니어링 팀의 도움을 받는 것입니다.
또한, 기질은 다음과 같이 4가지 범주로 분류할 수 있습니다.
단단한 보드
제조업체는 회로 기판의 형태를 길이 방향으로 유지하는 데 이를 사용합니다. 세라믹 기반 회로 기판입니다. 회로 기판이 휘거나 다른 모양으로 변형되는 것을 방지합니다.
소프트/플렉서블 보드
유연성 덕분에 다양한 프로젝트에 활용할 수 있습니다. 어떤 물체나 모양으로든 변형할 수 있습니다. 제조업체들은 물체를 구부려야 할 때 이 유형을 사용합니다. 따라서 플렉스 보드는 이러한 상황에 완벽한 선택입니다.
플렉스-리지드 PCB
다양한 상황에서 회사는 유연한 보드와 단단한 보드를 결합하여 제작합니다. 플렉스-리지드 PCB플렉스-리지드 보드는 폴리이미드처럼 여러 층으로 구성되어 있습니다. 플렉스-리지드 보드는 주로 항공우주 및 군사 분야에 사용됩니다. 또한, 다양한 의료 장비에도 사용할 수 있습니다.
FR-4
현재 가장 저렴하고 널리 사용되는 기판은 유리섬유 에폭시 라미네이트입니다. FR은 난연제의 줄임말이며 뛰어난 단열성을 자랑합니다. 이 소재는 반응성이 없는 할로겐화물인 브롬화물을 다량 함유하고 있습니다.
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