PCB(인쇄 회로 기판)는 이제 전자 산업의 핵심 구성 요소로 여겨집니다. 계산기와 같은 모든 종류의 소형 전자 제품을 대규모 장치, 프로젝트, 기계에 사용합니다.

          

PCB 보드의 구조는 적합한 프로젝트와 장치의 범위를 결정합니다. PCB 보드의 구조는 특정 용도에 보드를 사용하는 데 도움이 되는 PCB에 사용되는 재료의 종류를 기반으로 합니다.

           

PCB 판 구조 실크스크린, 솔더 마스크, 구리, 그리고 기판이 있습니다. 그 위에 부품 연결을 위한 도체층이 구성됩니다.

            

PCB 보드를 만드는 데 사용되는 다양한 재료는 해당 보드가 사용될 프로젝트의 성능, 작동 수명 및 품질을 결정합니다.

         

여기에서는 다양한 기능을 갖추고 기판 사양에 영향을 미치는 PCB 기판에 사용되는 다양한 유형의 소재에 대해 살펴보겠습니다. 시작해 보겠습니다.

           

주요 PCB 구성 요소는 무엇입니까?

            

PCB 보드의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

               

  •  기판(기본 재료)

              

  •  구리층

               

  •  솔더 마스크

              

  •  실크 스크린

              

  •  전도성 경로

                  

PCB 보드의 모든 구성 요소의 중요성은 부인할 수 없으며, 각 구성 요소는 PCB 작동에 중요한 의미를 갖습니다.

               

 기판(기본 재료)

                   

기본 재료는 일반적으로 에폭시 수지와 함께 제공되며 구리 호일과 혼합하여 사용됩니다.

                  

PCB 기판 또는 기본 소재는 다른 모든 PCB 부품이 구성되는 PCB의 주요 구성 요소입니다. 회로의 기반 역할을 하며, 기판에 연결된 부품에 필수적인 기계적 지지력을 제공합니다.

                   

다양한 기본 소재는 보드의 신뢰성을 높이고 연결된 장치에서 우수한 성능을 발휘하는 데 도움이 되는 특성을 가지고 있습니다. 따라서 기본 소재의 적절한 사용은 정확한 보드 구조 성능을 결정합니다.

                 

기판 재료는 보드의 물리적 특성을 파악하는 데에도 도움이 됩니다. 예를 들어, 보드의 내구성을 높이기 위해 단단한 재료를 사용했다면, 유연한 기판은 보드를 유연하게 만들고 쉽게 구부릴 수 있도록 합니다.

         

 구리층

               

기판 소재에 구리 층이 도포됩니다. PCB 기판의 종류에 따라, 단면 기판의 경우 한쪽 면에 구리 코팅이, 다층 기판의 경우 두 면 이상에 구리 코팅이 적용됩니다.

            

이러한 구리 층은 트랜지스터, 다이오드, 인덕터 등과 같은 보드에 연결된 서로 다른 상대체 사이에 전기 신호나 전류를 흐르게 하는 데 사용됩니다. 이러한 층에서 신호를 받은 후, 연결된 구성 요소는 각각의 기능을 수행합니다.

              

 솔더 마스크

       

        

솔더 마스크는 구리 층에 도포되는 보호 폴리머 층입니다. LPISM 또는 액상 광상형 솔더 마스크라고도 합니다. 솔더 마스크의 주요 기능은 구리 층이 서로 상호 작용하지 않도록 보호하고 단락을 유발하지 않도록 격리하는 것입니다.

                   

이 층은 또한 산화 및 솔더 브릿지 생성과 같은 다양한 환경적 요인으로부터 보드를 보호합니다.

                           

 실크 스크린

            

                     

실크스크린은 다양한 구성 요소의 연결, 보드의 일부, 구성 요소의 상징적 표현 및 관련 프로젝트의 기타 세부 사항을 찾는 데 도움이 되는 잉크 흔적으로 만든 레이어입니다.

                            

실크스크린의 또 다른 이름은 기판의 명칭입니다. 실크스크린은 부품이 연결되는 면에 도포되지만, 일부 기판에서는 납땜 면에서도 볼 수 있습니다.

             

 전도성 경로

           

설계에 따라 구리로 제작된 전도성 경로가 PCB 기판 표면의 한쪽 또는 양쪽에 적용됩니다. 전도성 경로 위에는 솔더 마스크가 도포되어 도체를 환경 요인으로부터 보호합니다.

      

일반적인 PCB 소재는 무엇입니까?

  

PCB 기판 기반 PCB 유형 및 프로젝트 요구 사항에 따라 다양한 유형의 재료가 사용됩니다. 일반적으로 사용되는 재료는 다음과 같습니다.

          

 FR-4

                

FR4는 난연성을 뜻하는 난연성 소재로, PCB 기판에 널리 사용됩니다. 저비용 소재이며 높은 유전 강도와 절연 특성을 갖추고 있습니다.

                 

FR4는 유리 강화 에폭시 라미네이트 시트로, 내후성과 난연성이 우수하며, 높은 인장 강도를 제공합니다.

              

비용 효율적인 특징으로 인해 보드 제조에 선호되는 다양한 제조 공정과 호환됩니다.

             

이 소재의 유전손실은 약 0.015~0.025이고, 유전상수는 4.2~4.8입니다. 이 값은 제조 기술에 따라 달라질 수 있습니다.

                  

이 물질의 유리전이온도 값은 105~130C이다.

          

             

 고온 재료

                

고온 재료(High Tg라고도 함)는 다양한 온도 조건을 견딜 수 있도록 제작됩니다. Tg 값이 150도 이상인 재료를 고온 재료로 간주합니다.

                  

PCB 기판에 가장 일반적으로 사용되는 고온 소재는 세라믹 기판과 폴리이미드입니다.

                                                                              

폴리이미드 소재의 고온 값은 약 280°C에서 350°C입니다. 또한 열 사이클링 시 박리를 제어하는 열팽창 계수가 더 낮습니다.

           

알루미늄과 질화알루미늄은 PCB 제작에 사용되는 세라믹 기반 소재입니다. 높은 열전도도를 가지고 있어 열을 효과적으로 방출하고, 기판 내 연결된 부품의 발열을 줄이는 데 도움이 됩니다.

                 

 유연한 재료

            

유연 소재 개발의 주요 목적은 경성 기판으로는 전기적 성능을 유지하면서도 유연한 특성을 제공할 수 없는 분야에 적용하는 것입니다. 따라서 유연 소재는 항공 산업, 의료 기기 등 다양한 분야에 사용됩니다. 가장 널리 사용되는 유연 소재는 폴리에스터입니다.

           

폴리에스터 소재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)라고도 하며, 우수한 전기적 특성을 제공하고 부식과 습기에 강하기 때문에 PCB를 만듭니다.

                    

 금속 코어 재료

              

우수한 열 특성이 요구되는 애플리케이션에서는 FR4 소재 대신 금속 코어 PCB 소재가 사용됩니다. 이러한 소재는 PCB 금속 코어의 발열을 처리하기 위해 작동 중 열을 발생시키는 LED 조명과 같이 다양한 고전력 부품의 작동 중 발생하는 열을 처리하는 특성을 가지고 있습니다.

                 

금속 코어 보드에 가장 일반적으로 사용되는 금속은 알루미늄이지만, 일부 응용 분야에서는 구리도 사용됩니다. 구리 대체재로서 알루미늄의 주요 용도는 저렴한 가격입니다.

                 

금속 코어는 연결된 중요 부품의 열을 저발열 영역으로 이동시킵니다. 금속 코어 보드의 표면에는 전도성, 방열성, 금속 기판층이 있습니다.

                    

금속 코어 PCB의 주요 유형은 다음과 같습니다.

                       

·   단층 MCPCB

         

·   COB MCPCB

              

·   이중층 MCPCB

          

·   양면 MCPCB

          

·   다층 MCPCB

           

PCB 재료 특성은 무엇입니까??

              

PCB 보드 소재를 선택하기 전에 반드시 확인해야 할 주요 특성은 다음과 같습니다.

                 

유전율

                 

유전율은 전기장의 형태로 에너지를 저장하기 위해 선택된 재료의 특성을 정의하는 요소입니다.

              

Dk 값은 수치로 표시됩니다. 이 계수는 기판의 전기적 성능에 영향을 미칩니다. 진공 상태에서 PCB에 사용되는 재료의 비유전율 값을 정의합니다.

              

유전율이 낮은 재료는 빠른 신호 전파를 위한 고주파 프로젝트에 사용됩니다.

               

다양한 재료에 대한 DK 값은 다음과 같습니다.

            

·   FR4: 4.2~4.8

           

·   폴리이미드:3.2~3.6

            

·   액정폴리머(LCP): 2.9.

                  

소산 계수

                     

이 계수는 재료의 전기 에너지 손실을 설명하며 손실 탄젠트라고도 합니다. 또한 재료의 에너지 저장을 설명합니다. 이 계수는 RF 회로에 적용됩니다. FR4 재료의 손실 계수 값은 0.015입니다.

             

열전도도

                

고전력 부품을 사용하는 프로젝트에 있어서 재료의 열전도도는 필수적인 요소입니다.

              

작동 시 기판 내 연결된 부품에서 발생하는 열을 재료가 발산하는 능력에 반하는 값이므로, 이 계수의 측정 단위는 미터-켈빈당 와트(W/mk)입니다. K 또는 TC로 표시합니다.

                 

PCB 방열 특성을 결정하는 주요 요소입니다. TC 값이 높은 소재는 더 많은 열을 방출하여 보드의 작동을 원활하게 합니다.

                   

알루미늄의 열전도도는 약 1W/mK에서 3W/mK로 우수한 TC 특성을 가지고 있습니다. 반면 FR4는 약 0.3W/mK로 낮은 열전도도를 가지고 있어 방열에 어려움을 겪습니다.

              

기계적 강도

                     

선택된 PCB용 소재는 적절한 작업을 위해 응력 조건을 쉽게 처리할 수 있는 능력, 유연한 특성, 강성 등 몇 가지 기계적 특성을 가져야 합니다.

               

재료를 선택하기 전에, 고압과 기계적 힘이 가해지는 용도에 사용하는 경우 충격이나 진동을 쉽게 견딜 수 있는지 확인하세요.

             

CTE

              

CTE는 가열 시 나타나는 재료의 열팽창 계수입니다. 재료가 온도 상승에 따라 급격히 팽창하면 재료가 손상될 수 있으므로, CTE 값은 재료 손상을 방지하기 위해 제한된 범위 내에 있어야 합니다.

                   

전기 강도

                  

재료가 전기를 처리하는 능력 고장 전기적 강도라고 합니다. 전기적 강도의 값은 볼트로 측정됩니다.

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적절한 PCB 소재를 어떻게 선택합니까?

PCB에 선택된 소재는 적절한 열 관리 기능을 갖추고 있어야 합니다. 이러한 기능은 장시간 작동에 가장 적합하기 때문입니다. 선택된 소재가 제대로 방열되지 않으면 열이 연결된 부품의 작동에 영향을 미치고 장치의 효율을 저하시킵니다. 기판의 발열량을 제어하는 가장 좋은 방법은 방열판이나 열을 발산할 수 있는 금속 소재를 사용하는 것입니다.

 

재료비

 

PCB 제조 비용은 보드에 선택된 재료에 따라 결정됩니다. 재료 비용은 보드 설계와 여러 층의 두께에 따라 달라집니다. 보드 제작에 특수 재료를 사용하는 경우 비용도 증가합니다. 보드의 층 수가 증가함에 따라 비용도 증가합니다. 고주파 재료는 비쌉니다. 하지만 좋은 재료를 사용하면 프로젝트와 연결된 장치의 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다.

 

제조 기술

 

제조 기술 또한 우수한 PCB 소재를 사용하는 데 중요한 요소입니다. PCB 제조에는 스루홀(Through Hole) 또는 표면 실장 기술(SMT)의 두 가지 일반적인 기술이 사용됩니다. 선택된 소재는 이러한 기술과 호환되어야 우수한 응력 관리 기능을 제공할 수 있습니다.

PCB 기판은 이제 전 세계 거의 모든 산업 분야에서 다양한 프로젝트와 장치를 만드는 데 사용됩니다. 따라서 PCB의 신뢰성을 유지하는 것이 매우 중요합니다. 신뢰성과 내구성을 갖춘 PCB 기판을 위해서는 특수 프로젝트의 PCB 요건을 쉽게 충족할 수 있는 표준 및 고품질 소재가 필요합니다. PCB에는 가장 널리 사용되는 FR4를 비롯하여 폴리이미드, 폴리에스터, 그리고 일부 금속 등 다양한 소재가 사용됩니다. 고품질 소재는 우수한 열 성능, 기계적 특성, 그리고 방열 계수를 제공해야 하며, 산화 및 부식과 같은 다양한 환경 조건을 견딜 수 있어야 합니다. 소재는 환경 친화적이어야 하며, 인체에 무해하고 재활용이 용이해야 합니다. 소재 선택은 프로젝트 및 회로의 요건을 기반으로 해야 합니다.