FR-1 PCB: FR-2, FR-3 및 FR-4 PCB와의 비교

PCB 제조 시, 엔지니어가 초기 설계 단계에서 가장 먼저 해야 할 일은 회로 기판의 기판을 결정하는 것입니다. 다양한 소재는 방열 성능, 기계적 강도, 납땜성 및 최종 생산 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 적절한 소재를 선택하는 것은 성능뿐만 아니라 전체 프로젝트의 원활한 양산 여부와도 관련이 있습니다. FR-1 PCB는 저렴한 가격과 유연한 공정 방식으로 인해 다양한 단순 가전제품에 비용 효율적인 용도로 널리 사용됩니다.

 

업계에서는 FR-4에 대한 인식이 매우 높지만, 실제로 FR 소재 시스템 내에는 FR-1, FR-2, FR-3 등 다양한 용도에 적합한 종이 기반 및 수지 기반 소재가 존재합니다. 많은 사람들이 이러한 소재의 차이점, 용도 및 성능 포지셔닝을 명확히 알지 못하며, 소재 선택 시 혼란을 겪기도 합니다.

 

이 글은 실용적이고 사용자 중심적인 접근 방식으로 시작하여 FR-1이 전체 소재 라인업에서 어떤 역할을 하는지 이해하고, FR-1의 특성, 제조 측면에서 어떤 독창성을 가지고 있는지, 그리고 비용과 성능 간의 균형을 어떻게 이루는지 더욱 직관적으로 이해할 수 있도록 도와드립니다. 이 글을 통해 FR-1에 대한 개념을 더욱 명확하게 이해하실 수 있을 것입니다. FR-2, FR-3, FR-4와의 철저한 비교를 통해 어떤 소재가 제품 개발 방향에 더 적합한지 빠르게 판단하실 수 있을 것입니다.

 

FR-1 PCB란 무엇인가?

 

FR-1은 셀룰로스 종이(페놀 종이라고도 함)를 기본 재료로 하고 페놀 수지 시스템으로 강화 및 경화된 경질 회로 기판 소재입니다. FR은 난연성(Flame Retardant)을 의미하며, 숫자 "1"은 IPC/IEC 분류 체계에서 열 성능 수준을 나타냅니다.

 

일반적인 FR-4 유리섬유 기판과 비교했을 때, FR-1 PCB의 코어는 모두 종이 기반 소재로 구성되어 있어 비용이 매우 저렴하고 구조가 단순한 전자 제품의 대량 생산에 적합합니다. 가볍고 공정이 간단하여 다양한 단층 회로 기판에 널리 사용되며, 보급형 PCB에서 가장 일반적인 선택 중 하나입니다.

 

FR-1 PCB 구조

 

일반적인 FR-1 PCB 다음 레이어로 구성됩니다.

 

• 구리 호일(18–70 μm) — 구리 층은 비용을 줄이기 위해 비교적 얇지만 간단한 회로 전도 요구 사항에는 여전히 충분합니다.

 

• 페놀 종이 코어 — 페놀 수지를 함침시킨 셀룰로스 종이로 제작되어 기본적인 기계적 강도와 난연 성능을 제공합니다.

 

• 접착층 — 구리 호일을 종이 기질에 단단히 결합시켜 구조적 안정성을 유지하는 데 필수적입니다.

 

• 솔더 마스크(선택 사항) — 저가형 FR-1 제품 중 다수는 제조 비용을 더욱 줄이기 위해 솔더 마스크를 생략합니다.

 

• 실크스크린 층 — 표시, 텍스트, 참조 표시기에 사용되며 표준 대량 생산 공정의 일부를 구성합니다.

 

FR-1의 코어는 종이 기반이기 때문에 비교적 부드럽고 내열성이 제한적입니다. 이로 인해 드릴링 중 버(burr)가 발생할 수 있으며, 유리 섬유 소재에 비해 열충격 저항성이 약합니다. 이러한 특성은 적용 가능한 조립 공정을 결정합니다. FR-1은 무연 리플로우 솔더링에 적합하지 않으며, 더 온화한 열 조건에서만 가공할 수 있습니다.

 

  

FR-1 PCB 소재 특성

 

전기적 특성

 

부동산	전형적인 가치	노트
유전율(1MHz)	~5.0–5.1	저주파 회로에 충분히 안정적
소산 인자	~ 0.03	전원 및 간단한 아날로그에 적합
체적 저항	10⁸–10⁹Ω·cm	유리섬유 적층판보다 낮음
절연 저항	보통	습도에 민감하다

 

FR-2, FR-3, FR-4와 비교했을 때 전기적 성능은 적절하지만 고속 또는 고주파 설계에는 적합하지 않습니다.

 

열적 특성

 

매개 변수	FR-1 PCB 일반 범위
Tg	125-135 ° C
Td	260 ° C 미만
최대 리플로우 용량	Pb-free 리플로우에 적합하지 않습니다.
내열성	높음
열전도율	약한

 

낮은 Tg는 FR-1 PCB가 무연 솔더링을 사용하는 SMT 조립에 권장되지 않는 주요 이유입니다. 웨이브 솔더링은 통제된 조건에서만 가능합니다.

 

기계적 성질

  

부동산	노트
펀치력	우수함 - 대량 스탬핑에 이상적
굴곡 강도	FR-2 또는 FR-4보다 낮음
드릴 품질	하부 구멍-벽 무결성
뒤틀림 저항성	제한된
밀도	가벼움; 비용에 민감한 제품에 적합

 

뛰어난 펀칭성 덕분에 FR-1 PCB는 저가형 전원 어댑터, 장난감, 간단한 가전제품 분야에서 널리 사용됩니다.

 

환경 및 안전 성과

 

•  기본 난연성 요구 사항을 준수합니다.

 

•  ROHS 규정을 준수하는 변형이 가능합니다.

 

•  FR-3 또는 FR-4보다 습기 저항성이 낮음

 

•  혹독한 환경이나 야외 전자기기에는 적합하지 않습니다.

 

종이 기반 라미네이트는 습기를 더 쉽게 흡수하고 열 순환 시 더 빨리 분해됩니다.

 

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FR-1 PCB의 장점

 

1. 매우 낮은 비용

 

모든 경성 회로 기판 소재 중 FR-1은 가격이 거의 가장 저렴하여 비용 이점을 추구하는 제품에 매우 적합합니다. 대형 가전제품의 경우, FR-1을 사용하면 전체 제조 비용을 크게 절감할 수 있습니다.

 

2. 대량 펀칭에 적합

 

FR-1은 종이 기반 구조로 인해 기계식 펀칭 작업 시 탁월한 성능을 발휘하여, 빠른 일괄 성형이 가능하고 드릴링 및 밀링 방식보다 시간을 절약할 수 있습니다. 이러한 특징은 특히 단순한 형상과 대량 생산이 가능한 단층 보드에 적합합니다.

 

3. 저주파 회로의 안정적인 전기적 성능

 

FR-1의 유전 성능은 FR-4만큼 좋지는 않지만, 저주파 및 저전압 소형 회로에는 충분합니다. 예를 들어, AC-DC 소형 전원 공급 장치, 부저 회로, 표시등 드라이버, 단순 스위치 회로 및 기타 기본 응용 분야에 적합합니다.

 

4. 가볍고 가공이 용이함

 

FR-1 PCB는 가볍고 절단 및 펀칭 가공이 매우 편리합니다. 소형 가전제품, 장난감, 제어 모듈 및 기타 저가 제품에 이상적입니다.

 

5. 안정적인 공급망을 통해 널리 이용 가능

 

거의 모든 PCB 공장은 FR-1 PCB를 표준 단면 소재로 갖추고 있으며, 공급망이 성숙되어 있고 납품 시간이 짧아 납품 속도에 대한 요구 사항이 높은 고객에게 매우 적합합니다.

 

FR-1 PCB의 한계

 

1. 내열성이 낮음

 

FR-1의 Tg는 비교적 낮으며(125~135°C), 무연 리플로우 솔더링의 고온을 견딜 수 없습니다. 웨이브 솔더링의 경우에도 온도를 엄격하게 관리해야 합니다. 그렇지 않으면 블리스터링, 박리 또는 변형이 발생할 수 있습니다.

 

2. 제한된 기계적 강도

 

FR-1은 종이 기반 소재이기 때문에 드릴링 강도가 FR-2, FR-3, FR-4보다 현저히 약합니다. 구멍 벽이 버(burr)와 손상되기 쉬우며, 다수의 도금 관통 구멍 가공이나 정밀 드릴링에는 적합하지 않습니다.

 

3. 다층 PCB에 적합하지 않음

 

FR-1은 종이 기반 구조로 인해 다층 적층에 필요한 고온 및 고압을 견딜 수 없으며, 관통홀의 신뢰성 또한 부족하여 단면 기판에만 사용할 수 있습니다.

 

4. 내습성이 낮음

 

FR-1은 흡습율이 높습니다. 주변 습도가 크게 변하면 절연 성능 저하, 기판 휘어짐 또는 성능 불안정이 발생하기 쉽습니다. 장기적인 안정성이 요구되는 제품에는 사용하지 않는 것이 좋습니다.

 

5. 기능적 제한 - 기본 회로에만 해당

 

FR-1은 단순, 저속, 저전압 회로에 적합합니다. 고주파 및 고밀도 배선이나 고전력 또는 대전류를 전달하는 용도에는 적합하지 않습니다. 이러한 모든 용도에는 FR-4와 같은 고급 소재의 사용이 필요합니다.

 

FR-1 PCB의 일반적인 응용 분야

 

FR-1 PCB는 다음에 적합합니다.

 

•  전원 어댑터 및 소형 충전기

 

•  장난감과 간단한 LED 회로

 

•  타이머, 부저, 비퍼

 

•  가전제품(커피메이커, 주전자, 다리미)

 

•  소형 제어 모듈

 

•  계산기와 시계

 

•  일회용 또는 반일회용 전자 제품

 

•  수백만 단위로 판매되는 저가 소비재

 

FR-1 대 FR-2 대 FR-3 대 FR-4

 

이 섹션에서는 FR-1 PCB가 다른 일반적인 라미네이트와 비교했을 때 어떤 위치에 있는지 이해하는 데 도움이 되는 자세한 비교를 제공합니다.

 

1. 기본 재료

 

• FR-1 PCB – 종이 + 페놀수지

 

• FR-1 – FR-2도 종이를 사용하지만 페놀 대신 에폭시 수지를 사용합니다.

 

• FR-3 - 에폭시 수지를 첨가한 종이 코어 + 내열성 향상

 

• FR-4 – 유리섬유 + 에폭시 수지(산업 표준)

 

2. 열 성능

 

자재	Tg	내열성	리플로우 기능
FR-1 PCB	125-135 ° C	높음	아니
FR-1 대 FR-2	FR-2는 내열성이 약간 더 좋습니다.	더 나은	리플로우용이 아닙니다
FR-3	~ 150 ° C	중급	제한된
FR-4	135-170 ° C	높음	완벽하게 적합

 

FR-4는 모든 열 성능 범주에서 확실히 우위를 점합니다.

 

3. 기계적 강도

 

• FR-1 PCB → 가장 약한 기계적 안정성

 

• FR-2 → 중간

 

• FR-3 → 에폭시 시스템으로 인해 더 강함

 

• FR-4 → 매우 강하고 견고함; 드릴링 및 다층 작업에 이상적

 

4. 전기적 성능

 

• FR-1 PCB: 저주파에만 적합

 

• FR-2: FR-2가 약간 더 좋음

 

• FR-3: 안정적인 유전 특성

 

• FR-4: 임피던스 제어 및 고속 신호 분야의 업계 리더

 

5. 제조 호환성

 

방법	FR-1 PCB	FR-2	FR-3	FR-4
펀칭	우수한	좋은	가난한	적합하지 않음
교련	가난한	중급	중급	우수한
도금	제한된	좋은	좋은	우수한
무연 SMT	지원되지 않음	지원되지 않음	일부의	완벽하게 지원됨

 

6. 비용 순위(낮음 → 높음)

 

1. FR-1 PCB

 

2. FR-2

 

3. FR-3

 

4. FR-4 (가장 높지만 가장 다재다능함)

 

올바른 FR 소재를 선택하는 방법

 

FR-1, FR-2, FR-3, FR-4 PCB를 선택할 때는 제품의 설계 요구 사항에 따라 가장 적합한 소재를 결정하는 것이 필요합니다.

 

FR-1 PCB는 비용이 최우선이고, 구조가 간단하며, 단일 패널 설계가 필요하고, 웨이브 솔더링만 필요하며, 제품 수명 주기가 비교적 짧은 애플리케이션에 더욱 적합합니다.

 

더 나은 기계적 강도와 중간 수준의 장비 작동 온도가 필요하고, 신뢰성을 높이기 위해 에폭시 수지를 재료로 사용하고자 하는 경우 FR-2가 더욱 안정적인 선택이 될 것입니다.

 

종이 기반 소재를 계속 사용하고 싶지만 FR-1보다 더 높은 내열성과 더 안정적인 전기적 성능이 필요하고 설계에 SMT 공정이 약간 포함된 경우 FR-3을 선택할 수 있습니다.

 

다층 구조, 고속 또는 고전력 회로, 고밀도 배선이 필요하고 내열성, 신뢰성, 내충격성에 대한 요구 사항이 높은 제품의 경우 FR-4는 업계 표준이자 가장 보편적이고 신뢰할 수 있는 옵션으로, 특히 무연 리플로우 솔더링 및 장기 사용 시나리오에 적합합니다.

 

맺음말

 

비용과 출력을 중시하고 회로 구조가 간단한 단층 가전제품의 경우, FR-1 PCB는 여전히 가장 비용 효율적인 기판 중 하나입니다. 내열성, 기계적 강도, 전기적 성능 측면에서 FR-2, FR-3, FR-4와 비교할 수는 없지만, 저전력 및 저복잡도 회로에서는 여전히 대체할 수 없는 비용적 이점을 제공합니다.

 

FR-1을 FR-2, FR-3, FR-4와 비교할 때, 최종 선택은 제품의 내열성, 기계적 강도, 신호 무결성 및 전반적인 신뢰성 요건에 따라 달라집니다. 전자 제품이 높은 안정성, 무연 리플로우 솔더링 지원, 그리고 더 엄격한 성능 기준을 요구한다면 FR-4가 업계의 주류로 남을 것입니다. 하지만 최고의 비용과 대량 생산을 추구하는 애플리케이션 시나리오에서는 FR-1 PCB가 여전히 탁월한 가치를 제공합니다.

 

 

FR-1 PCB에 대한 FAQ

 

1. FR-1 PCB는 무연 리플로우 솔더링에 적합합니까?

 

아니요. FR-1 PCB는 무연 리플로의 고온을 견딜 수 없습니다.

 

2. FR-1과 FR-2의 가장 큰 차이점은 무엇입니까?

 

FR-1은 페놀수지를 사용하는 반면, FR-2는 에폭시수지를 사용하므로 FR-2의 기계적, 열적 성능이 더 뛰어납니다.

 

3. FR-1이 FR-3보다 더 나은가요?

 

아니요. FR-3는 더 높은 Tg, 향상된 안정성, 더 나은 전기적 성능을 제공합니다.

 

4. FR-4가 FR-1 PCB보다 비싼 이유는 ​​무엇입니까?

 

FR-4는 유리 섬유 에폭시를 사용하고, 다층을 지원하며, 고속 전자 장치와 무연 공정에 적합합니다.

 

5. FR-1은 고주파 PCB 설계에 적합한 선택인가요?

 

아니요. FR-1 PCB의 유전 성능은 고주파 회로에 충분히 안정적이지 않습니다.