PCB 블로그 - FR-4 VS 알루미늄 패널

FR4 회로 기판의 재료는 유리 섬유와 에폭시 수지의 복합 재료이며 유리 섬유 천 침전 에폭시 수지라고도 합니다.일반적으로 유리섬유와 에폭시 수지의 비율은 1:2이다. 좋은 내열성, 안정적인 전기 절연 성능, 다양한 전자기기에 널리 활용될 수 있는 높은 기계적 강도가 장점이다.CTE(열팽창계수)는 재료가 온도 변화에 응답해 팽창하는 정도를 보통 ppm/°C(섭씨 1천분의 몇%)로 나타낸다. FR-4의 CTE 값은 약 15~19ppm/℃로 대부분의 유기농 패키징 수요에 적합하다.낮은 CTE 패키지에 대한 업계의 수요가 증가함에 따라 FR-4의 CTE는 더욱 엄격한 심사를 받았다.

CTE는 PCB의 성능에 매우 중요합니다. 특히 열 순환을 거칠 때 서로 다른 재료 사이의 CTE가 배합되지 않으면 응력이 발생하여 기계 고장을 일으킬 수 있기 때문입니다.구체적으로 FR-4가 구리와 같은 다른 재료와 결합할 때 각 재료의 팽창률이 다르기 때문에 온도 변화로 인해 인터페이스가 갈라지거나 벗겨질 수 있습니다.설계의 신뢰성을 보장하기 위해서는 FR-4 재료의 수평 및 수직 CTE(CTEx, CTEy, CTEz)를 정확하게 고려해야 합니다.

FR4 보드 제조 프로세스는 다음 단계로 요약할 수 있습니다.

1. 유리섬유천의 제조: 유리섬유는 직기로 연결하여 유리섬유천을 형성한다.

2.조가공: 준비된 유리섬유천을 큰 금형에 넣고 에폭시수지를 첨가하여 열압기술로 굳혀 성형한다.

3. 정밀가공: 미리 처리된 유리섬유천은 드릴링, 구리도금 및 검사가공을 거쳐 각종 규격과 모델의 FR4 회로기판을 생산한다.

FR-4는 인쇄회로기판 (PCB) 에서 흔히 사용하는 기판으로서 그 열팽창계수 (CTE) 는 전자공업의 몇개 응용에서 모두 중요하다.

1. 열 관리 및 크기 안정성

FR-4 재료의 CTE는 일반적으로 50-70x10^-6/°C 범위에 있으며 온도 변화 과정에서 치수 안정성을 나타냅니다.전자기기가 작동할 때 열의 발생은 재료의 팽창 또는 수축을 초래하고 지나치게 높은 CTE는 회로기판의 변형을 초래하여 신뢰성에 영향을 줄수 있다.설계자는 다양한 작동 조건에서 보드가 원활하게 작동하도록 CTE의 영향을 고려해야 합니다.

2. 용접 신뢰성

용접 과정에서 회로 기판은 급속한 열 순환을 거치며 온도의 갑작스러운 상승과 하강은 용접 재료의 접촉 불량과 이후 연결 실패를 초래할 수 있습니다.적절한 CTE 재료를 선택하면 열 응력이 감소하고 용접점의 강도와 신뢰성이 보장됩니다.이는 전자기기의 고밀도 조립과 소형화에 특히 중요하다.

3. 고주파 회로에 적용되는 중요성

고주파 회로는 재료의 개전 성능과 열팽창 특성에 대해 엄격한 요구를 가지고 있다.FR-4는 고주파 응용 프로그램에서 재료를 잘못 선택하면 신호 지연과 왜곡을 초래할 수 있습니다.적절한 CTE는 회로 기판이 작동 주파수에서 양호한 신호 무결성을 유지하도록 하는 것이 고주파 회로를 설계하는 중요한 요소 중 하나이다.

4.비용 효율성 고려

FR-4는 세라믹, PTFE 등 다른 재료에 비해 비용이 적게 들고 성능이 비교적 안정적인 선택이다.비용 효율적인 관점에서 볼 때, FR-4는 기본적인 CTE 요구 사항을 충족하는 동시에 생산에서 높은 경제성을 제공합니다.이러한 비용 / 성능 이점은 FR-4를 특히 소비자 가전 제품에서 여러 분야의 주요 재료로 만들었습니다.

알루미늄판은 열 방출 기능이 좋은 금속 기복동판이다.일반적으로 단일 패널은 회로 레이어 (동박), 절연 레이어 및 금속 기판의 세 가지 레이어 구조로 구성됩니다.일부 고급에서 사용하는 설계도 이중패널로서 회로층, 절연층, 알루미니움기, 절연층과 회로층의 구조를 갖고있다.일반 다층판을 절연층과 알루미늄판에 접착시켜 만들 수 있는 다층판은 거의 없다.

FR-4와 알루미늄 패널의 차이점

1. 성능

서로 다른 기판 재료의 도선 (동선) 과 퓨즈 전류의 비교는 알루미늄 기판과 FR-4 기판의 비교를 보면 금속 기판의 높은 방열성 때문에 전도성이 현저하게 향상되어 다른 각도에서 알루미늄 기판의 높은 방열 특성을 나타낸다.알루미늄 기판의 발열은 절연층의 두께와 열전도 계수와 관계가 있다.절연층이 얇을수록 알루미늄 패널의 열전도성이 높습니다 (그러나 내압성은 낮음).

2. 가공성

알루미늄 패널은 높은 기계적 강도와 강인성을 가지고 있으며 FR-4 패널보다 우수합니다.이를 위해 알루미늄판에 대면적의 인쇄판을 제작하고 알루미늄판에 대형부품을 설치할수 있다.

3. 전자기 차폐 성능

회로의 성능을 보장하기 위해서, 전자 제품의 일부 부품은 전자파의 복사와 방해를 방지해야 한다.알루미늄판은 차폐판으로 전자파를 차단할 수 있다.

4.열팽창계수

일반 FR-4의 열팽창, 특히 판재의 두께로 인해 금속화 구멍과 선재의 품질에 영향을 줄 수 있습니다.주요 원인은 원자재 중 구리의 열팽창 계수가 두께에서 17 * 106cm/cm-C이고 FR-4판의 열팽창률은 110 * 106cm/cm2로 차이가 현저하며 가열 기판의 팽창, 동선 변화, 금속 구멍의 파열이 제품의 신뢰성에 미치는 손상이 발생하기 쉽다.알루미늄판의 열팽창계수는 50 × 106cm/cm-C로 일반 FR-4판보다 작고 동박의 열팽창률에 가깝다.

5. 응용분야

FR-4 보드는 일반 회로 설계 및 일반 전자 제품에 적용됩니다.알루미늄 패널은 일반적으로 LED 전등과 같은 발열 요구 사항이 높은 전자 제품에 사용됩니다.

FR4는 PCB 제조에서 가장 많이 사용되는 보드 중 하나인 유리섬유 강화 에폭시 수지판이다. 고온과 고주파에서 작동할 수 있는 우수한 기계적 강도, 내열성, 전기적 성능을 갖추고 있다.FR4 보드는 열팽창 계수가 작고 안정성이 뛰어나 고정밀 전자 제품을 제조하기에 적합합니다.

알루미늄판은 알루미늄판, 절연층, 동박으로 구성된 금속 기판이다.고출력 전자 제품 제조를 위한 뛰어난 열전도성과 열 방출 성능을 제공합니다.알루미늄 패널은 FR4 패널보다 발열 성능이 뛰어나기 때문에 고출력 LED 램프, 고출력 인버터 등 전자제품 제조에 적합하다.

PCB 보드의 다양성은 전자 제품 제조에 더 많은 옵션을 제공합니다.회로기판을 선택할 때 전자제품의 성능요구, 작업환경과 원가 등을 종합적으로 고려할 필요가 있다.FR4와 알루미늄판은 각각 장단점이 있어 실제 상황에 따라 선택해야 한다.