FR-4 는 인쇄 회로 기판에 가장 널리 사용되는 기판 소재입니다. 하지만 정확히 어떤 특성이 이 소재를 그렇게 많이 찾는 PCB 기판으로 만들까요?
흥미롭게도 PCB 제조에 종사하는 많은 사람들이 FR-4의 특성을 명확하게 이해하지 못하고 있습니다. FR-1, G-10, 알루미나, PTFE와 같은 다른 PCB 기판에 비해 어떤 장점이 있는지 모르는 경우가 많습니다.
이 게시물의 목표는 인쇄 회로 기판의 기본 재료로서 FR-4의 특성과 사용 사례를 조명하는 것입니다. 이 논의가 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 되기를 바랍니다.
FR-4란 무엇인가요?
표준 등급과 이름을 모두 지칭하는 FR-4는 유리 강화 에폭시 라미네이트 소재. FR은 난연성을 의미하며 4는 재료의 등급을 나타냅니다. 단단한 난연성 에폭시 수지에 유리섬유 층을 엮어 만든 복합 소재입니다.
FR-4는 기판 재료, 즉 인쇄 회로 기판의 주요 절연 백본으로 널리 사용됩니다. 저렴한 비용, 높은 유전체 강도 및 내습성은 FR-4의 주목할 만한 장점입니다. 이러한 특징 덕분에 FR-4는 인쇄 회로 기판의 기판 재료로 널리 사용되고 있습니다. FR-4 보드의 한쪽 또는 양면에 정교한 회로를 인쇄할 수 있습니다.
FR-4 인쇄 회로 기판의 두께를 선택할 때 고려해야 할 요소
라미네이트 기판을 사용하는 PCB 프로젝트를 진행하는 전기 엔지니어는 기판의 두께를 지정해야 합니다. 보드의 설정에 따라 두께는 인치, 밀리미터 또는 천분의 1인치를 나타내는 두(thou) 단위로 측정할 수 있습니다. 그러나 일반적으로 10두에서 3인치 범위입니다.
전자 기기는 해가 갈수록 점점 더 작아지고 있습니다. 따라서 PCB 보드의 두께는 가젯의 크기, 디자인, 정밀도 및 미적 매력을 크게 결정합니다. 다음은 라미네이트 보드의 두께를 결정할 때 염두에 두어야 할 몇 가지 요소입니다:
공간
더 얇게 FR-4 보드 는 두꺼운 제품보다 수요가 더 많습니다. 그 이유는 분명합니다. Bluetooth 액세서리 및 USB 커넥터와 같은 가젯이 점점 더 작아지고 있기 때문입니다. 공간을 절약할 수 있기 때문에 더 작고 얇은 FR-4 보드는 대규모 프로젝트에서도 선호됩니다.
연결
PCB 설계는 단면 또는 양면일 수 있습니다. 양면 디자인에는 양면을 연결하는 에지 커넥터가 필요합니다. 커넥터의 결합 부분에 문제가 생기면 PCB가 손상될 수 있습니다. 이것이 회로가 설계될 때까지 회로의 재질을 선택하지 않는 이유입니다.
유연성
특정 애플리케이션에 따라 FR-4 보드의 유연성이 바람직한 기능이 될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다. 보드는 얇을수록 더 유연한 경향이 있습니다. 정기적으로 구부리거나 응력을 가하는 제품에는 유연한 보드가 필요합니다. 자동차 및 의료 분야에서 사용되는 기기는 종종 유연한 기판이 필요합니다.
그러나 PCB 제조 공정에서 유연성은 종종 바람직하지 않은 특징입니다. 이는 부분적으로 조립을 더 복잡하게 만들기 때문입니다. 납땜기를 사용하면 유연한 기판이 구부러져 부분적으로 납땜될 수 있습니다. 이렇게 휘어지면 보드에 배치된 연결부와 부품이 손상될 수 있습니다.
디자인
FR-4 보드의 두께는 보드의 설계 요구 사항에 따라 결정되어야 합니다. 얇은 보드가 모든 유형의 프로젝트에 적합한 것은 아닙니다. 예를 들어 홈이 있는 디자인에는 상대적으로 두꺼운 보드가 필요합니다.
임피던스 매칭
다층 보드의 경우 보드 자체가 커패시터 역할을 하기 때문에 두께가 중요합니다. 커패시턴스를 어느 정도 결정하는 유전체는 보드의 두께에 따라 결정됩니다.
구성 요소의 호환성
일부 스루홀 구성 요소와 같은 많은 구성 요소는 특정 두께 범위에서만 호환됩니다. 그렇기 때문에 부품 호환성은 FR4 PCB 두께를 결정할 때 고려해야 할 중요한 요소입니다.
무게
PCB의 무게는 FR-4 보드의 두께에 따라 크게 달라집니다. 더 가벼운 제품을 생산하는 제조업체는 얇은 기판을 선호합니다.
FR-4가 PCB 프로젝트에 적합한 소재인가요?
대부분의 전자 제품 애플리케이션에는 FR4 기판이 기본으로 사용됩니다. FR-4의 인기는 이 소재의 강도, 저렴한 비용, 신뢰성 덕분입니다. 하지만 모든 애플리케이션에 가장 적합한 소재는 아닙니다. 고주파 라미네이트는 고주파 설계에 적합합니다.
다음은 FR4 소재와 고주파 라미네이트 중에서 선택할 때 염두에 두어야 할 몇 가지 주요 요소입니다:
- 비용: FR-4는 고주파 소재보다 저렴합니다. 따라서 비용이 중요한 제조업체라면 FR-4가 고주파 라미네이트보다 확실히 더 나은 옵션입니다.
- 신호 손실: 손실 계수가 높기 때문에 FR-4는 신호 손실이 더 높으며, 이는 고주파 상황에서 문제가 됩니다. 이러한 애플리케이션에 FR-4를 사용하면 회로에서 더 많은 신호 손실이 발생합니다. FR-4의 Df는 약 0.020이지만 일반적인 고주파 라미네이트의 Df는 약 0.004입니다.
- 임피던스 안정성: 고주파 설계 및 대형 회로의 경우 성능은 임피던스 안정성에 따라 달라집니다. 고주파 라미네이트는 유전율의 안정성을 유지하는 데 바람직합니다. 이 값은 다시 임피던스 안정성을 결정하는데, FR-4의 경우 보드 내 온도가 변함에 따라 Dk 값이 영역에 따라 달라지기 때문입니다.
- 온도 관리: 온도 변화는 기본 재료의 유전 상수에 영향을 미칩니다. 그 정도는 상수의 열 계수에 따라 달라집니다. 섭씨 1도 온도 변화에 대해 FR-4는 약 200ppm의 열 계수를 갖습니다. 고주파 라미네이트의 경우 이 수치는 약 40ppm입니다. 이 차이는 그다지 크지 않아 보이지만 중요한 요소입니다. 특히 상대적으로 더운 환경에서 사용해야 하는 보드에 있어서는 더욱 중요합니다.
- 유전 상수: 일부 애플리케이션에서는 회로 기판의 유전 상수가 중요한 특징이 될 수 있습니다. 고주파 회로에서 전송 라인의 크기는 유전 상수에 따라 크게 달라집니다. 회로 크기는 전송 라인의 크기에 비례합니다. 작은 기판에는 유전율이 높은 재료가 바람직합니다. 고주파 재료의 Dk 값은 6.15~11이지만 FR-4의 Dk 값은 약 4.5입니다. 이 낮은 Dk 값은 경우에 따라 FR-4를 소형 PCB 보드에 적합하지 않게 만들 수 있습니다.
- 운영 환경: 회로의 기본 재료를 선택할 때는 환경을 고려하세요. 고주파 라미네이트는 더 높은 수준의 온도 및 습기 저항성을 제공합니다. 이것이 일부 하이엔드 디자이너가 고주파 라미네이트를 선호하는 이유 중 하나입니다.
마무리
회로 기판의 기본 재료를 선택하고 두께를 결정할 때는 모든 관련 요소를 고려하세요. FR-4는 고주파 라미네이트에 비해 장점이 있지만 모든 유형의 애플리케이션에 적합한 기판 재료는 아닙니다.
대부분의 경우 FR-4는 저렴하고 다양한 크기와 두께로 제공되므로 매우 편리합니다. 하지만 장단점을 잘 따져보고 프로젝트에 적합한 회로 기판 기본 재료를 선택하는 것이 중요합니다. 이제 결정을 내릴 준비가 되셨기를 바랍니다.