FR-4 PCB에 대해 알아야 할 모든 것

PCB는 현대 전자 기기의 핵심 부품입니다. 최종 제품에서의 용도에 따라 다양한 재료가 사용됩니다. 알루미늄, 로저스, 구리, 금속, HDI, FR-4 등이 있으며, 그중 FR-4가 가장 일반적으로 사용되는 재료입니다.

FR-4란 무엇인가요?

FR-4는 유리 섬유 에폭시 적층판의 한 종류입니다. FR-4에서 FR은 난연성을 의미하며, 이는 FR-4 기판이 화재에 강하다는 것을 뜻합니다. 숫자 4는 같은 범주의 다른 재료와 구별하기 위한 것입니다. FR-4는 또한 이러한 적층판을 만드는 데 사용되는 등급을 나타냅니다. 이 재료의 구성은 UL94V-0 표준을 준수합니다. 단층 또는 복층 PCB에서 FR-4 기판은 상하의 두 구리 호일 층 사이에서 전기 절연체 역할을 하며, 다층 PCB에서는 중앙 코어와 상하 구리 층 사이에 추가적인 프리프레그 층이 적층됩니다.

그림 1 FR-4 PCB

FR-4 PCB 의 장점

· FR-4 소재는 다음과 같은 특징 때문에 널리 사용됩니다.

· FR4는 다른 기본 재료에 비해 상대적으로 저렴하고 경제적이면서도 다양한 용도에 효과적입니다.

· 이 물질은 유전 강도가 높아 전기 절연체로서 뛰어난 기능을 하며 상당한 기계적 강도를 지니고 있습니다.

· 강도 대비 무게 비율이 높고 무게가 가볍습니다.

· 이 제품은 탁월한 전기 손실 성능을 자랑합니다.

· 수분 흡수율이 거의 0에 가까워,FR-4 PCB 해양 환경과 같이 습한 환경에서도 우수한 성능을 발휘할수 있습니다.

· 표준 FR4의 유리전이온도(TG)는 130~140°C입니다. 170°C 이상의 높은 TG는 열과 습기에 대한 기계적 및 화학적 저항성을 향상시킵니다.

PCB에 적합한 FR-4 두께를 선택하세요.

프로젝트에 FR-4를 선택할 때는 두께도 함께 지정해야 합니다. FR-4 두께는 설계에서 중요한 요소는 아닐 수 있지만, 보드의 기능에는 어느 정도 영향을 미칩니다. 다음은 두께 선택 시 고려해야 할 몇 가지 사항입니다.

공간

기판이 얇을수록 공간을 적게 차지합니다. USB 커넥터나 블루투스 장치와 같은 소형 애플리케이션의 경우, 공간이 제한적이라면 얇은 FR 기판이 항상 유리합니다. 또한, 대형 장치의 경우 공간 절약이 중요한 문제이므로 얇은 FR-4 기판이 이상적입니다.

설계

얇은 재질은 PCB에 적합하지 않습니다.V자형 홈 그렇게 하면 보드가 손상되거나 부러질 위험이 높아지기 때문입니다.

그림 2. V자형 홈이 있는 PCB

유연성

얇은 회로 기판은 구부릴수 있어 유연한 장치에 적용할수 있습니다. 그러나 유연한 특성으로 인해 픽앤플레이스 장비에 장착할 때 문제가 발생하여 조립이 제대로 되지 않을 수 있습니다. 전기 연결 플렉서블 PCB또한 기계적인 구조물로 지지되지 않으면 파손될 가능성이 더 높습니다.

그림 3. 구부릴 수 있는 FR-4 PCB

임피던스 매칭

기판의 두 개 이상의 층은 인접한 층의 트레이스 사이에서 커패시터 역할을 합니다. 기판의 두께는 유전체의 두께를 결정하고, 따라서 정전 용량 값을 결정합니다. 임피던스 정합이 중요한 고주파 신호의 경우, 설계에 적합한 회로 기판 두께를 선택할 때 정전 용량은 핵심적인 고려 사항입니다.

구성 요소와의 호환성

일부 구성 요소, 특히스루홀 장치 FR-4 보드는 더 얇은 회로 기판에 적합하게 설계되었습니다. 특정 두께의 기판을 사용해야 하는 부품이 PCB에 필요한 경우, 적절한 FR-4 보드를 선택하는 것은 매우 중요한 고려 사항이 될 수 있습니다.

그림 4. 관통형 부품

FR-4 PCB 의 한계점

FR-4 기판의 장점 덕분에 다양한 전자 기기 응용 분야에 이상적인 솔루션이 될 수 있습니다. 하지만 모든 설계에 적합한 해답은 아닙니다.

절연 안정성

FR-4의 단점은 전력, 전압 또는 열이 너무 높으면 작동 한계가 있다는 것입니다. 앞서 언급했듯이 FR-4는 구리 층 사이에서 전기 절연체 역할을 합니다. 작동 한계를 초과하면 FR-4의 유전 특성이 파괴되어 절연성이 저하되고 전기를 전도하기 시작합니다. 따라서 항공우주 분야와 같이 고온 환경에서 개발되는 프로젝트에는 FR-4 PCB가 이상적인 선택이 아닙니다.

임피던스 안정성

FR-4의 또 다른 한계는 고주파 설계에서 안정적인 임피던스를 유지하지 못한다는 점입니다. 이는 FR-4의 유전 상수(DK)가 기판의 길이와 폭에 따라 변하고 온도 변화에 따라서도 달라지기 때문이며, 이러한 변화는 신호 무결성에 영향을 미칩니다.

아래는 유전 상수(DK) 측면에서 FR-4와 다른 일반적인 PCB 재료를 비교한 것입니다. 

신호 손실

FR-4는 불안정한 절연 및 임피던스 문제 외에도 주파수가 증가함에 따라 손실 계수(Df)가 높아지는 단점이 있습니다. Df가 높을수록 전체 신호 손실이 커집니다. 고주파가 아닌 상황에서는 일정 수준의 신호 손실은 허용될 수 있지만, 고주파 설계에서는 심각한 문제가 됩니다. 신호 손실이 설계에 매우 중요한 요소라면 FR-4보다는 고주파용 적층판이 더 적합합니다.

결론

FR-4 소재는 몇 가지 단점이 있지만, 비용, 내구성, 성능, 제조 용이성 및 전기적 특성 사이에서 효과적인 균형을 유지하고 있어 가장 일반적이고 인기 있는 기본 소재로 사용되고 있습니다.PCB 프로토타이핑. 

FR-4 PCB 제조업체를 찾고 계신다면 PCBGOGO를 선택하세요. PCBGOGO는 전문적인 PCB 프로토타입 제작 업체입니다.PCB 조립 10년 이상의 경력을 가진 제조업체입니다. 우리 모두 알다시피, FR-4의 TG가 높을수록, 특히 무연 공정에서 열 안정성이 더 우수합니다. 기본적으로, PCB GOGO이 회사는 추가 비용 없이 TG 150 규격의 표준 FR-4 보드를 제공합니다. 모든 자재는 엄격한 창고 검사를 거치며, 완벽한 보증이 제공됩니다.기판 재료 시험 보고서에스.

그림 5. pcbgogo.co.kr에서 제조한 Fr-4 PCB

더욱 창의적인 전자 엔지니어들을 지원하기 위해 PCBGOGO에서 모든 사용자에게 무료 체험 주문을 제공합니다. 즉, 누구나 웹사이트에서 한 번쯤은 무료로 PCB 프로토타입을 제작해 볼 수 있습니다. 진행 중인 PCB 프로젝트가 있다면 이 기회를 놓치지 마세요! 자세한 내용은 여기를 확인하세요. https://www.pcbgogo.co.kr/free-pcb-prptotype.html