회로 기판은 무엇으로 만들어지나요? 보드 재료에 대한 PCB 제조업체 가이드

대부분의 엔지니어에게 회로 기판이 무엇으로 만들어졌는지 물어보면 섬유유리라는 한 단어만 대답할 것입니다. 그 대답은 정확하지만 더 긴 이야기의 첫 번째 레이어만 다루고 있습니다. 인쇄 회로 기판은 세심하게 설계된 재료의 스택이며 모든 재료는 그 자리를 차지해야 합니다. 기판은 기판의 본체와 전기 절연을 제공하고, 구리는 전류를 전달하고, 솔더 마스크는 표면을 보호하며, 최종 마감 처리는 구리를 수년간 납땜할 수 있는 상태로 유지합니다.

우리는 2013년부터 Guangde 시설에서 단순한 단면 패널부터 32층 스택까지 보드를 제작해왔기 때문에 이 질문에 제조업체가 하는 방식으로 대답하는 경향이 있습니다. 실제 질문은 일반적으로 PCB가 무엇으로 만들어지는가가 아니라 어떤 재료의 조합이 예상 수명 동안 제품 환경에서 살아남을 수 있는지입니다.

회로 기판의 핵심 구성 요소

전문 용어를 제거하면 거의 모든 보드가 동일한 짧은 재료 목록으로 만들어집니다.

• 기판: 절연 베이스로, 일반적으로 에폭시 수지와 결합된 직조 유리섬유입니다.
• 구리 호일: 기판에 적층되고 트레이스, 패드 및 평면으로 에칭됩니다.
• 도금: 층을 연결하기 위해 드릴 구멍 내부에 구리, 때로는 주석 또는 금을 증착합니다.
• 솔더 마스크: 솔더링에 필요한 패드를 제외한 모든 것을 덮는 컬러 코팅입니다.
• 실크스크린: 구성요소 및 참조 지정자를 식별하는 인쇄된 범례입니다.
• 표면 마감: 노출된 구리의 산화를 방지하는 얇은 금속 또는 유기 층입니다.

이러한 각 재료는 교체, 업그레이드 또는 두꺼워질 수 있으며 모든 대체는 비용, 제조 가능성 및 현장 신뢰성을 동시에 변경합니다.

기판: 유리 천, 수지 및 대안

표준 FR-4는 직조 유리 천으로 시작됩니다. 천에 에폭시 수지를 함침시키고 부분적으로 경화시켜 프리프레그(prepreg)라고 불리는 시트로 만든 다음, 수지가 흐르고 굳을 때까지 쌓아서 열과 압력을 가해 가압합니다. 그 결과 견고하고 치수 안정성이 뛰어나며 우수한 절연체가 됩니다. 유리는 기계적 강도를 제공하고 수지는 전기적 및 열적 거동을 정의합니다.

그 출발점에서 가족은 빠르게 분기됩니다.

• 업계에서 가장 중요한 표준, 고Tg 및 무할로겐 등급의 FR-4입니다.
• CEM-1 및 CEM-3은 비용에 민감한 제품을 위한 부직포 유리 코어가 포함된 복합 에폭시입니다.
• FR-1 및 FR-2는 매우 저렴한 단면 보드에 사용되는 종이 기반 라미네이트입니다.
• 구부려야 하는 FPC 및 Rigid-Flex 디자인을 위한 유연한 베이스인 폴리이미드 필름.
• 신호 손실이 기가헤르츠 주파수에서 낮게 유지되어야 하는 경우 선택되는 PTFE 및 세라믹 충전 탄화수소 라미네이트입니다.

대부분의 중요한 절충점은 구리보다는 수지 시스템에 있습니다. 유리 전이 온도, 분해 온도, 유전 상수 및 수분 흡수는 모두 적층 화학에서 비롯됩니다.

양면 OSP PCB FR4 PCB는 에폭시 수지 유리 섬유 기판을 사용하여 탁월한 기계적 강도, 고온 저항 및 전기 절연 특성을 제공합니다. 그들은 ... 제품보기 →

OSP 마감 처리된 양면 FR-4 보드는 일상적인 예입니다. 표준 라미네이트, 표준 두께 및 비용 추가 없이 대량 리플로우 솔더링에 적합한 마감 처리가 가능합니다.

구리: 전류를 전달하는 부분

구리는 두 번째 필수 성분입니다. 포일은 무게로 지정되며 변환은 기억해 둘 가치가 있습니다. 1평방피트에 펼쳐진 1온스의 구리는 대략 35미크론 두께입니다. 미세 피치 디지털 디자인은 일반적으로 0.5온스 또는 1온스 포일에서 실행되고, 전원 보드는 최대 2온스까지 올라가며, 무거운 구리 작업은 3온스 이상까지 진행됩니다.

구리는 눈에 보이는 흔적보다 더 많은 곳에서 나타납니다. 제조 과정에서 추가 구리가 드릴링된 모든 구멍에 전기 도금되어 연속적인 배럴 벽을 형성하고 외부 층은 에칭 전에 패턴 도금됩니다. 두께뿐만 아니라 도금의 품질에 따라 비아가 반복적인 열 순환을 견딜 수 있는지 여부가 결정됩니다.

현재 수요가 증가하면 더 많은 보드 면적보다는 더 많은 구리가 답이 되는 경우가 많습니다. 무거운 구리 구조는 내부 레이어 전체에 부하를 분산시켜 외부 방열판 없이 온도 상승을 제어합니다.

14층 구리 두꺼운 구리 PCB는 3oz~20oz 범위의 매우 두꺼운 구리 호일을 사용하여 탁월한 전류 전달 용량(100A 이상)과 고온 저항을 자랑합니다. 제품보기 →

유리섬유가 잘못된 선택일 때

FR-4는 대부분의 질문에 답하지만, 그럴 수 없는 경우 세 가지 물질 계열이 대신합니다.

금속 코어 및 구리 코어 보드

열이 보드에서 빠르게 빠져나가야 할 때 알루미늄은 베이스로 사용됩니다. 얇은 유전체 층이 알루미늄에 접착되고 구리 회로가 상단에 에칭되며 금속 뒷면은 열 분산기 역할을 합니다. 구리 코어 버전은 더욱 발전하여 LED 조명, 모터 드라이브 및 전력 변환에서 매우 높은 전류 밀도를 전달합니다. 얇은 두께에도 불구하고 유전체 층은 여전히 ​​전체 작동 전압을 유지해야 하므로 먼저 확인해볼 가치가 있는 두 가지 수치는 두께와 열전도율입니다.

단면 알루미늄 PCB 금속 기판은 알루미늄, 구리 및 기타 금속을 핵심 열 전도성 층으로 활용합니다. 특수 절연 유전체로 탁월한 방열 성능을 발휘합니다. 제품보기 →

세라믹 기판

알루미나와 질화알루미늄은 폴리머 라미네이트가 따라올 수 없는 열전도율과 실리콘에 가까운 열팽창 계수를 제공합니다. 이는 고전력 LED 모듈, RF 전력 스테이지 및 광범위한 온도 변동을 통해 계속 작동해야 하는 센서에 나타납니다.

유연한 필름

폴리이미드는 보드가 구부러져야 할 때 유리 천을 대체합니다. 동일한 구리 및 마감 규칙이 적용되며 베이스만 변경되고 조립 중 취급 규칙도 변경됩니다.

솔더 마스크, 실크스크린 및 표면 마감

솔더 마스크는 보드 위에 에폭시 기반 코팅을 적용한 후 경화시키는 것입니다. 이는 패드 사이의 납땜을 방지하고 습기와 오염으로부터 아래의 구리를 보호하며 보드에 친숙한 색상을 부여합니다. 녹색은 이미징 및 검사 분야에서 가장 오랜 실적을 가지고 있기 때문에 전통적이지만 오늘날에는 검정색, 파란색, 빨간색, 무광택 검정색이 일상적으로 사용됩니다. 부품 참조와 극성을 표시하기 위해 마스크 위에 실크스크린 잉크가 인쇄되어 있으며 전류가 흐르지 않지만 조립 작업자가 가장 먼저 의존하는 잉크입니다.

표면 마감은 재료의 마지막 결정이자 가장 중요한 결정 중 하나입니다. 열풍 솔더 레벨링은 저렴한 옵션이고, OSP는 유기적이며 몇 번의 리플로우 후에 희미해지며, ENIG 또는 침지 은은 미세 피치 부품에 평평한 표면을 제공합니다. 보드를 끼웠다 뺐다를 반복하는 곳엔 하드골드가 답이다. 당사의 모든 마감재는 무연 버전으로 제공됩니다.

회로 기판 재료 개요

아래 표에는 우리가 가장 자주 구축하는 재료 시스템과 각 시스템의 구성 요소가 요약되어 있습니다.

애플리케이션이 재료를 선택하는 방법

재료 선택은 자유로운 선택이 아닙니다. 이는 보드가 거주할 환경을 따릅니다.

소비자 및 가전 제품

비용이 중요한 경우 일반적으로 HASL 또는 OSP 마감 처리된 표준 FR-4 또는 CEM-3이면 충분합니다.

자동차 및 산업 제어

진동, 열 순환 및 긴 서비스 수명으로 인해 설계는 Tg가 높은 라미네이트, 두꺼운 구리, 반복적인 리플로우를 견딜 수 있는 ENIG와 같은 마감재로 향하게 되었습니다.

전력 및 고주파 설계

열 관리 및 신호 무결성이 우선시됩니다. 즉, 두꺼운 유리 보드보다는 금속 코어, 세라믹 또는 PTFE 기반 소재를 의미합니다.

제품이 어디에 있는지 확실하지 않은 경우 유사한 보드가 이미 어떻게 제작되고 있는지 확인하는 것이 도움이 됩니다. 찾아볼 수 있습니다. 우리가 지원하는 응용 분야 각 부문에서 이미 검증된 소재 조합을 확인해보세요.

작업 현장에서 얻은 실용적인 참고 사항

처음으로 재료를 선택하는 고객에게 알려드리는 몇 가지 사항은 다음과 같습니다.

1. 패드 형상과 비아 텐팅이 이에 따라 달라지므로 레이아웃이 고정되기 전에 마감재를 선택하십시오.
2. 큰 구리는 에칭 난이도와 비용을 증가시키므로 습관이 아닌 현재의 구리 무게를 맞추십시오.
3. 높은 Tg 라미네이트는 비용이 조금 더 들고 전체 현장 오류를 제거하므로 Tg에 대해 일찍 문의하십시오.
4. 대부분의 지연은 누락되거나 모호한 레이어로 시작되므로 출시 전에 스택업 도면을 확인하십시오.

라미네이트 선택, 구리 무게 및 마감이 어떻게 상호 작용하는지 더 자세히 살펴보려면 다음 가이드를 참조하세요. FR-4, RF 및 금속 코어 재료 선택 비교를 통해 더 자세히 살펴보겠습니다.

그렇다면 회로 기판은 무엇으로 만들어지나요? 유리 천과 에폭시 수지, 구리 호일과 도금된 배럴, 솔더 마스크, 인쇄된 범례, 그리고 모든 것을 납땜 가능하게 유지하는 최종 마감재입니다. 흥미로운 부분은 목록 자체가 아니라 해당 자료가 작업과 일치하는 방식입니다. 일치가 제대로 이루어지면 이사회는 10년 이상 조용히 업무를 수행합니다.