2025-09-30
전자 디자인 분야에서 잘못된 PCB 재료를 선택하는 것은 프로젝트의 재앙을 초래할 수 있습니다. 과열된 LED, 고장난 자동차 전자제품,또는 불필요한 냉각 시스템으로 인한 예산 과잉가장 일반적인 옵션 중 두 가지, FR4 및 알루미늄 기반 PCB는 급격히 다른 요구를 충족시킵니다. FR4는 일상적인 전자 장치의 작업 말이며, 알루미늄 기반 PCB는 열 관리를 탁월하게합니다.하지만 어떤 것을 선택할지 어떻게 알 수 있을까요??
이 가이드는 FR4 및 알루미늄 기반 PCB 사이의 주요 차이점, 장단점, 실제 응용 및 고려해야 할 중요한 요소 (열량, 비용,내구성) 를 통해 정보에 근거한 결정을 내릴 수 있습니다.결국에는 프로젝트의 목표에 맞는 자료를 선택할 수 있는 명확한 로드맵을 갖게 될 것입니다. 더 이상 추측이나 비용이 많이 드는 오류가 없습니다.
주요 내용
1알루미늄 기반 PCB는 열전도 237 W/mK (FR4s 0.3 W/mK 대비) 로 LED, EV 부품 및 산업용 전력 시스템과 같은 고전력 장치에 이상적입니다.
2.FR4는 예산 친화적 인 작업용품입니다. 그것은 더 저렴하고 디자인에서 더 유연하며 낮은 온도에서 중간의 열 사용 (예를 들어 스마트 폰, 스마트 가정 장치) 에 적합합니다.
3선택은 세 가지 요인으로 요약됩니다: 열 생산 (고열 = 알루미늄), 예산 (단한 예산 = FR4) 및 환경 스트레스 (진동 / 충격 = 알루미늄).
4장기적인 비용은 중요합니다: 알루미늄 기반 PCB는 초기 비용이 더 많이 들지만 추가 히트 싱크의 필요성을 제거하여 고전력 프로젝트에서 비용을 절감합니다.
FR4 및 알루미늄 기반 PCB를 이해
비교에 뛰어들기 전에 각 재료가 무엇이며 왜 사용되는지 명확히 해봅시다.
FR4 는 무엇 입니까?
FR4 (Flame Retardant 4의 약자) 는 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 PCB 재료이며 좋은 이유도 있습니다. 그것은 엽록소 樹脂에 浸透 된 유리섬유 천 (기반) 의 복합 물질이며 강합니다.,불에 저항하고 저렴합니다.
FR4의 핵심 속성
FR4의 강점은 전기 단열, 기계적 안정성 및 비용의 균형에 있습니다. 주요 사양은 다음과 같습니다.
| 재산 | 값 범위 | 중요 한 이유 |
|---|---|---|
| 다이 일렉트릭 강도 | 20~80kV/mm | 저전력 장치의 안전한 작동에 중요한 전기 누출을 방지합니다. |
| 다이 일렉트릭 상수 | 4.244.8 | 높은 주파수 애플리케이션 (예를 들어 Wi-Fi 모듈) 의 안정적인 신호 전송 |
| 분산 요인 | 낮은 (<0.02 MHz에서) | 신호 손실을 최소화합니다. 통신 장치에 이상적입니다. |
| 열전도성 | ~0.3 W/mK | 열 전달이 좋지 않아 높은 전력 사용에 추가 냉각이 필요합니다. |
| 최대 작동 온도 | 130~180°C | 극심한 열에서 고장 (예를 들어 자동차 엔진 칸막이) |
FR4의 일반적인 사용
FR4는 저렴하고 다재다능하기 때문에 일상적인 전자제품에 어디에나 있습니다.
a.소비자 기기: 스마트 폰, 태블릿, 노트북 및 스마트 가정 장치 (예: 온도 조절기).
b.산업 도구: 저전력 센서, 기본 제어 패널 및 사무실 장비.
c.전자통신: 라우터, 모덤, 고정전화 (온도가 최소)
알루미늄 기반 PCB 는 무엇 입니까?
알루미늄 기반 PCB (또한 금속 코어 PCB 또는 MCPCB라고도 한다) 는 열 관리라는 하나의 주요 목적을 위해 설계되었습니다. 그들은 세 층 구조를 가지고 있습니다.중전도층 (열림용), 그리고 바닥 알루미늄 코어 (열기 방조장)
알루미늄 코어는 내장된 열분 dissipator로 작용하며, 전통적인 PCB 물질보다 더 빨리 열을 구성 요소에서 이동시킵니다.
알루미늄 기반 PCB의 핵심 특성
알루미늄 기반 PCB는 비용보다 열 성능을 우선시합니다. 주요 사양은 다음과 같습니다.
| 재산 | 값 범위 | 중요 한 이유 |
|---|---|---|
| 열전도성 | 150~237W/mK | FR4보다 500~800배 더 나은 것은 외부 방열기의 필요성을 제거합니다. |
| 열 저항 | 4.09 × 10−4 °C/W | 극소량의 열이 축적되는데, 고전력 장치에서도요. |
| 열 확장 계수 (CTE) | 50×10-6cm/cm°C | FR4보다 50% 낮다 (110 × 10-6cm / cm °C) 열에 의해 변형되는 것을 방지합니다. |
| 최대 작동 온도 | 200°C까지 | 극심한 열 (예를 들어, LED 헤드라이트, EV 배터리) 를 처리합니다. |
| 전압 용량 | 최대 3000볼트 | 고전력 시스템 (예: 산업용 인버터) 에 안전합니다. |
PCB를 위한 일반적인 알루미늄 합금
모든 알루미늄 코어는 동일하지 않습니다. 합금은 열 성능과 비용에 따라 선택됩니다.
a.1050 알루미늄: 일반용, 235 W/mK (기본 열 필요에 적합합니다.)
b.1060 알루미늄: 전자 등급, 237 W/mK (LED 및 소비자용 고전력 장치에 가장 적합합니다.)
c.6061 알루미늄: 구조적 등급, 150 W/mK (공업 기계에 사용되는 더 강하지만 열 효율이 낮은)
FR4 PCB의 장단점
FR4는 인기가 있지만, 모든 사람에게 적합한 솔루션은 아닙니다.
FR4 PCB의 장점
1.무적 인 비용: FR4는 시장에서 가장 저렴한 PCB 재료입니다. 대용량 프로젝트 (예를 들어, 10,000+ 스마트 폰 PCB) 에서 알루미늄 기반 PCB에 비해 비용을 50~70% 절감합니다.
2설계 유연성: FR4는 다양한 두께 (0.2mm에서 5mm 이상) 로 제공되며 다층 설계 ( 최대 40+ 층) 를 지원합니다. 이것은 컴팩트하고 복잡한 회로 (예를 들어,노트북 메인보드).
3고주파수 성능: 낮은 분산 요인으로 FR4는 고속 애플리케이션 (예: 5G 모덤, Wi-Fi 6 칩) 에 대한 신호 무결성을 유지합니다.
4광범위한 가용성: 모든 PCB 제조업체는 FR4 보드를 생산합니다. 납품 기간은 짧습니다 (원형의 경우 1 ~ 3 일), 공급은 결코 문제가되지 않습니다.
FR4 PCB의 단점
1열 관리: ~ 0.3 W / mK의 열 전도성은 열을 포착한다는 것을 의미합니다. 고 전력 부품 (예: 10W LED) 에 대해서는 비용과 크기를 추가하는 외부 히트 싱크가 필요합니다.
2낮은 온도 저항성: FR4는 180 °C 이상으로 분해되어 극단적인 환경 (예를 들어 자동차 엔진 부리, 산업용 오븐) 에 유용하지 않습니다.
3스트레스 아래의 부러움: FR4는 진동 (예를 들어, 전기 도구) 또는 기계 충격 (예를 들어, 떨어지는 스마트 폰) 에 의해 왜곡되거나 균열되기 쉽다.
4환경 문제: FR4는 불 retardants (예를 들어, 브롬) 을 함유하고 있으며, 부적절하게 처리되면 독성이 있습니다. 알루미늄과 달리 쉽게 재활용되지 않습니다.
알루미늄 기반 PCB의 장단점
알루미늄 기반 PCB는 FR4의 가장 큰 단점을 해결하지만 타협이 있습니다.
알루미늄 기반 PCB의 장점
1.최고 열 분산: 알루미늄 코어는 내장 된 히트 싱크로 작용합니다. 20W LED의 경우 알루미늄 기반 PCB는 FR4에 비해 부품 온도를 40 ∼ 60 ° C로 낮추고 (LED 수명을 2 ∼ 3 배로 늘립니다).
2기계적 내구성: 금속 코어는 알루미늄 PCB를 진동, 충격 및 왜곡에 내성이 있습니다. 그들은 자동차, 산업 기계 및 야외 전자 장치 (예를 들어, 거리 조명) 에 이상적입니다.
3환경 친화적: 알루미늄은 100% 재활용 가능하며 알루미늄 기반 PCB는 전자 폐기물을 덜 생산합니다.
4공간 절약: 외부 방열기를 제거함으로써 알루미늄 PCB는 장치의 전체 크기를 줄입니다 (예를 들어, 얇은 LED 전구, 컴팩트 EV 배터리 관리 시스템).
5고전압 내성: 최대 3000 볼트까지 처리하여 전력 전자 장치 (예: 태양 전지 인버터, 산업용 모터 제어 장치) 에 안전합니다.
알루미늄 기반 PCB의 단점
1더 높은 비용: 알루미늄 기반 PCB는 FR4보다 3~5배 더 비싸다. 저전력 프로젝트 (예: 기본 센서) 에서 이 추가 비용은 불필요하다.
2제한된 설계 유연성: 두께 옵션은 제한되어 있습니다 (0.8mm에서 4mm), 그리고 그들은 더 적은 층을 지원합니다 (최대 4 층, FR4s 40 +). 그들은 초 컴팩트 회로 (예를 들어,스마트워치 PCB).
3낮은 고주파 성능: 알루미늄 코어는 고속 신호 (예: 10 + GHz) 에 간섭 할 수 있습니다. FR4는 5G 또는 레이더 시스템에 더 좋습니다.
4FR4보다 더 무겁다: 알루미늄은 휴대용 장치 (예를 들어 무선 이어폰) 에 무게를 추가합니다. 이것은 거래 해제자입니다.
FR4 및 알루미늄 기반 PCB 사이의 주요 차이점
올바른 선택을 하기 위해서는 이 두 가지 재료를 프로젝트에서 가장 중요한 요소들을 비교해야 합니다.
1열 전도성 및 열 관리
이것은 FR4와 알루미늄 기반 PCB 사이의 가장 큰 격차입니다.
| 메트릭 | FR4 PCB | 알루미늄 기반 PCB | 실제 세계 에 미치는 영향 |
|---|---|---|---|
| 열전도성 | ~0.3 W/mK | 150~237W/mK | 알루미늄은 열을 500~800배 더 빨리 분산합니다. 20W LED에는 방열기가 필요하지 않습니다. |
| 열 저항 | 높은 (열을 포착) | 낮은 (열을 빠르게 퍼뜨린다) | FR4 기반 LED는 1~2시간 내에 과열되며 알루미늄 기반 LED는 1000시간 이상 냉각됩니다. |
| 최대 작동 온도 | 130~180°C | 200°C까지 | 알루미늄은 자동차 엔진에 잘 작동하지만 FR4는 여기서 작동하지 않습니다. |
우선 순위 를 정할 때:프로젝트에서 고전력 부품 (예를 들어, LED, 전력 트랜지스터, EV 충전기) 을 사용하는 경우, 알루미늄은 협상 할 수 없습니다. 저전력 부품 (예를 들어, 마이크로 칩, 센서) 에 대해서는 FR4가 작동합니다.
2기계적 견고성 및 내구성
알루미늄 기반 PCB는 힘든 조건에 적합하며 FR4는 저스트레스 용입니다.
| 메트릭 | FR4 PCB | 알루미늄 기반 PCB | 실제 세계 에 미치는 영향 |
|---|---|---|---|
| 진동 저항 | 낮다 (완벽하게 굽어/열려) | 높은 (금속 코어 충격을 흡수) | FR4는 전기 도구에서 실패하고 알루미늄은 산업 기계에서 작동합니다. |
| 열 아래에서 굽는 것 | 높은 (CTE = 110×10−6cm/cm°C) | 낮은 (CTE = 50×10−6cm/cm°C) | FR4 PCB는 LED 헤드라이트에서 워크; 알루미늄은 평평합니다. |
| 장기적 지속성 | 2~5년 (어려운 조건에서) | 10~15년 | 가로등의 알루미늄 PCB는 10년 동안 사용되며 FR4는 2년마다 교체해야 합니다. |
우선 순위 를 정할 때:장치 가 진동 (예를 들어, 자동차, 드론), 충격 (예를 들어, 전기 도구) 또는 극한 온도 (예를 들어, 야외 전자 장치) 에 노출 될 경우 알루미늄 을 선택 한다.,알약), FR4는 괜찮습니다.
3비용 (전당 및 장기)
FR4는 초기에는 더 저렴하지만 알루미늄은 장기적으로 높은 전력 프로젝트를 위해 비용을 절감할 수 있습니다.
| 비용 유형 | FR4 PCB | 알루미늄 기반 PCB | 실제 세계 에 미치는 영향 |
|---|---|---|---|
| 초기 비용 | 평방인치당 0.50~5달러 | 2~15달러/스퀘어인치 | 10,000개의 PCB에 대해 FR4는 5,000$~$50입니다.000알루미늄은 20만 달러~150달러입니다.000. |
| 장기적 비용 | 더 높습니다 (열기 방출기가 필요합니다) | 아래쪽 (다른 냉각이 필요없다) | FR4를 가진 100W LED 시스템은 20달러의 히트 싱크를 필요로 합니다. 알루미늄은 이 비용을 제거합니다. |
| 유지보수 비용 | 더 높습니다 (주기 교체) | 낮은 (작은 실패) | FR4 기반 EV 센서는 2년마다 고장납니다. 알루미늄은 10년 정도 지속됩니다. |
우선 순위 를 정할 때:좁은 예산 또는 저전력 프로젝트 (예: 기본적인 IoT 센서) 에서 FR4는 더 좋습니다. 고전력 프로젝트 (예: 태양광 인버터) 에서 알루미늄의 장기적인 절약은 초기 비용을 초과합니다.
4디자인 유연성 및 무게
FR4는 컴팩트하고 가벼운 설계에 더 다양하며 알루미늄은 열 집중 프로젝트에 사용됩니다.
| 메트릭 | FR4 PCB | 알루미늄 기반 PCB | 실제 세계 에 미치는 영향 |
|---|---|---|---|
| 두께 옵션 | 00.2mm~5mm+ | 00.8mm~4mm | FR4는 스마트워치 PCB (0.3mm) 를 위해 작동합니다. 알루미늄은 너무 두껍습니다. |
| 계층 수 | 최대 40층 이상 | 최대 4층 | FR4는 복잡한 노트북 메인보드를 처리합니다. 알루미늄은 간단한 고전력 회로입니다. |
| 무게 | 가벼운 (1.8g/cm3) | 더 무거운 (2.7g/cm3) | FR4는 무선 이어폰에 이상적입니다. 알루미늄은 너무 많은 무게를 더합니다. |
우선 순위 를 정할 때:휴대용, 콤팩트 장치 (예를 들어, 스마트 폰, 웨어러블), FR4는 유일한 옵션입니다. 정지, 고전력 장치 (예를 들어, LED 거리 조명, 산업 인버터),알루미늄의 무게와 두께는 중요하지 않습니다..
당신 의 프로젝트 를 위한 올바른 PCB 를 선택하는 방법
이 단계별 프레임워크를 사용하여 FR4와 알루미늄 기반 PCB를 결정하십시오.
단계 1: 프로젝트의 열 생산량을 계산합니다.
첫 번째 질문은: 당신의 장치가 얼마나 많은 열을 발생시키나요?
a.저온 (<1W): FR4는 완벽합니다. 예: 스마트 홈 센서, 기본 마이크로 컨트롤러.
b.중심 열 (110W): 작은 히트 싱크가있는 FR4가 작동합니다. 예를 들어: Wi-Fi 라우터, 작은 LED 스트립.
c.고열 (> 10W): 알루미늄 기반 PCB가 필요합니다. 예: 20W LED 헤드 라이트, EV 배터리 관리 시스템, 산업용 전원 공급 장치.
2단계: 운영 환경 을 평가 하십시오
장치는 어디서 사용되나요?
a.실내, 낮은 스트레스: FR4 (예를 들어, 태블릿, 사무실 프린터).
b. 야외, 높은 진동 또는 극한 열: 알루미늄 (예를 들어, 거리등, 자동차 엔진 부품, 산업 기계).
3단계: 예산 을 설정 하십시오 (전면 대 장기적)
a.예발 예산은 왕입니다: FR4를 선택하십시오 (예를 들어, 1,000 개의 기본 IoT 센서를 만드는 스타트업).
b.장기적인 절약 문제: 알루미늄을 선택하십시오 (예를 들어, 태양광 인버터 100개를 제조하는 회사
단계 4: 설계 요구 사항을 확인
a. 컴팩트, 가벼운 또는 복잡한 층: FR4 (예를 들어, 스마트워치 PCB, 노트북 메인보드).
b.단순 회로, 열 집중: 알루미늄 (예를 들어, LED 전구, EV 충전기).
프로젝트 분할 예제
이를 구체화하기 위해, 세 가지 공동 프로젝트를 살펴보자.
| 프로젝트 | 열출력 | 환경 | 예산 중점 | 가장 좋은 PCB 재료 | 왜요? |
|---|---|---|---|---|---|
| 스마트 온도 조절기 | <1W | 실내, 낮은 스트레스 | 앞당겨서 | FR4 | 낮은 열, 컴팩트한 설계가 필요하고 대량 생산이 저렴합니다. |
| LED 전등 | 20W | 자동차 (진동/열) | 장기적 | 알루미늄 | 높은 열, 내구성이 필요합니다 알루미늄은 방광을 제거합니다. |
| 산업용 태양광 인버터 | 100W | 야외 (극한 열) | 장기적 | 알루미늄 | 고전압/열을 처리합니다. 유지보수 없이 10년 이상 지속됩니다. |
FR4 와 알루미늄 기반 PCB 에 관한 일반적인 신화s
잘못된 결정을 피하기 위해 가장 흔한 오해들을 해소해 봅시다.
신화 1: 알루미늄 기반 PCB는 작은 프로젝트에 너무 비싸다.
진실: 소량 고전력 프로젝트 (예를 들어, 50 LED 프로토 타입) 에서 알루미늄 기반 PCB는 저렴합니다. 많은 제조업체는 $50~$200에 프로토 타입을 제공합니다.과열 실패를 피하기 위해 가치가있는.
신화 2: FR4는 충분히 큰 히트 싱크로 높은 열을 처리 할 수 있습니다.
진실: 히트 싱크가 있더라도 FR4의 낮은 열 전도성은 열을 포획합니다. 히트 싱크가있는 FR4에 50W LED는 여전히 알루미늄의 부품 수명을 단축하는 것보다 20~30°C 더 뜨겁게 작동합니다.
신화 3: 알루미늄 기반 PCB는 LED에만 사용됩니다.
진실: 알루미늄은 전기차 (배터리 관리), 산업용 전력 시스템 (인버터) 및 의료기기 (레이저 다이오드) 에서 사용 됩니다.
신화 4: FR4는 산업용으로 충분히 내구성이 없습니다.
진실: FR4 는 저전력 산업 장치 (예: 기본 센서) 에 적합 합니다. 하지만 고전력 또는 고 진동 산업 도구 에는 알루미늄 이 더 좋습니다.
결론: 올바른 PCB 재료 = 프로젝트 성공
FR4와 알루미늄 기반 PCB를 선택하는 것은 어떤 것이 더 좋는지에 관한 것이 아니라 어떤 것이 프로젝트에 맞는지에 관한 것입니다.
a.FR4를 선택하면: 당신은 좁은 예산으로 낮은 온도에서 중간 온도 장치 (예를 들어, 스마트 폰, IoT 센서) 를 만들고, 컴팩트 / 복잡한 설계가 필요하거나 고주파 신호 성능이 필요합니다.FR4는 신뢰할 수 있는, 일상용 전자제품에 대한 저렴한 선택입니다.
b. 알루미늄 기반 PCB를 선택하십시오: 당신은 열을 생성하는 고전력 장치 (예를 들어, LED, EV 부품) 를 만들고 있으며, 혹독한 조건 (진동 / 극한 온도) 에 살아남아야합니다.또는 외부 온도 방출기를 없애고 싶어합니다 (공간 및 장기 비용 절약)알루미늄은 열과 내구성이 협상이 불가능한 프로젝트의 해결책입니다.
기억하세요: 잘못된 재료는 과열된 LED, 고장난 센서 또는 추가 냉각으로 인한 예산 과잉으로 인해 비용이 많이 들 수 있습니다.그리고 설계 필요, 당신은 PCB를 선택할 것입니다. 몇 년 동안 기기를 안정적으로 작동하도록.
대부분의 전자 설계자들에게, 결정은 한 가지 질문으로 돌아갑니다. 제 프로젝트가 10W 이상의 열을 생산합니까?이 가이드는 자신감 있는 선택을 할 수 있는 도구를 제공합니다더 이상 실수를 하지 마
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