알루미늄 기반 PCB 대 FR4: 금속 핵 기술을 선택할 때

인쇄 회로 보드의 세계에서 두 가지 기술이 지배적입니다. 전통적인 FR4 PCB와 알루미늄 기반 (금속 핵) PCB입니다. FR4는 오랫동안 전자제품의 일마리가 되었지만,알루미늄 기반 PCB (MCPCB) 는, 열에 민감한 응용 프로그램. 그 사이의 선택은 단지 비용에 관한 것이 아닙니다. 최종 장치의 요구 사항에 PCB를 맞추는 것에 관한 것입니다.잘못된 기판을 선택하면 과열이 발생할 수 있습니다.이 기술들이 어떻게 비교되는지, 그리고 언제 다른 기술보다 하나를 선택해야 하는지를 상세히 살펴볼 수 있습니다.

주요 내용
a. 알루미늄 기반 PCB는 열 관리를 탁월하게하며 FR4보다 3~10배 더 빨리 열을 분산하여 고전력 부품 (10W+) 에 이상적입니다.
b.FR4는 낮은 전력 (≤5W) 및 일반 전자 장치에 더 나은 가용성과 낮은 생산 비용으로 비용 효율성을 유지합니다.
c. 알루미늄 PCB는 고전력 시스템에서 부품 온도를 20~50°C로 감소시켜 FR4에 비해 수명을 2~3배로 연장합니다.
d.선택은 전력 밀도, 운영 환경 (온도/진동) 및 비용 제약에 달려 있습니다. 열 스트레스 장치에 알루미늄, 저전력, 예산 민감한 프로젝트에 FR4.

알루미늄 기반 PCB 및 FR4 PCB 는 무엇입니까?

알루미늄 기반 PCB (MCPCB)
알루미늄 기반 PCB (금속 코어 PCB 또는 MCPCB라고도 불립니다) 는 알루미늄 기판 주위에서 만들어진 층 구조를 갖추고 있습니다:
a.알루미늄 코어: 열 방출기로 작용하여 구성 요소로부터 열을 끌어내는 두꺼운 (0.3~3mm) 알루미늄 기반.
b.다일렉트릭 레이어: 전기를 차단하는 동안 열을 전도하는 얇은 (25~150μm) 단열층 (일반적으로 에포시 또는 폴리아미드).
c. 구리 회로 층: 전기 전도성을 위해 구리 흔적 1 3 온스, 다이 일렉트릭 층에 결합.
이 설계는 열 전도성을 우선시하며 알루미늄 PCB는 전통적인 기판보다 열을 분산하는 데 훨씬 더 효과적입니다.

FR4 PCB
FR4는 유리섬유로 강화된 에포시 라미네이트이며, 전 세계적으로 가장 일반적인 PCB 기판입니다. 그 구조는 다음과 같습니다.
a.FR4 코어: 기계적 안정성을 제공하는 딱딱한 유리섬유-집소 합성물 (0.4~3.2mm 두께).
구리 층: 1~4온스 구리 흔적이 접착제로 핵심에 붙어 있습니다.
c. 솔더 마스크: 흔적을 고립시키고 단전 회로를 방지하기 위한 보호층.
FR4는 저렴한 비용, 딱딱성 및 표준 제조 공정과의 호환성으로 평가되지만 열 전도성이 낮습니다.

머리 대 머리 비교: 알루미늄 베이스 대 FR4

열 전도성 은 왜 중요 합니까?

열전도 (thermal conductivity) 는 알루미늄 기반 PCB와 FR4 PCB의 열 전달 능력 (heat transfer ability) 이 결정적인 차이입니다.
FR4 PCB에 장착된 50W LED는 접점에서 120°C까지 도달하여 수명을 20,000시간으로 줄일 수 있습니다.
알루미늄 기반 PCB의 동일한 LED는 70°C에서 유지되며, 수명을 50,000시간 이상 연장합니다.
자동차용에서 100kW의 전력을 생산하는 EV 인버터는 FR4에 과열되어 종료 또는 화재 위험을 초래합니다. 알루미늄 PCB는 이 열을 방광로로 전달합니다.안전 작동 범위 (≤100°C) 내의 부품 유지.

알루미늄 기반 PCB를 선택할 때
알루미늄 기반 PCB는 열 관리가 성능이나 안전에 직접적으로 영향을 미치는 애플리케이션에서 더 높은 비용을 지불합니다.

1고전력 LED 조명
LED (특히 높은 밝기 버전) 는 에너지의 20~30%만 빛으로 변환하고 나머지는 열으로 전환됩니다. 알루미늄 PCB:
FR4에 비해 LED 접합 온도를 40~60°C로 낮추십시오.
LED의 수명을 20,000시간에서 50,000시간 이상으로 길거리등, 경기장 장착장 및 자동차 헤드라이트에서 늘립니다.
더 작고 더 컴팩트한 디자인을 가능하게 함으로써 부피가 큰 외부 방열기를 제거합니다.

2자동차 전자제품
차량은 극한 온도와 진동에 견딜 수 있는 PCB를 요구합니다.
EV 인버터 및 모터 컨트롤러: 이 600V + 시스템은 엄청난 열을 발생시킵니다. 알루미늄 PCB는 IGBT (열방 격리 게이트 양극 트랜지스터) 를 100 ° C 이하로 유지하여 열 도출을 방지합니다.
ADAS 센서: 자율주행 차량의 레이더 및 리다르 모듈은 정확한 판독을 위해 안정적인 온도를 필요로 합니다. 알루미늄 PCB는 FR4에 비해 열 유동을 70% 감소시킵니다.
LED 헤드 라이트: 하우드 열 (120°C+) 및 진동에 견딜 수 있으며, 거친 지형에서도 일관된 성능을 보장합니다.

3산업용 전력 시스템
모터 드라이브, 전원 공급 장치 및 용접 컨트롤러와 같은 공장 장비는 알루미늄 PCB에 의존합니다.
알루미늄 PCB의 200A 산업 컨트롤러는 FR4보다 30°C 더 차가워서 과열로 인한 정지 시간을 80% 줄입니다.
진동 저항성 (20G 충격 내성이) 은 제조 공장에서의 기계에 이상적입니다.

4재생 에너지 시스템
태양광 인버터와 풍력 터빈 컨트롤러는 높은 전류를 처리하므로 열 관리가 중요합니다.
태양광 인버터에 있는 알루미늄 PCB는 구성 요소를 냉각시켜 에너지 변환 효율을 3~5% 향상시킵니다.
그들은 FR4와 달리 외부 온도 변동 (-40°C ~ 85°C) 을 견딜 수 있으며 극심한 추위에 의해 분해됩니다.

FR4 PCB를 언제 붙여야 할까요?
FR4는 열과 전력이 최소화되거나 비용이 주요 동력인 애플리케이션에서 더 나은 선택으로 남아 있습니다.

1저전력 소비전자
소형 부품과 낮은 열출력으로 FR4를 사용하는 기기:
스마트 폰 및 태블릿: 프로세서 및 센서는 <5W를 소비하여 열을 거의 발생시키지 않습니다. FR4의 딱딱함은 섬세한 구성 요소를 보호합니다.
웨어러블 기기: 스마트 워치와 피트니스 추적기는 열이 문제가 아닌 저전력 (<2W) 칩을 사용합니다. FR4의 저렴한 비용은 장치 가격을 경쟁력있게 유지합니다.
가전제품: 마이크로파 제어판 및 TV 회로판은 <10W로 작동하므로 FR4의 열 제한은 중요하지 않습니다.

2저전압 센서와 제어장치
센서와 저전압 시스템은 FR4의 열 한계를 스트레스하지 않습니다:
온도/습기 센서: <1W를 소비하고 FR4가 과열될 위험이 없습니다.
건물 자동화: 온도 조절기 및 조명 제어 장치가 5~12V에서 작동하므로 FR4의 비용 이점은 대규모 설치에 매우 중요합니다.

3. 대용량, 비용에 민감한 생산
10만대 이상 생산하는 제조사들의 경우, FR4의 낮은 비용은 다음과 같습니다.
FR4 PCB가 있는 스마트 스피커는 비용이 들어요
알루미늄 염기 PCB보다 2~3 단위 더 적습니다.
2억 3천만 달러
FR4의 광범위한 사용 가능성과 성숙한 제조 프로세스는 알루미늄 PCB에 비해 1~2 주로 납품 시간을 줄입니다.

실제 세계에서의 성과: 사례 연구

1- LED 거리등
한 도시는 FR4 기반 LED 거리등을 알루미늄 기반 버전으로 대체했습니다.
결과: LED 연결기온이 110°C에서 75°C로 떨어졌습니다.
영향: 수명이 3년에서 7년으로 증가하여 유지보수 비용을 60% 줄였습니다.

2EV 배터리 관리 시스템
자동차 제조업체는 FR4에서 BMS 모듈에서 알루미늄 PCB로 전환했습니다.
결과: 극한 온도 테스트 (-40°C ~ 85°C) 에서 열과 관련된 장애가 70% 감소했습니다.
영향: 배터리 사용 기간이 2년 연장되어 소비자의 신뢰를 향상시킵니다.

3소비자 라우터 생산
한 기술 회사는 저전력 라우터에 FR4를 선택했습니다.
결과: 성능 문제가 없습니다 (라우터 최대 8W 소비)
영향: 1백만 대의 주행으로 총 75만 대의 0.75 단위 절약.

선택 을 할 때 고려 해야 할 주요 요인 들
알루미늄 기반과 FR4 PCB를 선택하는 것은 세 가지 질문에 달려 있습니다.

1전력 밀도는 얼마죠?
높은 전력 (> 10W): 알루미늄 기반 PCB는 과열을 방지합니다.
저전력 (<5W): FR4는 충분하고 더 저렴합니다.

2운영 환경이란 무엇인가요?
극한 온도/진동: 알루미늄 기반 PCB는 혹독한 조건에 견딜 수 있습니다.
제어 환경 (20~30°C): FR4는 잘 작동하고 비용을 절감합니다.

3예산과 규모는 얼마인가요?
저용량/높은 신뢰성: 알루미늄 기반은 더 높은 비용을 정당화합니다.
높은 용량/저가: FR4의 규모 경제는 승리합니다.

일반적 인 오해
1신화: 알루미늄 기반의 PCB는 항상 내구성을 위해 더 좋습니다.
사실: FR4의 딱딱함은 소비자 기기에서의 물리적 충격 (예를 들어, 떨어지는 것) 에 더 저항력을 가집니다.
2신화: FR4는 열을 견딜 수 없습니다.
사실: FR4는 저전력 장치에 적합합니다. 고전력 애플리케이션에서만 알루미늄이 필요합니다.
3신화: 알루미늄 기반 PCB는 작은 프로젝트에 너무 비싸다.
사실: 프로토타입 또는 소량 고전력 설계 (예: 100 대) 에서 성능 이점은 비용을 초과합니다.

FAQ
질문: 알루미늄 기반 PCB는 모든 응용 분야에서 FR4를 대체 할 수 있습니까?
A: 아닙니다. 저전력, 비용에 민감한 디자인에서는 FR4가 더 실용적입니다. 알루미늄 기반 PCB는 열이 중요한 요소일 때만 필요합니다.

Q: 알루미늄 기반 PCB는 표준 제조 공정과 호환됩니까?
A: 예. 그들은 FR4 와 같은 에치, 굴착, 용접 장비 를 사용 합니다. 하지만 일부 상점 에서는 금속 핵 을 처리 하는 데 더 많은 비용을 요구 합니다.

Q: FR4 PCB가 처리할 수 있는 최대 전력은 얼마입니까?
A: FR4는 히트 싱크가 추가되면 10W까지의 구성 요소에 적합합니다. 그 이상에는 과열을 피하기 위해 알루미늄 기반 PCB가 권장됩니다.

Q: 알루미늄 기반 PCB는 특별한 설계 고려가 필요합니까?
A: 예. 열전도성 때문에 흔적은 좁을 수 있습니다. 열이 더 잘 퍼지기 때문에, 그들은 극도의 전력을 위해 열 방출장과 잘 어울립니다.

Q: 알루미늄 기반과 FR4 사이에 중간 지점이 있나요?
A: 예. 구리 기반 PCB는 알루미늄 (20 ∼30 W/m·K) 보다 더 나은 열 전도성을 제공하지만 2 ∼ 3 배 더 비싸기 때문에 항공우주 또는 군사용 용도로 적합합니다.

결론
알루미늄 기반 PCB 및 FR4는 전자제품에서 구별 된 역할을 수행합니다. 알루미늄 기반 PCB는 고 전력, 열 민감성 또는 혹독한 환경 애플리케이션에 대한 확실한 선택입니다.열전도성과 내구성이 더 높은 비용을 정당화하는 경우. FR4는 저렴한 전력, 비용 민감성, 또는 높은 볼륨의 설계에 타당하지 않습니다. 그 가격과 신뢰성이 빛나는 곳.당신은 성능을 최적화 할 것입니다., 비용을 줄이고 장기적인 신뢰성을 보장합니다.