높은 TG PCB 대 표준 FR4: 전자 장치에 대한 최고 열 성능을 선택할 때

PCB 설계의 세계에서 올바른 재료를 선택하는 것은 프로젝트를 만들거나 깨뜨릴 수 있습니다. 표준 FR4는 소비자 전자제품의 작업마입니다. 저렴하고 신뢰할 수 있으며 낮은 열 장치에 적합합니다.하지만 만약 당신의 프로젝트가 뜨거운 엔진 칸에 살고 있다면, 고와트 LED 배열을 전원, 또는 데이터 센터에서 24/7 실행? High TG PCB가 등장하는 곳입니다. 유리 전환 온도 (TG) 170 ° C + (FR4에 대 한 130 ~ 140 ° C),높은 TG PCB는 표준 보드를 부드럽게하거나 왜곡시킬 열에 웃습니다.이 가이드는 주요 차이점, 실제 사용 사례,그리고 단계별로 결정하는 과정을 통해 완벽한 재료를 선택할 수 있도록 도와줍니다. 간단한 리모컨이나 견고한 EV 부품을 만들고 있든.

주요 내용
1.TG = 열 저항성: 높은 TG PCB (≥170°C) 는 극한 열을 처리합니다. 표준 FR4 (130~140°C) 는 낮은 열 장치에 적합합니다.
2.열력 성능 격차: 높은 TG는 열을 30% 더 잘 분산하여 고전력 설계 (EV 인버터, 5G 증폭기) 에 매우 중요합니다.
3비용 대 가치: FR4는 20~30% 더 저렴하지만, 높은 TG는 뜨거운 / 강력한 프로젝트에서 장기적으로 돈을 절약합니다 (작은 실패, 덜 재작업).
4기계적 강도: 높은 TG는 용접 및 열 사이클 도중 왜곡에 저항합니다. 산업/자동차 사용에 이상적입니다.
5결정 규칙: 프로젝트가 150°C 이상, 50W 이상의 전력을 사용하거나 10년 이상의 신뢰성이 필요한 경우 높은 TG를 선택하십시오.

표준 FR4 는 무엇 입니까? 소비자 전자 장치 의 척추
FR4 (불 retardant 4) 는 가장 일반적인 PCB 재료입니다. 그것은 비용, 강도, 기본 열 성능을 균형 잡습니다.온도 제한을 초과하지 않는 장치의 선택입니다..

표준 FR4의 핵심 속성
FR4의 강점은 낮은에서 중도의 요구에 대한 다재다능성입니다.

표준 FR4의 일반적인 용도
FR4는 일상 전자제품의 모든 곳에서 열이 최소화되고 비용이 우선시되는 프로젝트입니다.
a.소비용 기기: 원격 제어기, 스마트 TV, 게임 콘솔 및 부엌 기기 (예를 들어 80°C를 거의 초과하지 않는 토스터의 제어판)
b. 저전력 IoT 장치: 스마트 온도 조절기, 모션 센서 및 Wi-Fi 라우터 (대부분은 40~60°C에서 작동합니다.)
c. 취미 프로젝트: 아두이노 방패, 기본 LED 스트립 및 학교 전자 제품 집합 (극한 열이나 전력 없음).
d. 비중적 산업 부품: 저전력 모터에 대한 공장 제어판 (기온 조절 시설에서 냉각 유지).

예제: 스마트 폰의 주 PCB는 FR4를 사용 합니다. 그 이유는 그 SoC (Chip 상 시스템) 이 FR4의 TG보다 훨씬 낮은 60~80°C에서 작동하기 때문입니다. 폰의 케이스와 히트 싱크는 온도를 조절합니다.FR4가 충분할 정도로.

고 TG PCB 는 무엇 인가?
높은 TG PCB (High Glass Transition Temperature PCBs의 약자) 는 처벌을 위해 설계되었습니다. 그들의 비밀?변형 된 에포시 樹脂 (일반적으로 세라믹 필러가 추가되어) 는 그 TG를 170°C 이상으로 올립니다.이것은 열 한계를 초과하는 프로젝트에 필수적입니다.

고 TG PCB의 핵심 특성

높은 TG PCB는 열, 강도 및 내구성에서 FR4를 능가합니다.

높은 TG 를 독특 하게 만드는 주요 특징
a.열성 저항: 150°C에서도 (EV 배터리 부대에서 흔한 경우), 높은 TG는 딱딱하게 유지됩니다. FR4는 변형되기 시작합니다.
b.접속 안정성: 고온 부품 (예를 들어 전원 공급 장치의 IGBT) 을 용접할 때 왜곡되지 않습니다.
c.장수성: 10 년 이상의 수명 (예: 의료기기) 에 대해 결정적입니다.
d.화학 저항성: 기름, 냉각액 및 용매에 견딜 수 있습니다 (자동차 하부 또는 공장 기계에 이상적입니다).

예제: 5G 기지 스테이션의 전력 증폭기의 고 TG PCB는 180 ° C TG보다 훨씬 낮은 140 ° C에서 24/7 동안 작동합니다. 10 년 이상 안정적으로 유지되지만 FR4 PCB는 3 년 5 년 내에 붕괴됩니다.

높은 TG 대 표준 FR4: 데이터 기반 비교
높은 TG를 선택할 때 이해하려면 중요한 지표의 차이를 분해해 보겠습니다.

중요 한 열 격차
가장 큰 차이점은 각 재료가 시간에 따라 열을 처리하는 방식입니다. 실제 예를 들어봅시다. 100W LED 플래드 램프입니다.
a.FR4 PCB: LED 드라이버의 열은 FR4의 TG보다 조금 더 높은 135°C로 보드를 밀어냅니다. 6 개월 이상 보드가 왜곡되어 용접 조합이 균열됩니다. 빛은 깜박이고 실패합니다.
b.High TG PCB: 같은 열 (135 ° C) 는 그 170 ° C TG 아래 35 ° C입니다. 보드는 평평하게 유지되며 빛이 5 년 이상 안정적으로 작동합니다.
이 격차 때문에 고 TG는 열에 민감한 설계에 대해 협상 할 수 없습니다.

고 TG PCB 를 선택할 때: 3 가지 중요한 시나리오
높은 TG는 단순히 "더 나은"소재가 아니라 FR4가 실패할 프로젝트의 전문 솔루션입니다.

1고온 환경
PCB가 지속적인 열 (≥150°C) 또는 극심한 온도 변동에 노출 될 경우, 높은 TG가 필수입니다. 일반적인 시나리오는 다음과 같습니다.
a.자동차 하부: EV 배터리 관리 시스템 (BMS), 엔진 제어 장치 (ECU) 및 변속기 제어 장치 (120~160°C에서 작동한다).
b.산업 기계: 공장 모터, 용접 장비 및 오븐 컨트롤러 (140~180°C에 노출)
c. 야외 전자제품: 태양광 인버터 (직접 태양광, 130~150°C에서 구워) 및 5G 기지국 증폭기 (RF 칩에서 나오는 열)
d.항공우주: 항공기용 항공기 (온도 변동 -50°C~120°C)

사례 연구: 자동차 제조업체는 EV BMS를 위해 FR4에서 High TG (180°C) 로 전환했습니다. 보증 청구서는 70% 감소했습니다.

2고전력 애플리케이션
많은 전류 (≥5A) 를 흡수하는 구성 요소는 상당한 열을 발생시킵니다. 높은 TG ◎ 더 나은 열 전도성과 열 저항이 이러한 디자인을 안전하게 유지합니다.
a. 전력 전자: 인버터 (EV, 태양광), DC-DC 변환기 및 모터 드라이버 (100~500W).
b.대와트 LED: 경기장 조명, LED 프로젝터 및 자동차 전등 (50~200W).
c. 데이터센터 하드웨어: 서버 전원 공급 장치 및 GPU 메인보드 (24/7 운영, 80~140°C).
의료기기: MRI 기계 전원 모듈 및 레이저 치료 도구 (열을 발생시키고 10 년 이상 수명이 필요합니다).

FR4가 여기서 실패하는 이유는: FR4에 있는 200W LED 드라이버가 과열되어 에포시드가 붕괴되고 보드가 구조적 강도를 잃게 됩니다.일정한 온도에서도.

3장기적 신뢰성 요구 사항
만약 여러분의 프로젝트가 10년 이상 지속되어야 한다면 (예를 들어, 의료 임플란트, 산업용 제어장치 등)
a.의료기기: 심근 경동기, 인슐린 펌프 및 진단 장비 (10~15년 동안 안정적으로 작동해야 한다).
b.기반시설: 교통 신호등, 전력망 컨트롤러 및 석유 리그 센서 (서비스가 어렵기 때문에 장수성이 중요합니다).
c.자동차: EV 부품 (보증 기간은 종종 8~10년) 및 자율주행 차량 센서 (비상한 순간에 고장날 수 없다).

데이터 포인트: 산업 센서에서 높은 TG PCB는 10 년 후에 <1%의 실패율을 나타냅니다. FR4의 실패율은 같은 기간 동안 15~20%입니다.

FR4 표준 이 충분 한 것 보다 더 많을 때
FR4는 "미등"이 아닙니다. 소비자 및 낮은 수요 프로젝트의 80%에 대한 올바른 선택입니다.

1소비자 전자제품 (저온, 저전력)
대부분의 기기들은 FR4에 도전할 만큼 충분한 열을 생성하지 않습니다.
a.작은 장치: 스마트 폰, 태블릿, 스마트 워치 및 리모컨 (40~80°C에서 작동)
b. 가전제품: 믹서기, 마이크로 웨브 (열기 요소가 아닌 제어판) 및 커피 메이커.
c. 저전력 IoT: 스마트 온도 조절기, 문 벨 및 환경 센서 (이용 <10W).

예제: 스마트워치의 PCB는 프로세서가 60°C에서 작동하고 시계 케이스는 열을 분산하기 때문에 FR4를 사용합니다. FR4는 소비자 제품에 있어 작고 저렴한 디자인을 유지합니다.

2비용에 민감한 프로젝트
예산이 최우선이고 성능 요구가 낮다면 FR4는 가치를 제공합니다.
취미 프로젝트: 아두이노 키트, DIY LED 스트립, 학교 전자제품.
b. 일회용 장치: 의료 검사 키트, 임시 센서 및 홍보 기기.
c.대량 소비재: 값싼 장난감, 기본적인 손전등, 일회용 카메라.

비용 분포: 간단한 PCB의 10,000 단위 주문에 대해 FR4는 $15,000~$30입니다.000, 높은 TG는 20000$~50$입니다.000FR4는 비비결적인 설계에 대한 비용을 20~40% 절감합니다.

3. 실내, 기후 조절 환경
만약 PCB가 안정적이고 시원한 공간 (20°C~30°C) 에 있다면 FR4의 열 한계는 결코 테스트되지 않을 것입니다.
a. 사무실 장비: 프린터, 노트북, 라우터 (온난한 방에서 시원하게 유지하십시오).
b.집용 전자제품: TV, 사운드 시스템, 게임 콘솔 (가장 뜨거움을 피하기 위해 환기)
c. 소매장치: POS 시스템 및 바코드 스캐너 (실내, 저전력)

결정 하는 방법: 단계별 결정 안내
높은 TG와 FR4 사이에서 선택하는 것은 추측 할 필요가 없습니다.

단계 1: 프로젝트의 열 및 전력 수요를 계산
단단한 데이터부터 시작하세요
1최대 온도를 추정합니다: 열 시뮬레이션 도구 (예를 들어 Ansys Icepak) 또는 부품 데이터 시트를 사용하여 PCB에서 가장 뜨거운 지점을 찾으십시오.
최대 온도 ≥150°C → 높은 TG
최대 온도 < 120°C → FR4

2총 전력을 계산: 모든 구성 요소의 전력 소모량을 더합니다 (예를 들어, 모터 컨트롤러 + 센서 = 60W).
전력 ≥50W → 높은 TG
전력 < 30W → FR4

프로 팁: 자동차/산업 프로젝트의 경우 실제 세계 변동성을 고려하기 위해 20°C (안전 버퍼) 를 추가하십시오. (예를 들어, 시뮬레이션이 130°C라고 말하면 150°C로 가정하십시오.)

2단계: 신뢰성 과 수명 목표 를 정의 하라
프로젝트가 얼마나 오래 진행될까요?
a.단기 (1~3년): FR4 (예: 일회용 센서)
b.장기 (5년 이상): 높은 TG (예를 들어, 8년 보증이 있는 EV 부품)
중요 안전 (의료/자동차): 높은 TG (실패 방지 설계에 대해 협상할 수 없습니다).

단계 3: 비용 과 가치 를 균형 잡는다
질문: 높은 TG가 장기적으로 돈을 절약할 수 있을까요?
a.예, 만약: 고전도 PCB가 고전도 PCB의 프리미엄보다 더 많은 비용이 들 경우 (예를 들어, 고전도 PCB는 고전도 PCB에 대한 재작업으로 $50 대 실패한 FR4 PCB에 대한 $5,000).
만약: 프로젝트가 위험성이 낮다면 (예: 20달러짜리 장난감) FR4의 비용 절감이 더 중요합니다.

단계 4: PCB 제조업체와 상담 (LT CIRCUIT처럼)
혼자 하지 마세요. LT CIRCUIT 같은 명실상부한 제조사들은
a. 재료 추천을 위해 설계 및 열 데이터를 검토합니다.
b. 고 TG와 FR4의 샘플을 검사하도록 한다.
c. 재질 등급 (예: 170 °C 대 190 °C 고 TG) 을 조정하여 예산에 맞게 조정하십시오.

예를 들어 LT CIRCUIT는 태양광 인버터 회사에서 180°C 높은 TG로 전환하는 것을 도왔습니다. 회사는 PCB당 25% 더 많은 비용을 지불했지만 2 년 ROI에 대해 보증 비용을 60% 절감했습니다.

고 TG 및 FR4 PCB에 대한 디자인 팁
일단 재료를 선택하면 최대한 활용할 수 있도록 디자인을 최적화하십시오.

고 TG PCB를 위해
a. 열전도율을 활용: 구리 투여와 열 통로를 사용하여 뜨거운 구성 요소 (예를 들어, IGBT) 로부터 온도를 보드 엣지에 퍼뜨립니다.
b. 호환되는 구성 요소를 선택하십시오: 합성 고장 고기를 피하기 위해 고온 용매 (SnAgCu 305, 217 °C에서 녹는다) 를 결합하십시오.
c.열전환 테스트: 견고성을 검증하기 위해 프로토타입을 -40°C에서 125°C의 1,000+주기로 시험합니다.

FR4 PCB를 위해
a.핫스팟을 피하십시오: 더 나은 공기 흐름을 위해 온도 생성 부품 (예: 전압 조절기) 을 보드 가장자리에 가깝게 배치하십시오.
b. 고전력 부품을 위해 히트 싱크를 사용하십시오. 작은 히트 싱크조차도 FR4 PCB를 10 ~ 15 °C 냉각 상태로 유지할 수 있습니다.
c. 리플로우 사이클을 제한한다: FR4는 반복적으로 가열되면 약화되어 1~2개의 리플로우 패스에 붙어 있다.

FAQ: 높은 TG 대 FR4에 대한 일반적인 질문
1저는 소비자 전자제품에 높은 TG PCB를 사용할 수 있습니까?
그래요, 하지만 과잉입니다. 스마트폰은 높은 TG의 열 저항을 필요로 하지 않습니다, 그리고 추가 비용은 장비를 더 비싸게 할 것입니다.

2170°C와 190°C의 높은 TG PCB의 차이점은 무엇입니까?
a.170°C 높은 TG: 대부분의 자동차/산업 프로젝트에 이상적입니다 (150°C 연속 열을 처리합니다).
b.190°C 높은 TG: 온도가 170°C를 달성하는 극한 환경 (예: 항공우주, 석유 기구)
돈을 절약하기 위해 필요에 맞는 가장 낮은 TG를 선택하세요.

3고 TG PCB는 특별한 제조가 필요합니까?
네, 제조업체는 더 높은 완화 온도 (170~190°C FR4에 비해 150°C) 와 특화된 에팍시 樹脂을 사용해야합니다. LT CIRCUIT와 같은 제조업체와 협력하십시오.

4FR4 PCB는 더 많은 열을 처리할 수 있도록 수정될 수 있습니까?
제한적으로. 열 통로 또는 열 방출기를 추가 할 수 있지만 FR4?? 의 에포시는 130 ~ 140 ° C 이상에도 부드럽게됩니다. 150 ° C 이상의 온도에서는 고 TG가 유일한 신뢰할 수있는 옵션입니다.

5높은 TG가 FR4보다 얼마나 비싸나요?
높은 TG는 1 평방 인치당 20~40% 더 많은 비용이 발생한다. 100mm × 100mm PCB의 경우 FR4는 1.5$, High TG는 2$, 5$이다.

결론: 프로젝트 의 요구 에 맞는 재료 를 선택 하라
높은 TG PCB와 표준 FR4는 경쟁자가 아닙니다. 그들은 다른 작업을위한 도구입니다. FR4는 소비자 및 낮은 수요 프로젝트의 80%에 대한 저렴하고 신뢰할 수있는 선택입니다.열과 수명이 비중이 없는 경우. 고 TG는 제한을 초과하는 프로젝트의 전문 솔루션입니다: 뜨거운 환경, 고 전력 부품 및 장기 신뢰성 요구 사항.

성공의 열쇠는 필요에 맞는 자료를 제공하는 것입니다.
a.프로젝트가 냉면 (<120°C) 으로 작동하거나, 적은 전력 (<30W) 을 사용하거나, 짧은 수명 (<5년) 이 있다면 → FR4.
b.프로젝트가 150°C 이상에 도달하거나 50W 이상 사용하거나 10년 이상의 신뢰성을 필요로 하는 경우

이 가이드를 따르고 LT CIRCUIT 같은 전문가와 상담하면 FR4가 작동할 때 높은 TG에 과도한 비용을 지출하거나 FR4를 열에 민감한 설계에서 사용하여 실패 할 위험을 피할 수 있습니다.올바른 재료는 단지 부품이 아니라 작동하는 프로젝트의 기초입니다., 지속되고 가치를 제공합니다.