인쇄 회로 기판(PCB)에 사용되는 재료: 제조업체를 위한 종합 가이드.

고객에 의해 인적화된 이미지

인쇄 회로 보드 (PCB) 는 스마트 폰에서 우주선에 이르기까지 모든 전자 장치의 보이지 않는 척추이지만 성능은 완전히 사용 된 재료에 달려 있습니다.스마트폰의 5G 모덤은 신호 중단을 피하기 위해 저손실 기판 재료에 의존합니다., EV의 배터리 관리 시스템 (BMS) 은 높은 전류를 처리하기 위해 열에 저항하는 구리 필름을 필요로합니다. 잘못된 재료를 선택하는 것은 조기 고장, 비용이 많이 드는 재작업으로 이어질 수 있습니다.또는 안전 위험 (e예를 들어, 의료기기의 과열).

이 가이드에서는 PCB를 구성하는 중요한 재료와 그 특유의 특성을 설명하고, 응용 분야에 적합한 물질을 선택하는 방법을 설명합니다.우리는 기초 기판과 전도성 구리 필름에서 보호 용접 마스크와 신뢰성을 높이는 표면 완공까지 모든 것을 다루고 있습니다.미국 제조 표준에 맞춘 데이터 기반 비교와 실제 사용 사례를 제공합니다.이 물질을 이해하는 것은 PCB를 만드는 데 핵심입니다., 마지막, 그리고 비용 목표를 달성.

주요 내용
a. 기판 재료 (예: FR4, 로저스, 폴리마이드) 는 PCB의 열, 전기 및 기계적 성능을 결정합니다. FR4는 소비자 응용의 80%에 이상적입니다.로저스는 5G/mmWave 디자인에 탁월합니다..
b. 구리 필름 두께 (1oz ∼5oz) 및 종류 (전도화 대 롤링) 영향 전류 운반 능력: 구리 2oz 30A + 전류를 처리합니다.롤링 구리는 웨어러블 기기에 유연성을 제공합니다..
c. 용접 마스크 (주로 녹색 LPI) 는 자동차 및 산업용 PCB에 필요한 고 온도 변수 (Tg ≥150 °C) 와 함께 부식 및 용접 브릿지에서 흔적을 보호합니다.
d. 표면 마감 (ENIG, HASL, ENEPIG) 은 용접 가능성과 수명을 결정합니다. ENEPIG는 의료 / 항공우주에서 금 표준이며, HASL은 낮은 신뢰성 장치에 대한 비용 효율성을 유지합니다.
e.물질 선택 오류는 PCB 결함의 35%를 유발합니다 (IPC 데이터)

1PCB 기판 재료: 성능의 기초
기판은 구리 흔적, 부품 및 기타 PCB 층을 보유하는 비전도 기반입니다.
a.열전도성: PCB가 열을 얼마나 잘 분산하는가 (IGBT와 같은 고전력 부품에 있어 매우 중요합니다).
b. 디렉트릭 상수 (Dk): 전기 신호를 얼마나 잘 격리합니까 (저 Dk = 더 나은 고주파 성능).
c. 기계적 강도: 왜곡, 구부러짐 또는 균열에 대한 저항력 (강경한 환경의 핵심).

아래는 가장 일반적인 기판 재료이며 선택에 대한 자세한 비교입니다.

기판 의 선택 이 중요 한 이유
a.소비자 전자제품: FR4는 저비용과 적절한 열 성능 (0.3 W/m·K) 으로 스마트 폰과 태블릿의 1 ∼5W 전력 요구를 처리 할 수 있습니다.아이폰 15의 6층 FR4 PCB는 ~(2.50, 대) 로저스 대용량에 대한 12.50
b.5G/텔레콤: 로저스 RO4350의 낮은 Dk (3.48) 는 28GHz에서 신호 손실을 최소화하여 5G 기지 스테이션에 필수적입니다. 그렇지 않으면 5G 신호는 10cm의 흔적에서 40% 감소 할 것입니다.
c. 항공우주: 폴리아미드 기판은 -55°C에서 200°C의 온도 변동에 견딜 수 있으며 방사선에 저항하여 위성 PCB에 이상적입니다.NASA의 제임스 웹 우주 망원경은 냉동 기구에 폴리아미드 기반 PCB를 사용합니다..
d.EV: EV 인버터의 알루미늄 코어 (MCPCB) 기판은 FR4보다 3배 더 빨리 열을 분산하며, IGBT 접합 온도는 125°C 이하 (열적 스트로틀링의 기준) 로 유지된다.

2구리 포일: 전도성 척추
구리 포일 (copper foil) 은 PCB를 통해 전기 신호와 전력을 전달하는 흔적, 평면 및 패드를 형성하는 전도성 물질입니다. 두께, 종류 및 순수성은 전류 용량에 직접 영향을 미칩니다.유연성, 그리고 비용.

주요 구리 포일 사양
a. 두께: 1온스 (온스) 로 측정됩니다. (1온스 = 35μm 두께). 일반적인 옵션:
1온스: 소비자 전자제품의 저전류 신호 (≤10A) 에 이상적입니다.
2온스: 10~30A 전류 (EV BMS, 산업용 모터 드라이브) 를 처리합니다.
3oz5oz: EV 인버터나 용접 장비와 같은 고전력 (50A+) 애플리케이션을 위해.
b. 타입: 두 가지 주요 변형, 각각 특정 필요에 적합합니다.

구리 포일 에 대한 중요 한 고려 사항
a.전류 용량: 1mm 너비, 2oz 구리 흔적은 25°C에서 ~30A (IPC-2221 표준) 을 운반합니다. 더 높은 전류에 대해 더 넓은 흔적 (예를 들어, 2mm 너비, 2oz = 50A) 또는 두꺼운 필름 (3oz = 1mm 너비에 45A) 을 사용하십시오.
b. 표면 거칠성: 롤링 된 구리는 전해질 (Ra 1?? 2μm) 보다 부드러운 표면 (Ra <0.5μm) 을 가지고 있으며 고 주파수 (28GHz +) 에서 신호 손실을 줄입니다. 이것은 5G mmWave PCB에 이상적입니다.
c. 유연성: 롤링 된 구리는 접이 가능한 전화 또는 착용 가능한 센서에 매우 중요한 10,000 + 굽기 주기로 (전해질에 1,000 대) 견딜 수 있습니다.

예제: 테슬라의 모델 Y BMS는 2 온스 전해질 구리 엽을 사용하여 전력 플레인을 사용하며 PCB를 배터리 팩에 들어갈 정도로 얇게 유지하면서 비용과 전류 용량을 (30A / trace) 균형 잡습니다.

3. 솔더 마스크: 흔적을 보호하고 쇼트를 방지
a.연금 마스크는 구리 흔적 (패드 제외) 위에 적용되는 액체 또는 건조한 필름으로:
b. 구리를 산화와 진식으로부터 보호한다.
c. 인접한 흔적 (고밀도의 PCB에서 흔한) 사이의 우연한 용매 다리를 방지하십시오.
d. 습기, 먼지, 화학물질에서 흔적을 고립합니다.

일반적인 용매 마스크 유형
액체 광상화성 (LPI) 용접 마스크는 현대 PCB의 95%에 사용됩니다. 그것은 액체로 적용되어 자외선에 노출되며 (사진 마스크를 통해) 패드를 노출시키지 않도록 개발되었습니다. 다른 유형 (干膜,스크린 인쇄) 는 오늘날 낮은 정확성으로 인해 드물다..

왜 솔더 마스크 의 색깔 이 중요 합니까?
a.녹색: 산업 표준은 저렴하고 검사하기 쉽다 (황금과 대조) 그리고 대부분의 프로세스와 호환됩니다.
b.블랙: 미용에 있어서 고급 기기 (예: 프리미엄 스마트 폰) 에서 인기가 있지만 검사하기 어렵습니다 (유비라이트가 결함을 검사하는 데 필요합니다).
c.백색: LED PCB에서 사용되는데 LED 밝기를 15% 증가시키기 위해 빛을 반사합니다.

주요 참고: 하위 환경 (125 ° C +) 에서 작동하는 자동차 PCB에 대해 높은 온도 LPI (Tg ≥150 ° C) 는 필수적입니다. 표준 LPI (Tg 130 ° C) 는 부드럽거나 탈 라미네이트됩니다.단회로로 이어집니다..

4실크스크린 잉크: 표기 및 식별
실크스크린 잉크는 PCB에 적용되는 마지막 층이며, 텍스트, 로고, 부품 참조 (예를 들어, R1, U2) 및 극성 표시를 인쇄합니다.그것은 조립 (지휘 부품 배치) 및 유지 보수 (수리 할 부품을 식별) 에 중요합니다..

실크 스크린 잉크 종류
대부분의 잉크 는 에포시 (열과 화학물질 에 내성) 또는 자외선 (대량 생산 을 위한 빠른 건조) 에 내성 이다.

실크 스크린에 대한 최선의 방법
글꼴 크기: 최소 0.8mm 높이의 텍스트를 사용하십시오. 더 작은 텍스트는 읽기 어렵고 조립 중에 얼룩질 수 있습니다.
b.클리어: 잉크를 패드에서 0.1mm 떨어져 두십시오. 패드의 잉크는 용접을 방지합니다.
c. 내구성: 산업용 PCB를 위해 에포시 잉크가 선호되며, PCB는 자주 청소되거나 취급될 수 있습니다.

예를 들어: 산업용 모터 드라이브를 수리하는 공장은 고장난 저항 (R45) 을 식별하기 위해 에포시 실크 스크린에 의존합니다. 명확한 라벨링이 없으면 수리 시간이 두 배로 증가하여 시간 단속으로 500 달러가 소요됩니다.

5. PCB 표면 완공: 솔더 가능성과 장수성을 보장
표면 가공은 노출 된 구리 패드를 코팅합니다.
a. 산화 방지 (접속성을 파괴하는)
b. 용매 관절의 신뢰성을 향상시킵니다.
c. PCB의 유효기간을 6개월에서 2년 이상 연장한다.
이것은 가장 중요한 재료 선택 중 하나입니다. 열악한 마감은 용접 실패의 25% (IPC 데이터) 를 유발합니다. 다음은 가장 일반적인 옵션의 비교입니다.

결단 선택 이 협상 할 수 없는 이유
a.의료기기: ENEPIG는 필수입니다. 그것은 "검은 패드" (관절 실패를 일으키는 부서지기 쉬운 니켈 금 화합물) 을 피하고 오토클라브 살균 (134 °C, 2 바 압력) 에 견딜 수 있습니다.
b.항공: ENIG의 18개월의 유효기간은 PCB가 장기간 저장되는 동안 판매 가능하도록 보장합니다 (예를 들어, 발사 전에 2년 동안 저장된 위성 부품).
소비자 전자제품: HASL는 PCB가 빠르게 조립되고 2~3년마다 교체되는 TV 또는 장난감에 대한 비용 효율적입니다.
d.EVs: ENEPIG는 ADAS 레이더 PCBs에 사용됩니다.

6재료 선택 틀: 올바른 조합을 선택하는 방법
이렇게 많은 옵션으로, PCB 재료를 선택하는 것은 압도적일 수 있습니다.

단계 1: 성능 요구 사항을 정의
a.전기: 최대 주파수 (예: 5G의 28GHz) 또는 전류 (예: EV BMS의 30A) 는 무엇입니까? 높은 성능을 위해 낮은 Dk 기판 (Rogers) 및 두꺼운 구리 (2oz+) 이 필요합니다.
b.열: 최대 작동 온도는 무엇입니까 (예를 들어, 자동차의 경우 150 ° C)? 고 Tg 기판 (FR4 Tg 170 ° C) 및 열 분비를위한 MCPCB를 선택하십시오.
c. 기계적: PCB는 구부러질 수 있습니까 ( 착용 할 수 있습니다) 또는 진동 (항공 우주) 에 견딜 수 있습니까? 유연한 폴리아미드 기판과 롤 된 구리는 여기서 중요합니다.

단계 2: 비용 과 가치 를 고려 하라
a. 소비자 전자제품: 가격 요점을 충족시키기 위해 저렴한 재료 (FR4, 1 온스 전해질 구리, HASL) 를 우선시하십시오. (예를 들어, $ 200 스마트 폰은 로저스 기판을 구입할 수 없습니다.)
b.고위 신뢰성 (의료/항공): 프리미엄 재료 (ENEPIG, 폴리마이드, 로저스) 에 투자하십시오.

단계 3: 제조 호환성 확인
a. 소재가 조립 과정과 함께 작동하는지 확인합니다:
유연 PCB는 롤 된 구리 및 폴리아미드 용접 마스크가 필요합니다. 전해질 구리는 구부러질 때 균열됩니다.
대용량 (100k+ PCB) 는 유투브-건조성 실크스크린 (빠른 건조) 대 에포시 (연속) 에서 이익을 얻습니다.

단계 4: 준수 여부를 확인
a.자동차: 재료는 IATF 16949 (예를 들어, 고Tg 용접 마스크, ENEPIG) 를 충족해야합니다.
b.의학적: ISO 13485은 생체 호환성 물질 (예: ENEPIG, 폴리마이드) 을 요구합니다.
c.글로벌 시장: RoHS 준수 금지 납 (선택 납 없는 HASL (Sn-Cu) 또는 ENIG).

7산업별로 실제 물질 조합
재료 선택을 구체화하기 위해 일반적인 응용에 대한 입증 된 조합은 다음과 같습니다.

소비자 전자제품 (스마트폰 주 PCB)
1기판: 높은 Tg FR4 (Tg 170°C)
2구리 필리핀: 1 온스 전해질 (신호 층), 2 온스 전해질 (전력 평면)
3- 솔더 마스크: 표준 LPI 녹색 (Tg 130°C)
4실크스크린: UV-건조성 에포시 (0.8mm 텍스트)
5표면 완공: ENIG (소름성 및 비용의 균형을 맞추기)
6왜 작동하는지: FR4는 비용을 낮게 유지하며, 2온스 구리는 충전 전류 (15A) 를 처리하며, ENIG는 신뢰할 수있는 BGA 용접 (0,4mm pitch) 을 보장합니다.

자동차 (EV 인버터 PCB)
1기판: 알루미늄 코어 (MCPCB)
2구리 엽기: 3온스 전해질 (50A 전류를 처리)
3용조 마스크: 고 Tg LPI (Tg 180°C)
4실크스크린: 에포시 기반 (유/화학 물질에 저항)
5표면 마감: ENEPIG (성충성, 검은 패드 없음)
6왜 작동하는지: MCPCB는 IGBT 열을 분산하고, 3oz 구리는 높은 전류를 전달하며, ENEPIG는 캡 하 조건에 견딜 수 있습니다.

의료용 (피스메이커 컨트롤러 PCB)
1기판: 폴리아미드 (유연성, 바이오 호환성)
2구리 포일: 1 온스 롤 (유연, 낮은 표면 거칠성)
3. 솔더 마스크: 유연한 LPI (폴리마이드 기반, 생물 호환성)
4실크스크린: 에포시 (신체 액체에 저항)
5표면 마감: ENEPIG (폐기 방지, 장수 기간)
6왜 작동하는지: 폴리마이드는 몸의 움직임에 따라 구부러집니다. 롤링 된 구리는 균열을 피하고 ENEPIG는 ISO 13485 표준을 충족합니다.

항공우주 (위성 통신 PCB)
1기판: PTFE (60GHz 신호에 낮은 Dk)
2구리 필리핀: 2온스 롤링 (방사 저항)
3용조 마스크: 높은 Tg LPI (Tg 180°C, 방사선 저항)
4실크스크린: 에포시 (실공 및 온도 변동에 저항)
5표면 마감: ENIG (18개월 유효기간)
6왜 작동합니까: PTFE는 우주에서 신호 손실을 최소화하고, 롤 된 구리는 방사선 손상을 견딜 수 있으며, ENIG는 오랜 저장 후 용접성을 보장합니다.

PCB 재료에 관한 FAQ
Q: 한 PCB에 다른 기판 재료를 섞을 수 있나요?
A: 네, 하이브리드 PCB는 특정 필요에 대한 재료를 결합합니다. 예를 들어, 5G 라우터 PCB는 mmWave 섹션 (저 Dk) 에 로저스를 사용하고 나머지 부분 (비용 절감) 에 FR4를 사용할 수 있습니다.단지 재흐름 중에 왜곡을 피하기 위해 재료가 비슷한 CTE (열 확장 계수) 를 가지고 있는지 확인.

질문: 신호 흔적을 위해 1온스와 2온스 구리의 차이는 무엇입니까?
A: 1oz 구리 (35μm) 는 대부분의 신호 (≤10A, ≤1GHz) 에 충분하며, 2oz (70μm) 는 더 높은 전류 (1030A) 또는 낮은 저항 (산업 PCB의 긴 흔적에 중요합니다) 에 필요합니다.2온스 구리 또한 더 나은 열을 분산, 20A에서 15°C로 추적 온도를 줄입니다.

Q: 왜 녹색이 일반적으로 용접 마스크의 색이 되는 걸까요?
A: 녹색 잉크는 저렴한 가격, 자외선 안정성, 구리와 높은 대조를 제공하는 색소 (프탈로시아닌 녹색) 를 사용하며 검사자가 결함을 쉽게 발견 할 수 있습니다.긁힌 것)다른 색상 (검은색, 흰색) 은 미적 또는 기능적이지만 더 비싸다.

Q: ENEPIG보다 더 많은 비용을 지불할 가치가 있습니까?
A: 높은 신뢰성 응용 프로그램 (의료, 항공 우주) 에 대한 예, ENEPIG는 black pad (ENIG의 주요 고장점) 을 제거하고 와이어 결합 강도를 30% 향상시키는 팔라디움 층을 추가합니다.소비자 전자제품용, ENIG는 일반적으로 충분합니다.

Q: 유연 PCB는 FR4 기판을 사용할 수 있습니까?
A: No ′′FR4는 딱딱하며 구부러지면 균열됩니다. 유연한 PCB는 폴리아미드 또는 폴리에스터 기판을 필요로하며, 롤링 된 구리 필름과 결합됩니다.

결론
PCB 재료는 상호 교환되지 않습니다. 각 선택 (기반, 구리, 용접 마스크, 마무리) 은 성능, 신뢰성 및 비용에 직접 영향을 미칩니다.FR4 및 1 온스 구리 작업 80% 소비자 응용 프로그램하지만 5G, 전기차, 의료기기들은 로저스, 2온스+ 구리, 그리고 ENEPIG 같은 특화된 재료를 필요로 합니다.
성공의 열쇠는 귀하의 응용 프로그램의 고유 한 요구 사항에 대 한 자료의 조화입니다:
a. 고주파 설계에 낮은 Dk 기체를 우선시한다.
b. 높은 전류 경로에 더 두꺼운 구리를 선택하십시오.
c. 자동차/산업 환경에 고온 재료를 사용한다.
d.장기생명 또는 안전에 중요한 PCB를 위한 프리미엄 마무리 (ENEPIG) 에 투자합니다.
이 가이드를 따라가면 재료의 불일치로 인한 PCB 고장의 35%를 피하고 성능 목표를 충족하고 예산 내에서 유지하며 시간의 시험을 견딜 수있는 제품을 만들 수 있습니다.경험이 많은 엔지니어이든 스타트업 창업자이든, PCB 재료를 익히는 것은 경쟁력을 능가하고 지속가능한 전자제품을 만드는 첫걸음입니다.