FR4 PCB 소재는 균형 잡힌 열적 및 기계적 특성으로 인해 표준 인쇄 회로 기판 애플리케이션에 널리 사용됩니다. 열적 특성으로는 130°C~180°C의 유리 전이 온도(Tg) 범위, 낮은 열전도율(~0.3W/m-K), 난연성(UL94 V-0 등급) 등이 있습니다. 이러한 특성으로 인해 범용 전자 제품에는 적합하지만 추가적인 열 관리가 없는 고전력 애플리케이션에는 적합하지 않습니다. 또한 FR4는 적당한 열과 습기 조건에서 치수 안정성을 나타내지만 과도한 온도는 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 유리섬유 보강으로 강성이 뛰어나고 기계 가공성이 뛰어나 비용 효율적인 제조를 지원합니다.
핵심 포인트 설명:
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유리 전이 온도(Tg)
- FR4의 Tg 범위는 다음과 같습니다. 130°C ~ 180°C 입니다.
- Tg 이하에서는 재료가 단단하게 유지되고, Tg 이상에서는 부드러워져 기계적 불안정성을 초래할 수 있습니다.
- 자동차 또는 산업용 전자기기와 같이 고온에 노출되는 애플리케이션에는 더 높은 Tg 등급(예: 180°C)이 선호됩니다.
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열 전도성
- FR4의 특징 낮은 열전도율(~0.3W/m-K) 열을 잘 방출하지 못합니다.
- 따라서 과열을 방지하기 위해 고전력 회로에 추가적인 열 관리(예: 방열판, 써멀 비아 또는 금속 코어)가 필요합니다.
- 이에 비해 구리와 같은 금속은 ~400W/m-K로 FR4의 단열 특성을 강조합니다.
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난연성(UL94 V-0 등급)
- FR4는 자기 소화성 난연성 UL94 V-0 표준을 충족합니다.
- 이 특성은 가전제품의 안전에 매우 중요하며, 단락이나 고장 시 화염 확산을 방지합니다.
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치수 안정성
- FR4는 적당한 열에서 모양을 유지하지만 Tg 근처에서 또는 장기간 습기에 노출되면 뒤틀리거나 박리될 수 있습니다.
- 설계자는 신뢰성 문제를 방지하기 위해 구리 트레이스와의 열팽창(CTE) 불일치를 고려해야 합니다.
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기계적 및 가공 특성
- 유리 섬유 보강재는 다음과 같은 이점을 제공합니다. 높은 강성 FR4는 대부분의 PCB 애플리케이션에 내구성이 뛰어납니다.
- PTFE보다 가공(드릴링, 절단)이 쉬워 제작 비용이 절감됩니다.
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고전력 애플리케이션의 한계
- 열 전도성이 낮기 때문에 FR4는 고전력 회로에 적합하지 않습니다. 고출력 회로에는 적합하지 않습니다.
- LED 조명이나 전력 컨버터와 같은 애플리케이션에는 금속 코어 PCB 또는 세라믹과 같은 대안이 필요할 수 있습니다.
이러한 열 특성을 이해하면 설계자가 PCB 프로젝트에 FR4를 선택할 때 성능, 비용, 신뢰성 간의 균형을 맞추는 데 도움이 됩니다. 귀사의 애플리케이션에 더 높은 Tg 변형의 이점이 있을까요, 아니면 표준 FR4로 충분할까요?
요약 표:
| 특성 | FR4 PCB 특성 | 설계 시사점 |
|---|---|---|
| 유리 전이(Tg) | 130°C-180°C(더 높은 Tg 변형 가능) | Tg가 높을수록 고열 환경(예: 자동차/산업)에서 연화되는 것을 방지합니다. |
| 열 전도성 | ~0.3W/m-K(낮음) | 과열을 방지하기 위해 고전력 회로를 위한 히트싱크/열 비아가 필요합니다. |
| 화염 저항 | UL94 V-0 등급(자체 소화) | 전기적 결함 시 가전제품의 안전을 보장합니다. |
| 치수 안정성 | 적당한 열/습도에서 안정적이며, Tg 근처 또는 습기에 노출되면 휨이 발생합니다. | 구리 트레이스와 CTE가 불일치하는 경우 설계 조정이 필요할 수 있습니다. |
| 가공성 | 유리섬유 보강재로 강성이 뛰어나며, PTFE에 비해 드릴링/절단이 용이합니다. | 표준 PCB 설계의 제작 비용을 낮춥니다. |
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