FR4 소재란 무엇인가?

FR4 소재란 무엇인가?

선택하는 적절한 PCB 소재 은 귀하의 전자 프로젝트의 성능, 신뢰성 및 비용에 있어 중요합니다. FR4 PCB 소재 프린트 회로 기판 산업에서 가장 널리 사용되는 기판입니다. 이 포괄적인 가이드에서는 FR4가 표준으로 자리 잡게 된 이유, 주요 특성, 장점과 한계, 적절한 FR4 소재를 선택하는 방법, 그리고 다른 PCB 소재와의 비교에 대해 살펴보겠습니다.

FR4란 무엇인가?

F4 은 불연성 4 , 유리 섬유 강화 에폭시 라미네이트. 이 복합 구조는 FR4에 뛰어난 기계적 강도, 우수한 전기 절연성 및 중요한 불연성을 부여하여 PCB 제작의 기본 선택 사양이 되었습니다.

FR4 정의: 단지 이름 이상

F4 " 불연성 4 "을 의미하며, PCB의 기초 소재로 사용되는 특정 등급의 유리 섬유 강화 에폭시 라미네이트 소재를 지칭합니다. "FR"은 전자기기 안전 규격 준수를 위해 중요한 불연 성능을 나타내며, "4"는 다양한 불연 소재(FR1, FR2, FR3, FR5 등) 중 하나의 번호입니다.

FR4는 직조 유리 섬유 천 에 결합된 고유리전이에폭시수지 . 이 복합 구조는 기계적으로 강하고, 전기적으로 절연되며, 내화성 있는 소재를 만들어내어 다양한 PCB 응용 분야의 기본 재료로 이상적입니다 , 단일층 프로토타입부터 복잡한 다중층 고속 설계까지.

주요 포인트:

• FR: 불연성, 안전성을 위해 매우 중요함
• 4: 유리 섬유 강화 에폭시 성분을 나타냄

FR4 소재의 특성

• 난연성: 자체 소화 기능으로 화재 확산을 방지합니다.
• 전기 절연: 높은 전기 저항성으로 PCB 배선을 절연합니다.
• 기계적 강도: 내구성이 뛰어나고 가볍며 충격에 강합니다.
• 유전율 (Dk): 4.2–4.8(제조업체 및 두께에 따라 다름); 임피던스와 신호 무결성에 영향을 미칩니다.
• 손실 계수 (Df): 일반적으로 0.02; 특히 고주파 대역에서 신호 손실에 영향을 미칩니다.
• 습기 흡수율: 0.2% 미만; 습한 환경에서도 특성을 유지합니다.
• 유리 전이 온도(Tg): 일반적으로 135–180°C.

제조업체별 특성 비교

FR4 PCB 소재의 종류

• 표준 FR4: 일반적인 용도에 적합 (TG 135–150°C).
• 고 TG FR4: 더 높은 온도(최대 180°C)를 견딤; 납 프리 납땜 및 자동차용에 이상적.
• 고 CTI FR4: 높은 상대추적지수(CTI); 전기적 트래킹 저항성 향상.
• 구리 적층이 없는 FR4: 절연, 비전도성 응용 분야에 사용됨.

PCB에서의 FR4의 장점

• 저렴한 가격: 프로토타입 제작 및 소규모·중규모 생산에 이상적.
• 가볍고 강함: 탁월한 강도 대 중량 비율.
• 낮은 수분 흡수율: 습기가 많거나 습기에 노출되기 쉬운 환경에서도 신뢰성 있음.
• 우수한 절연 성능: 회로 절연 및 신호 무결성 유지.

FR4 PCB의 단점과 한계

• 고온 응용에 부적합: 최대 TG는 약 180°C이며, 항공우주 또는 열악한 전력 전자 장비에는 적합하지 않음.
• 납 프리 납땜: 열 분해 없이 250°C 이상의 온도를 견디는 데 어려움.
• 고주파 한계: 가변적인 Dk와 높은 Df는 고속, RF 및 마이크로파 회로에 영향을 줄 수 있습니다.
• 제조 문제: 적절하게 처리하지 않을 경우, 위브 노출, 크레이징, 미스클링, 박리가 발생할 수 있습니다.

FR4 대 기타 FR 등급

FR4 PCB 응용 분야

• 소비자 전자제품: 스마트폰, 웨어러블 기기, 가전제품
• 산업용 컨트롤: 자동화, 계측 장비
• LED 조명: LED 어레이용 PCB.
• 자동차 회로: 표준 모듈.
• 프로토타입: 비용 효율성과 쉬운 가공성 덕분에.

IMS 대 FR4: IMS(절연 금속 기판) PCB는 열을 방출하기 위해 금속 기반을 사용하는 반면, FR4는 신호 무결성과 일반적인 용도에 적합합니다.

PCB 제조에서 FR4의 사용 방법

• 절연 백본: 단면/양면/다층 PCB의 구리 층 사이의 코어 재료.
• 구리 적층: 동박의 여러 층이 FR4에 결합되며, 회로 패턴을 형성하기 위해 에칭 처리됩니다.

적절한 FR4 두께 선택 방법

• 얇은 FR4 (0.2–0.6mm): 소형, 경량, 유연한 회로 어셈블리.
• 표준 FR4 (1.0–1.6mm): 대부분의 소비자용 및 산업용 PCB.
• 두꺼운 FR4 (최대 3.2mm): 전력 회로, 커넥터, 높은 기계적 응력 환경.

고려해야 할 요소:

• 크기 및 무게 제약
• 부품 높이
• 전기 임피던스를 제공합니다.
• 필요한 유연성 또는 강성

적절한 FR4 소재 선택을 위한 팁

• TG 값이 최고 납땜 온도에 맞도록 하십시오.
• 신호 감도가 높은 설계의 경우 일관된 Dk 값을 확보하십시오.
• 고주파 또는 고전압 용도의 경우 High CTI 또는 High TG 등급을 고려하십시오.
• 습기 있는 환경 또는 실외 사용 시 수분 흡수율이 낮은 제품을 선택하십시오.

FR4 PCB 비용 요소

• 제곱인치당 비용: 두께, 구리 중량, TG 종류, 주문 수량 및 마감 처리에 따라 다릅니다.
• 대량 주문: 대량 주문 시 개별 단가가 낮아집니다.

산업 표준: IPC-A-600 및 FR4

IPC-A-600 fR4 PCB 소재에 대한 품질 기준을 설정하며 다음을 포함합니다:

• 직물 노출 허용 범위
• 허용되는 질감 및 내부 상태
• PCB 신뢰성을 위한 백화(whitening), 미세균열(crazing) 및 박리 한계

왜 FR4 PCB 소재를 알아야 할까요?

설계 엔지니어이든 전자 부품 조달 담당자이든, FR4 소재 특성 을 이해하는 것이 다음 분야에서 도움이 됩니다:

• 가장 좋은 것을 선택 PCB 기판 소재 귀하의 예산과 기술 요구 사항을 위한
• 장기적인 보장 PCB 신뢰성 및 제품 안전성.
• 완제품에서 발생할 수 있는 신호 손실 , 임피던스 매칭 , 또는 기계적 고장을 피하세요.
• UL, IPC, RoHS와 같은 산업 표준 준수를 위한 가이드

FR4 소재의 구조

무엇이 Fr4 material 그토록 효과적이고 다용도로 만드는지 살펴보겠습니다:

• 유리섬유(직물층): 이 코어는 뛰어난 기계적 강도 치수 안정성 및 강성을 제공하며, PCB 응력, 진동 또는 열순환에 노출되더라도
• 에폭시 수지(결합제/매트릭스): 에폭시 수지는 유리섬유를 감싸는 '접착제' 역할을 하며, 이로 인해 우수한 전기 단열 내화학성과 뛰어난 내구성을 갖게 됩니다. 그의 (Tg) 최대 작동 온도를 결정합니다.

이러한 구성 요소들이 함께 작용하여 탁월한 전기적 특성, 낮은 수분 흡수율 및 강력한 난연성을 가진 기판을 형성합니다 .

FR4 PCB 소재의 구조

*참고: 동박과 납땜 마스크는 전체 구성의 일부이지 Pcb 제조 프로세스 , FR4 시트 자체는 아니지만, FR4의 특성과 밀접하게 상호작용합니다.

FR4의 주요 특성

• 방염 처리: UL94-V0 기준 통과, 화염 제거 후 10초 이내에 자체 소화
• 높은 전기 절연 강도 : 구리 배선 사이에서 전기 절연성을 유지함
• 기계적 강도 : 우수한 치수 안정성 및 휨 방지 성능
• 습기에 저항력: 흡수율이 낮음 (<0.2%); 습도로 인해 성능 저하가 거의 없음
• 유리 전이 온도(Tg): 표준 제품은 130°C에서, 고Tg FR4는 최대 200°C까지 범위 설정 가능
• 비용 효율적: 업계에서 가장 뛰어난 가격 대비 성능 비율을 제공함

참고 정보 표: FR4 요약

회로 기판 제조의 FR4

FR4 PCB 기판 소비자용 전자기기뿐 아니라 산업용, 자동차, 군사 및 항공우주 분야 PCB에서도 핵심적 역할을 한다 . 균형 잡힌 물성 덕분에 스루홀 부품, 엣지 커넥터, 솔더 마스크 적용, 다층 PCB 아키텍처 , 그리고 더 많은 것.

말씀: “FR4과 같은 난연성 유리섬유 강화 에폭시의 혁신이 없다면 현대 전자기기의 신뢰성과 보편적 접근은 불가능했을 것이다.” — 글로벌 PCB 제조업체, 수석 재료 과학자

PCB 설계를 위한 FR4 두께 결정 방법

왜 FR4 두께가 중요한가

FR4 PCB 두께 는 PCB의 신뢰성과 기능에 여러 가지 측면에서 직접적인 영향을 미친다:

• 시그널 인테그리티 : 두꺼운 또는 얇은 기판은 고주파 및 RF 회로 기판 설계에서 특히 중요한 특성인 임피던스 제어 및 전송선 폭에 영향을 준다.
• 기계적 강도 : 두꺼운 FR4는 무거운 부품 및 커넥터를 지지하고 휨이나 진동에 저항하는 데 향상된 기계적 안정성을 제공한다.
• 공간 효율성 : 스마트폰, 웨어러블 기기 및 의료용 기기와 같은 장치는 소형 폼 팩터를 위해 더 얇은 PCB가 필요할 수 있습니다.
• 열 관리 : 두꺼운 기판은 전력 전자 장치에서 열을 더 효율적으로 분산시킬 수 있지만, 설계가 부적절할 경우 오히려 열을 가둘 수 있습니다.
• 비용 : 일반적으로 두꺼운 기판은 더 많은 재료를 필요로 하며, 드릴링, 도금, 적층 공정 과정에서 제조 비용이 더 많이 들 수 있습니다.

일반적인 FR4 두께 옵션

맞춤형 두께가 가능하지만, 표준 크기는 Pcb 제조 프로세스 제조 공정을 간소화하고 일반적인 조립 및 설계 관행과의 호환성을 보장하는 데 도움이 됩니다. 다음은 빠른 참고 정보입니다:

재밌는 사실: FR4 PCB의 가장 일반적인 산업 표준 두께는 1.6mm(0.063인치) —대부분의 부품 및 엣지 커넥터 규격에 적합한 내구성, 제조 용이성, 호환성의 완벽한 조화입니다.

자신의 PCB에 맞는 올바른 FR4 두께를 선택하는 방법

FR4 두께 선택 시 고려해야 할 주요 사항

다음과 같은 요소들을 평가할 때 중요한 기준은 FR4 재료 두께 인쇄 회로 기판(PCB) 설계를 위한:

1. 적용 분야 및 최종 사용 환경

• 웨어러블 기기 및 다기능 IoT 장치 경량성과 소형화를 위해 초박형 PCB(0.2-0.8mm)가 요구되는 경우가 많습니다.
• 자동차, 산업용 제어 및 군사/항공우주용 PCB 진동, 충격 및 환경적 손상에 대한 내성을 높이기 위해 두꺼운 FR4(1.6mm 이상)의 이점을 제공합니다. 기계적 강도 진동, 충격 및 환경적 손상에 대한 내성을 높이기 위해 두꺼운 FR4(1.6mm 이상)의 이점을 제공합니다.
• 고주파 및 RF 회로 기판 임피던스 제어를 위해 정밀한 적층 구조와 맞춤형 두께가 필요할 수 있습니다.

2. 전기적 성능: 신호 무결성 및 임피던스

• 층 간 거리(코어 및 프레프레그 두께에 의해 결정됨)는 신호 전파에 직접적인 영향을 미칩니다. 임피던스 매칭 , 그리고 시그널 인테그리티 .
• 고속 설계 정확한 트레이스 너비와 간격을 계산하기 위해 필드 솔버를 사용하며, 이 과정에서 FR4 두께를 약간만 변경해도 임피던스 목표값이 달라질 수 있습니다.

3. 부품 외형 및 장착 방식

• 높은 부품, 스루홀 부품 또는 엣지 커넥터 부품은 견고한 기계적 고정을 위해 더 두꺼운 기판이 필요합니다.
• 미세 피치 부품이 있는 SMT(표면 실장 기술) 기판의 경우 정밀 조립을 위해 종종 얇은 PCB를 사용할 수 있습니다.

4. 열 및 기계적 응력

• 전원 PCB 급격한 온도 순환에 노출되는 기판은 열 성능과 방열 성능을 향상시키기 위해 두께를 증가시켜야 할 수 있습니다. 열 팽창 계수 성능과 방열.
• 일부 인터커넥트 및 동적 부품(예: 플렉스-리지드 PCB)에는 유연성이 필요하지만, 하중 지지 또는 이동형 응용 분야에서는 강성이 중요합니다.

5. 제조 및 조립 제약 사항

• 제조업체의 역량 및 공구 설비가 선택지를 제한할 수 있습니다. 모든 PCB 공장이 맞춤 두께나 초박형 기판을 지원하는 것은 아닙니다.

빠른 참조 표: FR4 두께 및 사용 사례

FR4를 PCB 소재로 사용하는 장점

적절한 기판을 선택하는 것은 모든 성공적인 인쇄 배선 기판(PCB) 설계의 기초가 되며 Fr4 material fR4는 특별한 이유로 업계 표준으로 자리 잡고 있습니다. 기초적인 소비자용 장치를 제작하든, 산업용 기계의 다층 제어 시스템을 구축하든, 혹은 사물인터넷(IoT) 분야의 차세대 혁신 제품을 개발하든 간에, FR4는 뛰어난 전기적, 열적, 기계적 요구 조건에 안정적으로 부합하는 특성을 제공하며, 대규모 제조업체뿐 아니라 소규모 프로토타입 작업장에서도 접근 가능한 가격대를 갖추고 있습니다.

요약: FR4 PCB 소재의 주요 이점

FR4 PCB의 응용 분야

FR4 PCB 적용 테이블

왜 로저스가 FR4 소재보다 더 나은가?

고성능 인쇄 회로 기판을 설계할 때, 기판 소재의 선택은 매우 중요합니다. Rogers 그리고 F4 두 가지 가장 일반적인 PCB 소재이지만, 언제 로저스(Rogers)를 선택해야 하며 특히 고급 응용 분야에서 로저스가 왜 FR4보다 더 낫다고 여겨지는지에 대한 이유는 무엇일까요?

로저스와 FR4 PCB 소재 간의 주요 차이점

로저스가 FR4보다 더 나은 주요 이유

1. 우수한 고주파 성능 로저스 PCB는 유전율이 훨씬 낮고 더욱 안정적이기 때문에 고주파에서도 신호 손실과 왜곡이 최소화됩니다. 이는 RF, 마이크로파, 5G 및 항공우주 분야와 같은 응용에 매우 중요합니다.

2. 낮은 신호 손실(낮은 소실 계수) 로저스 라미네이트는 낮은 손실 각도 덕분에 보다 깨끗하고 빠른 신호 전송이 가능합니다. 반면 FR4는 신호를 더 많이 흡수하여 주파수가 증가할수록 더 큰 손실을 초래합니다.

3. 뛰어난 열 관리 성능 로저스 재료는 FR4보다 높은 온도를 견디며 더 우수한 열 안정성을 제공하므로 자동차 레이더, 위성 통신과 같은 엄격한 환경에서도 신뢰성 있게 작동합니다.

4. 일관된 전기적 특성 로저스는 기판 전반에 걸쳐 균일한 신호 특성을 제공하므로 정밀 설계에서 매우 중요합니다. 반면 FR4의 전기적 특성은 온도와 주파수에 따라 달라질 수 있습니다.

언제 로저스를 사용하는 것이 FR4보다 유리한가?

• RF, 마이크로파 및 밀리미터파 PCB
• 고속 디지털 회로(데이터 센터, 통신, 항공우주)
• 첨단 자동차 레이더 및 센서
• 신호 무결성과 낮은 신호 손실이 우선시되는 모든 응용 분야

FR4가 여전히 적합한 경우는 언제인가?

• 소비자용 전자기기 및 중간 수준의 속도 요구 사양을 가진 일반 목적 기판
• 엄격한 고주파 기준이 필요하지 않은 비용 중심 응용 분야