수십 년 동안 표시등으로만 사용되었던 발광 다이오드(LED)처럼 PCB 또한 그 그림자 속에서 벗어나 전자 시스템 내 다기능 요소로 빠르게 발전했습니다. 하지만 집적 기술의 발전과 함께 전자 부품의 총 전력 밀도는 지속적으로 증가하고 있습니다. 하지만 전자 부품 및 전자 기기의 물리적 크기는 점점 더 작아지고 있으며, 이는 기기 주변의 열 유속 밀도 증가를 초래하여 전자 부품 성능에 영향을 미치기 때문에 열전도도를 관리하는 더욱 효율적인 방법을 찾아야 합니다. 이 블로그에서는 가장 널리 사용되는 열전도도 측정 방법 중 하나인 FR4 열전도도에 초점을 맞춰 설명하겠습니다. PCB 재료.
열전도도란 무엇입니까?
FR4와 같은 재료의 열전도도는 전도를 통해 열 에너지를 얼마나 효과적으로 전달할 수 있는지를 나타냅니다. 주어진 온도 구배에 대해 재료의 특정 두께를 통과하는 열 흐름의 속도로 정량화됩니다. 열전도도를 측정하는 데 사용되는 단위는 와트/미터-켈빈(W/mK)입니다. 열전도도가 높은 재료는 열전도도가 낮은 절연체보다 열을 더 쉽게 전달합니다. 금속은 열전도도가 가장 높은 경향이 있는 반면, 플라스틱과 세라믹은 열전도도가 낮은 편입니다. 열이 열원에서 방열판으로 전달되려면 두 물체 사이에 있는 재료의 열전도도가 충분해야 합니다. 두 물체 사이에 흐르는 열 에너지의 양은 온도 구배와 해당 재료의 특정 전도성에 의해 결정됩니다. 열은 뜨거운 물질에서 차가운 물질로 자발적으로 흐릅니다. 온도가 다른 두 물체가 접촉하면 열에너지가 뜨거운 물질에서 차가운 물질로 확산됩니다. 이러한 열 전달은 온도 차이가 감소하고 열 평형에 도달할 때까지 계속됩니다. 전자 제품에서 이러한 열전도도를 관리하는 것은 과도한 부품 가열을 방지하고 적절한 성능을 보장하는 데 매우 중요합니다. 열전도성 트레이스와 절연 기질의 조합은 기본적인 고려 사항입니다. PCB 디자인.
FR4 열전도도의 기술적 특성
The FR4 PCB 열전도도는 비교적 낮으며, 특정 등급과 제조업체에 따라 다릅니다. FR4 PCB 열전도도의 일반적인 기술적 특성은 다음과 같습니다.
- 열전도도 값
FR4의 열전도도는 일반적으로 0.3~0.4 W/m·K(와트/미터-켈빈)입니다. 이는 열전도도가 훨씬 높은 알루미늄이나 구리와 같은 소재에 비해 상대적으로 낮은 수준입니다.
- 이방성 전도도
FR4는 이방성으로, 방향에 따라 열전도도가 다릅니다. PCB 평면(평면 내)에서의 열전도도가 두께 방향(평면 외)에서의 열전도도보다 높습니다.
- 온도 의존성
FR4의 열전도도는 온도에 따라 달라집니다. FR4는 온도가 상승함에 따라 열전도도가 감소합니다. 고온 조건에서 열전도도가 감소하면 FR4의 과도한 열 확산 및 방출 능력이 저하될 수 있습니다.
- 두께가 중요합니다
FR4 PCB의 두께는 열 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. PCB가 두꺼울수록 재료를 통과하는 열 전도 경로가 길어져 열 저항이 높아집니다. PCB 두께를 선택하는 방법을 알고 싶으신가요? 다른 블로그를 확인해 보세요. https://www.mokotechnology.com/pcb-thickness/
- FR4 등급
FR4에는 여러 등급이 있으며, 등급마다 열전도도가 약간씩 다를 수 있습니다. 예를 들어, 고 Tg(유리 전이 온도) FR4 소재는 표준 FR4와 비교해 열적 특성이 약간 다를 수 있습니다.
- 제한 사항
FR4는 열전도율이 상대적으로 낮기 때문에 효율적인 방열이 매우 중요한 고전력 또는 고온 응용 분야에는 적합하지 않을 수 있습니다. 이러한 경우, 금속 코어 PCB나 세라믹 기판과 같이 열전도율이 높은 대체 소재가 선호될 수 있습니다.
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FR4 PCB 열전도도에 영향을 미치는 요소는 무엇입니까?
PCB 열전도도는 제조업체에서 많은 관심을 필요로 합니다. PCB 보드 열을 다른 부품으로 전달할 수 있습니다. 인쇄 회로 기판은 전자 부품, 절연체, 전도성 재료로 구성되어 있으며, 부품과 재료에 따라 열전도도 성능이 다르다는 것은 잘 알려진 사실입니다. 또한, FR4 PCB 열전도도에 영향을 미치는 여러 요인이 있습니다.
열 비아
열 비아는 인쇄 회로 기판에 배치되는 구멍으로, 열을 발산하는 데 중요한 역할을 합니다. 일반적으로 회로 기판에 열 비아가 많을수록 회로 기판의 열을 방출할 수 있는 공간이 더 넓어져 열전도 성능이 향상될 수 있습니다. PCB 부품.
PCB의 구리 트레이스
구리 트레이스는 열전도도에 영향을 미치는 또 다른 중요한 요소입니다. 열전도 성능은 실제로 트레이스가 완전한지, 즉 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 연결되어 있는지에 따라 달라집니다. 트레이스가 완전하면 열전도도가 높아지고, 트레이스가 끊어지면 열전도도가 낮아집니다.
내부 레이어
내부 층은 회로 기판의 방열에 영향을 미치는 요소입니다. 내부 층이 많으면 열전도율이 감소하고, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
FR4 PCB 열전도도 관리
열전도도 관리는 FR4 PCB의 성능, 신뢰성 및 수명에 영향을 미치는 매우 중요한 요소입니다. 열 관리가 제대로 이루어지지 않으면 인쇄 회로 기판의 박리, 손상 또는 장치 고장 문제가 발생할 수 있습니다. 다행히 열전도도를 효과적으로 관리하는 몇 가지 방법이 있습니다. 이 블로그에서는 두 가지 측면에서 이러한 방법을 설명합니다.
PCB 설계 개선
열전도도는 PCB를 설계할 때 반드시 고려해야 할 요소입니다. 더 나은 PCB 설계를 위한 몇 가지 팁은 다음과 같습니다.
첫째, 인쇄 회로 기판을 설계할 때 고전력 도체와 신호 도체를 분리하는 것이 좋습니다. 또한, 열 경로를 따라 더 많은 열 비아를 삽입할 수 있습니다. 열 비아는 도금 처리 여부와 관계없이 공기 순환 및 열 발산을 용이하게 합니다. 또한, 적절한 열 비아 배열은 열 저항을 줄이고 방열 성능을 향상시키는 데 매우 유용합니다.
둘째, 각 층의 열 분포를 더욱 균일하게 하기 위해 트랙 간 거리를 늘리는 것이 좋습니다. 이를 통해 핫스팟 발생 위험을 줄일 수 있습니다. 하지만 이 방법은 크기가 작은 PCB에는 적합하지 않습니다.
셋째, 트랙의 기하학적 구조 또한 설계 시 고려해야 할 중요한 요소입니다. 부품을 연결하는 트랙은 가능한 한 짧고 넓어야 하며, 높은 전류를 전달하는 트랙은 두께가 두꺼운 구리를 사용해야 합니다. 트랙이 너무 작으면 전자 부품이 고장날 가능성이 있습니다.
FR4 PCB에 구리선 삽입
Moko Technology는 »HSMtec«을 통해 차별화된 접근 방식을 취합니다. DINEN60068-2-14 및 JEDECA101-A에 따라 인증받고 항공 및 자동차용으로 감사를 받은 이 기술은 선택적입니다. 인쇄 회로 기판을 통해 고전류가 흐르도록 설계된 곳에서만 두꺼운 구리가 사용됩니다.
프로젝트에 적합한 PCB 어셈블리를 선택하는 방법을 알아보세요
현재 500mm에서 2.0mm까지의 폭을 가진 12µm 두께의 고형 프로파일이 다양한 길이로 제공되며, 직경 500µm 와이어도 개발되었습니다. 도체 패턴에 단단히 접합된 견고한 구리 소자는 초음파 접합 기술을 사용하여 기본 구리에 직접 적용되고 FR4 기반 소재를 사용하여 다층 구조의 모든 층에 통합될 수 있습니다. 구리를 사용하는 데에는 여러 가지 이유가 있습니다. 알루미늄보다 열전도율이 두 배 높아 LED 히트 패드 아래의 중간층을 절연하지 않고도 빠른 방열을 보장합니다.
| 자재 | 열전도도 λ [W / mk] |
| 구리 RA | 300 |
| 알루미늄 합금 | 150 |
| 납땜하다 | 51 |
| 세라믹(LED) | 24 |
| FR4 | 0.25 |
| 공기(휴식) | 0.026 |
표 1: 관련 재료의 열전도도
구리와 회로 기판 기본 소재 FR4의 또 다른 장점은 열 팽창 특성입니다(표 2): 특히 세라믹 LED와 관련하여 구리 또는 FR4 기반 회로 기판은 환경이나 작동 조건 및 기타 온도 사이클에 따라 달라지는 열 응력에 대한 높은 저항성을 갖습니다. "지능형" 조명 제어의 경우와 같습니다.
| 자재 | 팽창계수 [ppm/K] |
| 알루미늄 | 24 |
| 납땜하다 | 약. 22 |
| 구리 | 16 |
| FR4 | 13-17 |
| Al2O3(LED) | 7 |
| AlN(LED) | 4 |
표 2: X/Y 방향의 열팽창 계수
이러한 방식을 사용하면 알루미늄 기반의 기존 금속 코어 PCB에 비해 전체 조명 장치의 수명과 신뢰성을 크게 높일 수 있습니다.
맺음말
FR4는 경제적이고 다양한 용도로 활용 가능한 우수한 특성을 가지고 있어 PCB 제조에 널리 사용되는 소재입니다. 하지만 다른 소재에 비해 열전도도가 낮습니다. 따라서 제조업체는 FR4의 열전도도 특성을 이해하고 이를 관리하는 방법을 익혀야 합니다. 이를 통해 비용 절감은 물론 제품 품질 향상에도 도움이 될 수 있습니다. FR4 PCB 열 관리에 대해 궁금한 점이 있으시면 다음 링크를 참조하세요. MOKO 기술 답을 얻으려면.
