폴리이미드 PCB 및 FR4 PCB 가장 널리 사용되는 두 가지 PCB 유형입니다. 둘 다 PCB에 적합한 폴리머 기판이지만, 폴리이미드와 FR4는 각각 고유한 특성을 가지고 있어 특정 환경에 더 적합합니다. 이 블로그에서는 두 기판의 주요 차이점을 설명하고 두 기판 중 어떤 기판을 선택해야 하는지에 대한 통찰력을 제공합니다. 계속 읽어보세요.
폴리이미드 PCB와 FR4 PCB의 차이점
- 구리 종류
대부분의 FR4 기판은 경질 기판에 최적화된 수직 결정립 구조를 가진 전착 구리 호일을 사용합니다. 폴리이미드는 금속 피로나 균열 없이 반복적인 굴곡을 견딜 수 있도록 특별히 설계된 압연 열처리 구리를 더 일반적으로 사용합니다. 구리 결정립의 방향은 최대 내구성을 위해 굴곡 축과 일치합니다.
- 건설
FR4는 에폭시 수지, 직조된 유리섬유 층, 그리고 구리로 구성됩니다. 유리섬유 층의 개수에 따라 전체 두께가 결정됩니다. 섬유는 에폭시로 포화된 후 열과 압력 하에서 구리 층과 함께 경화되어 단단한 보드를 형성합니다. 이와 달리 폴리이미드 보드는 폴리이미드 플라스틱 폴리머와 구리만 포함합니다. 폴리이미드는 액체 상태로 구리 호일에 도포된 후 완전히 경화되어 단단하고 유연한 상태가 됩니다.
- 두께 범위
유리 섬유 강화재는 FR4의 얇은 두께를 제한합니다. 일반적인 두께는 2밀(mil)에서 125밀(mil)까지입니다. 유리 섬유가 없는 폴리이미드는 1밀(mil)에서 2밀(mil) 두께의 박막으로 제작할 수 있습니다. 이를 통해 동적 굴곡 적용 분야에 이상적인 매우 얇고 유연한 구조를 구현할 수 있습니다.
- 유연성
폴리이미드 기판은 매우 유연하여 특정 공간에 맞춰 반복적으로 굽히거나 성형해야 하는 용도에 적합합니다. 뛰어난 유연성 덕분에 기존의 단단한 FR4 기판으로는 구현할 수 없었던 복잡한 형상을 구현할 수 있습니다. 이동성이 향상되고 공간 제약이 있는 제품 내부에도 설치가 간편해집니다.
- 수분 흡수
에폭시 기반 FR4는 전체 중량의 약 0.2~0.5% 정도로 주변 환경의 수분을 매우 적게 흡수합니다. 반면, 폴리이미드는 중량 기준으로 최대 2%의 수분을 흡수할 수 있습니다. 이는 폴리이미드 회로의 성능에는 영향을 미치지 않지만, 급격한 증기 팽창으로 인한 손상을 방지하기 위해 조립 전에 베이킹 공정을 통해 흡수된 수분을 제거해야 합니다. 박리 납땜 작업 중 문제가 발생합니다.
- 내열성
폴리이미드는 FR4보다 최대 작동 온도가 훨씬 높아 최대 300°C까지 연속 사용이 가능합니다. 또한, 시간이 지남에 따라 열 분해에 대한 저항성이 더 우수합니다. 즉, 폴리이미드 기판은 고온 환경에서도 장기간 사용할 수 있습니다. 열전도율 또한 일반 유리 강화 기판의 두 배에 달합니다.
추가 읽기 : FR4 열전도도에 대한 포괄적인 가이드
- 내 화학성
폴리이미드 보드는 내열 성능 외에도 FR4보다 뛰어난 내식성 및 내화학성을 제공합니다. 견고한 폴리머 매트릭스는 연료, 오일, 용제로부터 훨씬 더 오랜 시간 동안 보호합니다. 에폭시나 유리 섬유와 같은 취약한 성분이 없기 때문에 폴리이미드는 더 높은 농도의 화학 용액에도 분해되지 않고 견딥니다.
- 스트레스를 받는 내구성
폴리이미드 기판은 진동 저항성과 인장 강도가 훨씬 높습니다. 유연성 덕분에 경질 에폭시 유리 기판의 무결성을 저해하는 물리적 충격으로 인한 파손을 방지합니다. 폴리이미드는 수천 번의 굽힘 사이클과 지속적인 진동에도 기계적 및 전기적 신뢰성을 더 잘 유지합니다.
다음 표는 FR4 PCB와 폴리이미드 PCB의 차이점을 보다 명확하게 비교하기 위한 몇 가지 구체적인 데이터를 나열합니다.
| PCB 유형 등록 | FR4 PCB | 폴리이 미드 PCB |
| 열 전도성 | 0.25 승 / mK | 0.2 승 / mK |
| 유전 상수 (1GHz에서) | 4.25-4.55 | ~3.4에서 3.8까지 |
| 소산 계수(1GHz에서) | 0.016 | 0.003 |
| 아크 저항 | 125초 | 143초 |
| 비중 | 1.8 – 1.9 | 1.3 ~ 1.4 |
| 물 흡수 | 0.2-0.5의 % | 1-2의 % |
| 인장 강도 | 70-90 MPa | 200-300 MPa |
| 유리 전이 온도(Tg) | 130-140 ° C | > 250 ° C |
폴리이미드 PCB와 FR4 PCB: 어떻게 선택해야 할까?
FR4 PCB와 폴리이미드 PCB 사용에 대한 선택은 주로 응용 프로그램과 해당 응용 프로그램의 특정 요구 사항에 따라 달라집니다.
FR4 보드는 다음과 같은 경우에 더 나은 선택이 될 수 있습니다:
- 높은 내구성이 요구되지 않고 비용에 민감한 분야에 적합합니다. FR4가 더 저렴한 옵션입니다.
- 열을 많이 발생시키지 않는 저주파 디지털 회로입니다. FR4는 최대 약 100°C까지의 중간 온도를 처리합니다.
- 유연성이 필요하지 않은 제품에 사용되는 강성 보드입니다. 유리섬유 강화재는 FR4 보드의 치수 안정성을 높이지만, 유연성은 떨어집니다.
폴리이미드 보드는 다음과 같은 경우에 더 적합합니다.
- 사용 중 동적으로 휘어져야 하는 유연/강성 플렉스 회로. 폴리이미드 PCB는 뛰어난 플렉스 수명과 내피로성을 가지고 있습니다.
유연 PCB와 강성 플렉스 PCB의 차이점을 알고 싶으시면 "강성 플렉스 PCB 대 유연 PCB"
- 고주파 아날로그 회로. 폴리이미드는 유전율과 손실이 낮아 신호 무결성이 우수합니다.
- 150°C 이상의 고온에 노출된 극한 환경의 전자 제품. 폴리이미드는 250°C 이상에서도 견딜 수 있습니다.
- 진동, 충격, 습도 또는 먼지 침투 등 신뢰성 테스트를 거친 제품입니다. 폴리이미드 보드는 더욱 견고합니다.
- 최고의 내구성과 최소한의 고장 위험을 요구하는 임무 수행에 필수적인 전자 기기. 항공우주 및 군사 분야에서는 폴리이미드를 선호합니다.
기본적으로 특별한 요구 사항이 없는 기본 상호 연결 애플리케이션에는 경제적인 FR4를 선택하는 반면, 폴리이미드는 최대의 물리적 탄력성과 환경 저항성이 필요한 극한의 요구 사항을 충족합니다.
최종 단어
내열성, 내구성, 기계적 강도 등의 요소에서 두 재료의 차이점을 평가하는 것은 특정 요구 사항 및 작동 조건에 따라 전자 프로젝트에 최적의 재료를 선택하는 데 매우 중요합니다. 폴리이미드와 FR4의 각 특성 프로파일과 함께 응용 분야 사양을 면밀히 분석하면 고유한 목표와 제약 조건을 충족하는 정보에 기반한 재료를 선택할 수 있습니다. 관련된 상충 관계를 이해함으로써 엔지니어는 자신 있게 최적의 재료를 선택할 수 있습니다. PCB 기판 대상 장치나 시스템 내에서 사용자의 요구 사항을 가장 잘 충족하고 의도한 대로 성능을 발휘하는 솔루션입니다.
