PCB 구성을 위한 재료를 선택하는 방법은 무엇입니까?

PCB 기판을 설계할 때 설계자는 PCB 구성에 필요한 기판 재료 재료를 정의해야 합니다.. 따라서 설계자는 주로 두 가지 기본 열 및 전기적 특성을 고려하고 그 다음으로 기계적 특성을 고려합니다.

PCB 재료 열 속성

재료의 열적 특성은 특성을 유지하면서 극한의 온도를 견딜 수 있는 능력을 결정합니다. 다음은 PCB 재료를 선택할 때 고려해야 할 열적 특성입니다.

유리전이온도(T_g)

유리전이온도(T_g)이다 폴리머 사슬이 움직이기 시작하기 때문에 PCB 재료 속성이 단단한(유리 같은) 상태에서 변형 가능한(유연한) 상태로 전환되는 온도 범위로 정의. 아래 그림 1은 기판의 용융 및 연화 현상을 보여줍니다. 유리전이온도(T_g) 및 용융 온도(T_m), 기판은 고무 상태에 도달합니다. 온도가 T보다 낮으면_g, PCB 구성 재료가 경화됩니다., 그리고 인쇄물의 성능은 원래 상태로 돌아갑니다. 온도가 T보다 높으면_m, 물질이 고체에서 점성 액체로 변하기 때문에 기질은 형태와 강도를 빠르게 잃게 됩니다.

그림 1: 기판 상태

분해 온도(T_d)

분해 온도(T_d) 기질이 화학적 분해를 일으켜 기질이 질량의 5% 이상을 잃게 되는 온도를 나타냅니다. 기질의 온도가 T에 도달하거나 초과하면 주목할만한 가치가 있습니다._d, 속성의 후속 변경은 되돌릴 수 없습니다. 따라서 T보다 높은 온도 범위에서 잘 작동할 수 있는 재료를 선택하는 것이 필요합니다._g 그러나 T보다 훨씬 낮습니다._d. T_d 대부분의 PCB 재료 속성은 320보다 높습니다., 대부분의 납땜 온도가 200-250°C 범위에 있기 때문에 유리합니다.

열팽창 계수(CTE)

재료가 가열될 때 팽창하는 비율을 열팽창 계수(CTE)라고 합니다. CTE의 단위는 ppm(백만분의 일)/°C입니다. 일반적으로 유전체 기판의 CTE는 구리보다 높기 때문에 PCB가 가열될 때 배선 문제가 발생합니다. 유전 물질의 온도가 T 이상으로 상승함에 따라_g, CTE도 올라갑니다. 직조된 유리는 X, Y 방향으로 재료를 제한하기 때문에 재료의 온도가 T보다 높더라도_g, X 및 Y 축을 따른 CTE는 많이 변경되지 않습니다. 결과적으로 재료는 Z 방향으로 확장되지만 이 축을 따른 CTE는 가능한 한 낮아야 합니다.

열전도율

열전도율(k)은 열을 전도하는 PCB 재료 선택의 능력으로 정의됩니다.. 즉, 열전도율이 높을수록 열 전달이 높아집니다. 열전도율이 낮을수록 열 전달이 낮아집니다. 열전도율의 표현은 다음과 같습니다.

K= (Q * d) / (A * ΔT)

Q, d, A, ΔT는 각각 전달된 열량, 두 등온면 사이의 거리, 표면적 및 온도차를 나타냅니다. 구리의 열전도율(386W/M℃)에 비해 대부분의 유전체 물질의 열전도율은 0.3~0.6W/M℃로 낮습니다. 이것은 구리 기판이 유전체 기판보다 더 많은 열을 빼앗는 이유를 설명할 수 있습니다.

전기적 특성

유전 상수 또는 상대 유전율(E_r 또는 D_k)

유전 상수 또는 상대 유전율(E_r 또는 D_k)은 물질 유전율 대 진공 유전율의 비율로 정의됩니다. PCB 구성을 위한 대부분의 재료 유전 상수는 2.5에서 4.5 사이입니다.. 전기 상수는 주파수에 따라 변하며 일반적으로 주파수에 반비례합니다. 넓은 주파수 범위에서 비교적 안정적인 유전 상수를 유지하는 재료는 고주파 응용 분야에 적합합니다.

유전 손실 탄젠트 또는 손실 계수(Tan 또는 D_f)

유전 손실은 유전 물질의 고유한 전자기 에너지 손실을 나타냅니다. 또한 유전체의 저항과 무효 전류 사이의 위상각인 해당 손실 탄젠트(Tan )에 따라 매개변수화할 수 있습니다. 손실 계수 D의 범위_f 0.001에서 0.030 사이입니다.

PCB 재료 기계적 특성

인장(영) 계수 또는 탄성 계수

인장 계수는 Hooke의 법칙에 적용할 수 있는 응력 범위 내에서 동일한 축을 따른 변형률에 대한 응력의 비율입니다. 영률 값이 클수록 기판 재료가 더 단단해집니다. 표현식은 다음과 같습니다.

E = 응력/변형률 = (F/A) / [(L – Lo) /L]

F, A, L, Lo는 각각 재료에 가해진 힘, 재료의 단면적, 재료의 원래 길이, 인장 후 재료의 길이입니다.

굴곡 강도

굽힘 강도 또는 횡방향 파열 강도라고도 하는 굽힘 강도는 중앙에 하중이 가해지거나 끝에서 지지될 때 PCB 재료가 항복하기 전의 응력으로 정의됩니다. 굴곡 강도의 단위는 kg/m입니다.² 또는 psi.

 

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확인 : PCB 기판

참조 :

https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/glass-transition-temperature

회로, S. (nd). PCB 재료 설계 가이드. 1-30.

(https://www.protoexpress.com/pcb/)