[KOR] [공학] FR4 Substrate

 

FR4 기판

은 일반적으로 전자 제품에서 사용되는 유리 섬유 복합체 기판 중 하나입니다.

 이 기판은 표준 재질로 사용되며, 전자 회로를 위한 매우 안정적이고 견고한 기판을 제공합니다.

FR4은 Flame Retardant 4로서, 내화물질로 코팅하여 화재가 발생했을 때 인화를 방지할 수 있는 장점이 있습니다. \이 기판은 일반적으로 저전력 전자 회로에서 사용되며, PCB 디자인과 더불어, 부품 밀도, 신호 노이즈 및 전기적 안정성 등의 측면에서 중요한 역할을 합니다.

FR4은 "Flame Retardant 4"의 약자입니다.

이것은 전기 절연재 및 PCB용 기판 재료에 대한 미국 UL 94 인증서의 등급 중 하나입니다.

UL 94는 전기 및 전자 제품에서 사용되는 절연재의 화재 특성에 대한 국제적인 시험 기준 중 하나입니다. 

이 테스트는 재질이 화염 속에서 어떻게 행동하는지, 특히 자체 소화 또는 연소로 인한 전파 확산을 방지하는 능력을 평가합니다.

FR4의 4는 이러한 시험에서 재질이 자체 소화를 보여주는 등급 4를 의미합니다. 

이는 재료가 화염에 직면해도 빠르게 소화되어 전파 확산을 방지할 수 있음을 나타냅니다. 따라서, FR4은 전자 제품에서 사용되는 기판 재료 중에서 안전성이 높은 것으로 평가됩니다.

FR4 기판 제작 공정

기판 설계: 전자 회로 디자인에 따라 기판의 레이아웃을 설계합니다. 

이 단계에서는 기판의 크기, 모양, 레이어 수, 특정 컴포넌트의 위치 등을 결정합니다.

인쇄 회로 보드 (PCB) 제작: 기판의 레이아웃을 컴퓨터 소프트웨어를 이용해 PCB 파일로 변환하고, 이 파일을 이용해 PCB를 제작합니다. 이 단계에서는 FR4 기판의 가장 밑에는 도금 된 구리가 코팅되어 있으며, PCB 파일에 따라 구리가 층을 이루게 됩니다.

레이어 적층: PCB 파일에서 생성된 레이어를 적층하여 FR4 기판을 생성합니다. 이 단계에서는 레이어를 적절히 정렬하고, 높은 온도와 압력을 가하여 각 레이어를 뭉칩니다.

구리 도금: PCB를 구리 도금합니다. 이 단계는 FR4 기판의 구리 층을 보호하고, 전기적인 연결을 가능하게 합니다.

패드 드릴링: PCB 파일에서 생성된 구멍 위치에 따라, 구리 층을 드릴링하고 패드를 만듭니다. 

패드는 컴포넌트와 연결되는 전기적 연결점이며, 이 단계에서 드릴링 된 구멍은 레이저를 이용하여 정확한 위치에 만들어집니다.

흑화: FR4 기판 표면의 구리를 부식하여, 구리를 제거합니다. 이 단계는 PCB 디자인에서 구리 층을 제거해야 하는 위치에 사용됩니다.

컴포넌트 부착: PCB에 전자 부품을 부착합니다. 이 단계에서는 컴포넌트가 PCB의 패드에 연결되며, 컴포넌트의 크기와 위치가 PCB 디자인과 일치해야 합니다.

인장 및 테스트: PCB를 인장하고, 전기적인 연결이 잘 되었는지, 신호가 잘 전달되는지 등의 테스트를 수행합니다. 이 단계에서는 PCB가 안정적으로 동작하며, 전자 제품의 품질을 보장할 수 있도록 합니다.

PCB의 종류와 장단점
FPC(Flexible Printed Circuit) PCB
플렉서블한 소재를 사용한 PCB로, 구부러지거나 휘어지는 등 유연하게 변형될 수 있습니다.
장점: 공간 절약이 가능하며, 경량화가 가능합니다.
단점: 가격이 비싸며, 처리가 어려운 고주파 신호 처리에는 한계가 있습니다.

Metal Core PCB(MCPCB)
금속 코어를 사용한 PCB로, 냉각 장치가 필요한 곳에 사용됩니다.
장점: 열 전도성이 우수하며, 냉각 기능이 뛰어납니다.
단점: 가격이 비싸며, 제작 공정이 복잡합니다.

Ceramic PCB
세라믹 소재를 사용한 PCB로, 고온, 고압 환경에서 사용됩니다.
장점: 고온 환경에서 안정적으로 동작합니다.
단점: 가격이 비싸며, 제작 공정이 어렵습니다.

HDI(High Density Interconnect) PCB
소형화된 반도체 부품 등을 높은 밀도로 구성할 수 있도록 설계된 PCB로, 복잡한 회로를 구현할 수 있습니다.
장점: 공간 절약이 가능하며, 복잡한 회로 구성이 가능합니다.
단점: 제작 공정이 복잡하며, 가격이 비싸습니다.

각 PCB 종류마다 장단점이 있으며, 적절한 PCB를 선택하여 사용해야 합니다. 또한, PCB 제작 시 환경규제를 준수해야 하는 것도 중요한 요소입니다.