PCB의 TG 선택 방법
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- PCB의 Tg란?
- PCB Tg 등급
- PCB의 TG를 선택하는 방법
PCB의 Tg란?
PCB 제조에서 "Tg"라는 약어는 "유리 전이 온도(Glass transition temperature)"를 의미하며, 가열 중 소재가 고체 상태에서 고무처럼 탄성이 있는 상태로 전이되는 온도를 말합니다. 잘 알려진 바와 같이 PCB는 난연성을 갖추어야 하는데, 특정 온도에서 연소되지 않고 부드러워지기만 해야 합니다.
온도가 Tg를 초과하면 PCB 기판 소재인 FR-4는 단단하고 부서지기 쉬운 상태에서 부드러운 상태로 전이됩니다. 이러한 전이는 PCB의 치수 변화와 뒤틀림을 유발하여 결국 기계적·전기적 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 PCB 소재를 선택할 때 필요한 작동 온도 범위를 고려하여 선택한 소재의 Tg 값이 설계 요구 사항을 충족할 수 있는지 확인해야 합니다.
높은 Tg 값을 가진 PCB 기판은 무더운 여름이든 추운 겨울이든 다양한 환경 조건에서 전자 기기가 정상적으로 작동할 수 있도록 보장합니다. PCB 설계 및 제조에서 적절한 유리 전이(Tg) 값을 가진 기판을 선택하는 것은 제품의 품질과 성능을 보장하는 중요한 요소입니다.
PCB Tg 등급
PCB 제조에서 엔지니어들은 애플리케이션의 요구 사항에 따라 적절한 FR-4 기판을 선택합니다. 표준 기판 소재는 에폭시 수지 시스템이며, Tg 값은 FR-4 기판 등급을 분류하는 데 가장 일반적으로 사용되는 지표입니다.
온도에 따라 일반적으로 세 가지 등급으로 구분되는데, 일반 Tg, 중간 Tg, 고 Tg가 있습니다.
일반 Tg:
일반 FR4 시트의 유리 전이 온도(Tg)는 일반적으로 약 130-140℃입니다. 그러나 우수한 물리적 특성, 확립된 생산 기술, 경제성 덕분에 대다수 회로 기판 제조업체에서 선호하는 소재로 남아 있습니다. 예를 들어 일반적인 3C 디지털 소비자 가전 제품의 경우 온도 요구 사항이 높지 않아 표준 Tg 값을 선택하면 충분합니다.
일반적으로 Tg 기판의 가공 기술은 성숙하고 단순하며, 생산 비용이 낮고 경제성이 좋습니다.
중간 Tg
중간 Tg 값은 약 150°C입니다. 일반 FR4 시트에 비해 Tg150 시트는 향상된 내열성, 내습성, 내화학성을 제공하며, 고온·고습·부식성 환경에서 장기간 안정적으로 작동할 수 있습니다. 따라서 Tg150 기판은 고속 디지털 회로, 마이크로파 주파수 회로, 고주파 회로 등 더 높은 요구 사항이 있는 분야에 적합합니다. 그러나 Tg150 기판의 가공은 일반 Tg 기판보다 더 까다롭고 비용이 높습니다.
고 Tg
기판의 유리 전이(Tg) 값이 170°C 이상이면 PCB가 높은 내열성, 내습성, 내화학성, 안정 저항 및 기타 중요한 특성을 갖게 됨을 의미합니다. 이는 높은 Tg 값이 필수적인 무연 솔더 분사 공정에서 매우 중요합니다.
PCB 가공 시 시간 제약이 있거나, PCB 레이어가 많거나, 용접 온도가 높거나(≥230℃), 작동 온도가 높거나(100℃ 이상), 용접 열 응력이 큰 경우(웨이브 솔더링 등) 고 Tg 기판을 선택하는 것이 좋습니다.
고 Tg 시트는 주로 고다층 인쇄 회로 기판(10층), 자동차 산업, 패키징 소재, 임베디드 기판, 산업 제어용 정밀 기기, 라우터 등의 산업 분야에서 사용됩니다. 그러나 Tg 값이 높을수록 PCB 회로 기판의 비용도 높아진다는 점에 유의해야 합니다. 일반적으로 Tg 값이 높을수록 기판의 내열성이 우수하여 기판 변형이 적고 휨 저항성이 향상됩니다.
그러나 높은 유리 전이(Tg) 점으로 인해 가공 및 프레싱 중 기판의 온도 요구 사항도 높아집니다. 그 결과 기판이 상대적으로 단단하고 부서지기 쉬워져 후속 기계적 드릴링 품질과 사용 시 전기적 특성에 어느 정도 영향을 미칠 수 있습니다. 비용은 동시에 요구 사항을 고려하여 결정해야 합니다.
적절한 적층판을 선택할 때는 전기적, 기계적, 화학적, 열적 특성을 고려해야 합니다. 일반적인 시나리오에서는 중·저 Tg FR-4로 완전히 충족할 수 있습니다.
다층 PCB의 경우 JLCPCB는 현재 고 TG FR-4 옵션을 제공합니다. 예를 들어 "고정밀 PCB" 서비스는 최대 20층까지 PCB를 제조할 수 있어, 복잡한 레이아웃과 대규모 집적이 필요한 프로젝트에 매우 유용합니다. 이 고 TG FR-4 소재는 고온 환경에서 안정성을 유지하고 우수한 성능을 제공합니다.
PCB의 TG를 선택하는 방법
PCB의 최대 작동 온도(Tg)를 선택하는 것은 고온 환경에서 PCB의 신뢰성과 성능을 결정하는 중요한 결정입니다. 다음은 PCB Tg를 선택하기 위한 몇 가지 제안입니다:
1. 적용 환경 파악: 먼저 적용 환경에서 발생할 수 있는 최대 온도를 결정하세요. 주변 온도, 예상 발열량 및 방열 등 PCB가 작동할 온도 조건을 고려하세요. 이를 통해 원하는 PCB Tg(유리 전이) 범위를 결정하는 데 도움이 됩니다.
2. 부품의 최대 작동 온도 고려: PCB에 사용할 계획인 부품의 최대 작동 온도를 확인하세요. 선택한 PCB의 Tg가 최소한 모든 부품의 최대 작동 온도 요구 사항을 충족할 수 있는지 확인하세요. 일반적으로 부품의 정상 작동과 수명을 보장하기 위해 PCB의 Tg는 부품의 최대 작동 온도보다 높아야 합니다.
3. 적절한 PCB 소재 선택: 높은 Tg를 가진 PCB 소재를 선택하세요. Tg는 PCB 기판이 지속적인 고온 조건에서 구조적 강도와 전기적 특성을 유지하는 능력을 나타냅니다.
4. PCB 제조 공정 고려: 서로 다른 PCB 제조 공정은 PCB의 유리 전이 온도(Tg)에 영향을 미칠 수 있습니다. 특정 제조 공정은 PCB의 Tg를 낮출 수 있습니다. PCB 제조업체를 선택할 때 Tg 요구 사항을 충족할 수 있도록 제조업체의 제조 공정과 유리 전이 온도(Tg) 제어 능력을 명확히 이해하는 것이 중요합니다.
요약하자면, PCB의 최대 작동 온도(Tg)를 선택할 때는 적용 환경, 부품의 최대 작동 온도, PCB 소재, 제조 공정 등의 요소를 고려해야 합니다. 고온 환경에서 PCB의 신뢰성과 성능을 보장하기 위해 선택한 PCB가 충분히 높은 Tg를 갖추고 있는지 확인하세요.
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