PCB 기판 재질 선정 가이드: FR-4 vs 종이 페놀
1 분
- 용도에 맞는 최적의 베이스 소재 선택법
- 주요 용어 정리
- 최종 체크리스트
- 마무리
용도에 맞는 최적의 베이스 소재 선택법
PCB를 처음 제작하거나 전자공작을 시작할 때 가장 먼저 결정해야 하는 것은 기판의 "뼈대"가 되는 재질입니다. 시중에서 가장 흔히 볼 수 있는 재질은 FR-4와 종이 페놀이며, 이 둘은 가격뿐만 아니라 내열성, 강도, 신뢰성 면에서 큰 차이를 보입니다. 이 글에서는 두 재질의 상세 비교와 프로젝트 상황에 맞는 최적의 선택 기준을 정리하였습니다.
주요 용어 정리
•FR-4 (Flame Retardant 4): 유리섬유와 에폭시 수지를 결합한 난연성 소재로, 현재 PCB 산업의 표준 재질입니다.
•종이 페놀 (Paper Phenolic): 종이 섬유에 페놀 수지를 함침한 소재로, 가공이 쉽고 저렴하여 교육용으로 쓰입니다.
•유리에폭시 (Glass Epoxy): 유리섬유 기반 소재를 통칭하며, FR-4는 이 중 가장 대표적인 규격입니다.
1. FR-4: 산업 표준의 고신뢰성 소재
FR-4는 우수한 기계적 강도와 내열성을 갖추고 있어, 대부분의 상업용 전자제품과 정밀 프로젝트에 사용됩니다.
•높은 신뢰성: 온도 변화나 습도에 강하며, 장기간 사용해도 기판의 뒤틀림이 적습니다.
•정밀 설계 적합: 다층 PCB(4층 이상) 및 미세한 SMD 부품 실장에 필수적입니다.
•리플로우 대응: 고온의 납땜 공정에서도 특성이 변하지 않아 대량 생산에 유리합니다.
2. 종이 페놀: 경제적인 연습용 소재
종이 페놀은 저렴한 가격 덕분에 대량의 교육용 키트나 간단한 단면 기판에 주로 사용됩니다.
•우수한 가공성: 칼이나 가위로도 쉽게 절단할 수 있어 시제품의 외형 수정이 쉽습니다.
•저렴한 비용: 대량 생산 시 단가를 극도로 낮출 수 있습니다.
•한계점: 내열성이 낮아 반복적인 납땜 시 동박 패드가 떨어지기 쉽고, 습기에 취약해 장기 신뢰성이 떨어집니다.
3. 상세 특성 비교 분석
| 항목 | FR-4 (유리에폭시) | 종이 페놀 |
| 내열성 | ★★★★★ (매우 우수) | ★★☆☆☆ (낮음) |
| 기계적 강도 | ★★★★★ (강함) | ★★☆☆☆ (약함) |
| 절연 성능 | ★★★★★ (안정적) | ★★★☆☆ (보통) |
| 가공 편의성 | ★★★☆☆ (전용 장비 권장) | ★★★★★ (수작업 가능) |
| 장기 신뢰성 | ★★★★★ (우수) | ★★☆☆☆ (불안정) |
| 추천 용도 | 제품 제작, 고속 회로, 다층 기판 | 납땜 연습, 단순 교육용 키트 |

▲ FR-4와 종이 페놀의 구조 및 주요 특성 비교 요약
4. 제조 및 발주 시 고려사항
최근 PCB 제조 기술의 발달로 FR-4의 생산 단가가 크게 낮아졌습니다. JLCPCB를 포함한 대부분의 전문 제조업체는 FR-4를 표준 재질로 채택하고 있으며, 특별한 이유가 없다면 FR-4를 선택하는 것이 품질과 비용 면에서 가장 합리적입니다.
최종 체크리스트
해당 프로젝트가 상업용 제품인가? (YES → FR-4)
2층 이상의 다층 기판을 설계하는가? (YES → FR-4)
SMD 부품이나 고속 신호 회로가 포함되는가? (YES → FR-4)
단순 납땜 연습이나 1회성 실험인가? (YES → 종이 페놀 검토 가능)
장기적인 동작 신뢰성이 중요한가? (YES → FR-4)
마무리
기판 재질 선택은 프로젝트의 수명과 신뢰성을 결정짓는 첫 단추입니다. 납땜 연습을 넘어 실제 동작하는 기기를 제작하고자 한다면, 고민 없이 FR-4를 선택할 것을 권장합니다. JLCPCB에서는 FR-4 기판 제작 서비스를 저렴하게 제공하고 있습니다.
지속적인 성장
동박이 PCB 성능과 제조 품질에 미치는 영향
핵심 요약 동박 무게: 1oz 동박은 두께 약 35µm에 해당하며, 무게가 클수록 전류 용량이 커집니다. 종류: 일반 리지드 기판에는 ED 동박을, 반복적으로 굽혀지는 동적 연성 회로에는 RA 동박을 사용합니다. DFM과 손실: 표면이 매끄러운 동박일수록 RF 손실이 줄고, 동박이 두꺼울수록 트레이스 간격을 넓혀야 합니다. PCB에서 실제로 전기 신호를 전달하는 부분은 동박입니다. 기판의 강도는 유리섬유 직조에서 나오고, 수지는 각 층을 결합하며, 솔더 마스크는 노출된 구리를 보호하고 절연하는 역할을 합니다. 그런데 많은 설계에서 구리에 대한 고민은 적층 구조(스택업)에서 1oz를 고르는 단순한 선택 하나로 시작해서 끝나 버립니다. 그림 1: 동박 적층판 프레스로 공급되는 전해 동박 롤 PCB 구리 회로는 대부분 서브트랙티브(subtractive) 공정으로 만들어집니다. 제조업체는 적층판에 접착된 연속된 구리 시트에서 출발해, 회로 패턴에 해당하지 않는 구리를 모두 제거합니다. 즉, 거버 파일......
스택 비아와 스태거드 비아, 신뢰할 수 있는 HDI PCB를 위한 최선의 선택은?
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핵심 요약 표준 시험: IPC-TM-650 90° 박리 시험으로 측정하며, 단위는 N/mm입니다. 핵심 기능: 열 스트레스와 CTE 불일치로 인한 패드 들뜸과 박리를 방지합니다. 동박 종류: ED 동박은 접착력이 더 높고, RA 동박은 신호 손실이 더 낮습니다. 재료별 기준값: 표준 FR4는 평균 1.0–1.4 N/mm, High-Tg FR4는 1.2–1.6 N/mm입니다. 설계 팁: 티어드롭을 추가하고, 지지되지 않는 가는 구리 조각(슬리버)을 없애고, DFM 검사를 수행하십시오. 회로 기판 위의 구리가 어떻게 제자리에 붙어 있는지 궁금하신 적이 있으십니까? 일반적인 의미의 접착제도 아니고, 마법도 아닙니다. 그 답은 동박 박리 강도(Copper Peel Strength), 즉 동박과 그 아래 적층판 사이의 접착 강도입니다. 모든 트레이스, 패드, 플레인은 리플로우와 열 사이클, 그리고 수년간의 사용 기간 동안 강도를 유지하기 위해 이 접착에 의존합니다. 박리 강도가 높으면 기판은 열 스트레......