PCB 소재 선택에서의 DFM

모든 설계는 PCB 스택업에 나타날 재료를 선택하고, 레이아웃과 라우팅을 지원하기 위해 스택업의 레이어를 배열하는 것으로 시작해야 합니다. 이 PCB 제조 및 DFM 속성 과정의 이 부분은 PCB 설계에 적합한 재료를 선택하는 데 중점을 둡니다. 재료는 귀하의 사양에 명시된 특정 설계 요구 사항을 고려하여 선택되어야 합니다.

새로운 설계자를 위한 간결함을 위해, 우리는 PCB 설계에 가장 일반적으로 사용되는 재료 클래스인 FR-4에 주로 초점을 맞출 것입니다.

기본 재료 선택 과정

재료를 선택하기 전에, 제조업체가 설계에 포함하기로 결정하기 전에 그 재료를 보유하고 있어야 한다는 점을 알아두는 것이 중요합니다. 설계가 특정 유형의 재료를 요구하고 PCB 스택업에서 이러한 재료에 대한 특정 요구 사항이 있는 경우, 제조업체에 연락하여 이러한 재료나 호환 가능한 대안을 보유하고 있는지 확인해야 합니다. 모든 제조업체가 가능한 모든 재료를 보유하고 있는 것은 아니며, 모든 재료와 호환되는 공정을 가지고 있는 것도 아닙니다. 또한, 원하는 대로 모든 재료를 스택업에 혼합하고 매치할 수 있는 것은 아닙니다. 설계가 표준 공정에서 제조 가능할 것임을 보장하기 위해 제조업체에 연락하여 지침을 받는 것이 중요합니다.

IPC는 IPC-4101 및 IPC-4103 표준에서 재료 호환성 요구 사항을 정의했습니다. 이 표준들은 라미네이트 제조업체가 특정 재료 특성과 처리 요구 사항을 나열한 "슬래시 시트"를 생성하도록 요구합니다. 라미네이트 제조업체는 이러한 슬래시 시트 중 하나에 맞게 자신의 재료를 설계할 것입니다. 이를 통해 제조업체는 두 재료가 호환되어 서로 대체될 수 있는지 즉시 알 수 있습니다.

• IPC 슬래시 시트 및 IPC-4101/IPC-4103 표준에 대해 자세히 알아보기

PCB를 설계할 때, 고유한 설계 요구 사항에 기반한 여러 재료 선택지를 고려해야 합니다. 재료를 선택하기 전에, 보드가 충족해야 할 기능성 및 신뢰성 요구 사항을 먼저 정의하는 것이 권장됩니다. 아래의 흐름도를 참조하여 전형적인 재료 선택 과정을 확인하세요.

PCB 재료 특성 상세 정보

PCB에 관련된 재료 특성은 세 가지 범주로 나뉩니다:

• 전기
• 열
• 기계

전기 재료는 대부분의 설계자들이 특정 임피던스 목표(고속 설계의 경우), 신호 또는 전력 손실 목표(고주파 설계의 경우), 절연 파괴 전압(고전압 설계의 경우) 또는 이러한 요소들의 조합을 달성하려고 할 때 주로 집중하는 부분입니다. 전기 재료는 중요하지만, DFM 고려 사항으로서, 기계적 및 열적 특성도 제조업체가 제작 과정에서 이를 수용할 수 있도록 알고 있어야 합니다.

에칭된 회로 기판을 생산할 제조소는 재료 선택을 그들의 공정에 어떻게 구현할지 알아야 합니다. 만약 여러분이 직접 재료를 선택한다면, 이것이 바로 제조소에 직접 연락하여 스택업을 평가해 달라고 요청하는 것이 가장 좋은 이유입니다. 만약 그들이 여러분이 설계한 스택업을 제작할 수 없는 경우, 그들은 종종 대체 재료 세트, 대체 스택업을 제안하거나, 종종 표준화된 스택업을 제공할 수 있습니다.

• 판네집에 스택업 요구 사항을 지정하는 방법에 대해 자세히 알아보기

전기 요구 사항을 고려할 때 가장 중요한 속성은 전기 강도, 유전 상수, 그리고 수분 저항입니다. 다음 표를 참조하여 더 일반적인 재료들과 그들의 관련 속성 값 목록을 확인하세요. 고전압 설계나 고주파 설계와 같은 특수 요구 사항이 있는 경우 전기적 속성에 대한 더 구체적인 데이터를 얻기 위해 제조업체와 상의하는 것을 잊지 마세요.

높은 신뢰성이 요구되는 일부 설계의 경우, 경화제와 수지 함량은 또 다른 중요한 요소입니다. 이는 PCB 레이아웃에서 도체 간의 큰 간격을 확보할 수 없는 고전압 설계에 특히 해당됩니다. PCB 라미네이트 재료에 사용되는 두 가지 일반적인 경화제는 DICY와 페놀계 경화제입니다. 페놀계는 경화제가 전도성 음극 필라멘테이션(CAF) 실패에 저항할 수 있는 강성 재료를 생성하는 것으로 알려져 있기 때문에 고전압 레이아웃에서 선호됩니다. 특수 설계가 있는 경우 신뢰성을 보장하기 위해 어떤 재료 시스템을 사용하는 것이 좋은지 제조업체의 추천을 받는 것이 좋습니다.

구리 호일 유형

프린트 회로 기판 라미네이트에 사용되는 구리 호일의 종류는 여러 가지가 있습니다. 가장 일반적인 것은 제조 및 PCB 라미네이트에의 적용 용이성 때문에 전기 도금된(electro-deposited, ED) 구리 호일입니다. 대부분의 재료는 이 종류의 구리를 사용할 것입니다. 라미네이트에 사용된 구리의 종류는 디자인하는 당신이 다른 라미네이트와 함께 마음대로 혼합하고 매치할 수 있는 것이 아닙니다. 라미네이트를 선택할 때, 그 라미네이트는 거의 항상 단일 종류의 구리와 함께 제공되며, 어떤 대안으로도 대체할 수 없습니다.

하나의 예외는 일부 PTFE 기반 재료로 만든 고주파 PCB의 경우입니다. 이러한 재료의 공급업체는 일반적으로 고주파 설계에 사용되는 자신들의 재료 세트를 알고 있기 때문에, 다른 종류의 구리를 포함한 여러 옵션을 제공하는 경향이 있습니다. 이 재료에서 사용되는 다른 표준 종류의 구리는 롤드-애니일드 구리(rolled-annealed copper, RA)로 알려져 있으며, 고주파 PCB용 라미네이트는 매우 매끄러운 프로파일을 가진 표면 처리된 구리도 가질 수 있습니다.

• PCB 라미네이트 재료에서 구리의 종류에 대해 더 알아보기

제조업체는 일반적으로 선택할 수 있는 다양한 종류의 호일을 제공하며, 가장 일반적인 것은 전기 도금된 구리와 롤드 구리입니다. 강성 보드는 일반적으로 전기 도금된 구리 호일을 사용하는 반면, 강성-유연 보드는 롤드 구리 호일을 사용할 것입니다.

구리 무게

구리는 특정 두께로 PCB 라미네이트 위에 배치되지만, 이는 종종 oz./sq. ft. 단위의 구리 무게로 지정됩니다. 대부분의 회로 기판에서 발견되는 전형적인 구리 무게 값은 0.5 또는 1 oz./sq. ft.입니다. 더 무거운 구리 무게가 필요한 경우, 회로 기판 제작 업체는 더 두꺼운 구리가 있는 재료를 보유하고 있어야 하거나, 필요한 두께까지 구리를 증착하는 도금 공정을 사용해야 합니다.

구리 무게는 제조에 영향을 미치지만, 트레이스가 운반하는 전류의 양에 따라 PCB의 평형 온도에도 영향을 미칩니다. 구리 트레이스는 일정한 DC 저항을 가지고 있기 때문에, 일부 전력 손실을 발생시켜 열로 변환됩니다. 결과적으로, 더 넓은 트레이스는 더 높은 전류 운반 능력을 가질 수 있습니다.

예를 들어, 아래의 그래프 쌍은 일반적인 구리 두께와 주변 온도보다 높은 온도 수준에 대한 내부 층의 전류 용량을 이해하는 데 참조로 사용될 수 있습니다. 이 그래프들은 주변에 다른 구리가 없는 표준 FR-4 등급 라미네이트 상의 트레이스를 가정합니다. 상단 그래프의 각 선은 x축과 y축을 따라 볼 수 있는 각 트레이스 영역과 전류 값 쌍에 대해 기대할 수 있는 주변 온도 이상의 온도 상승 값을 나타냅니다.

이 이미지를 사용하는 방법을 설명하는 두 가지 예가 추적되었습니다:

• 빨간색 곡선: 이 곡선은 1 oz./sq. ft. 구리로 제작된 약 140 mil 너비의 트레이스가 3 A를 운반할 경우 대략 10도의 온도 상승을 경험할 것이라고 명시합니다.
• 빨간색 곡선: 이 곡선은 0.5 oz./sq. ft.로 제작되고 트레이스 너비가 약 40 mil인 트레이스가 1 A의 전류를 운반할 경우 약 30도의 온도 상승을 경험할 것이라고 명시합니다.

여기서 중요한 점이 있습니다: 이 그래프들은 매우 보수적인 경향이 있으며, 보드가 작동하는 동안 예상할 수 있는 온도를 과대 예측할 수 있습니다. 관련 트레이스 아래에 구리 평면 레이어를 배치하거나 트레이스 주변에 구리를 붓는 것이 트레이스와 보드 전체의 온도를 낮추는 데 도움이 될 것입니다. 이것은 PCB 제조 능력에 영향을 미치는 여러 PCB 레이아웃 요구 사항 중 하나입니다.

• 3부로 이동하기: PCB 레이아웃에서의 DFM

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