고속 설계 및 HDI 보드를 위한 PCB 재료 특성 비교

모든 PCB는 레이어 스택업을 생성하고, 구리를 식각하고, 솔더 마스크를 적용하며, 실크스크린을 인쇄하기 위해 다양한 재료를 사용합니다. 멀티레이어 PCB 스택업을 생성하기 위해 사용하는 각 유전체 재료는 유전 상수와 열전도율과 같은 다른 재료 특성을 가지고 있습니다. 특수한 용도로 설계할 때 PCB 재료 특성의 철저한 비교는 다음 회로 기판에 사용할 올바른 기본 재료를 선택하는 데 도움이 될 수 있습니다. Altium Designer는 멀티레이어 PCB의 기본 재료를 선택하고 새로운 설계를 대규모 제조에 준비할 수 있는 기능을 제공합니다.

ALTIUM DESIGNER

고급 전자 제품을 위한 가장 강력하고 현대적이며 사용하기 쉬운 PCB 설계 도구입니다. Altium Designer를 사용하여 모든 PCB 재료 특성을 사용하고 보드를 제조에 준비하세요.

회로 기판을 위해 생성하는 모든 PCB 스택업은 여러 재료를 포함할 것입니다. PCB 제조 중에는 많은 다른 재료가 사용될 것입니다. 선택하는 재료는 전력/신호 손실, 상호 연결 임피던스, 온도 상승, 구리 표면 거칠기 및 PCB의 온도 상승을 결정할 것입니다. 모든 기본 재료가 모든 응용 프로그램에 이상적인 것은 아니므로, 이러한 다양한 영역에서 성능을 균형 있게 유지하기 위해 PCB 스택업에 딱 맞는 기본 재료를 선택해야 합니다.

PCB 재료의 특성을 철저히 비교함으로써 다음 시스템에 사용할 최적의 기본 재료를 결정할 수 있습니다. 회로 기판에 사용할 최적의 재료를 결정한 후에는 Altium Designer의 PCB 스택업 설계 및 분석 도구를 사용하여 고속 회로 기판이나 HDI 설계를 위한 PCB 레이아웃을 생성할 수 있습니다. 여기 PCB 재료의 특성을 비교하여 회로 기판에 적합한 기본 재료를 선택하는 데 도움이 되는 정보를 제공합니다.

중요한 기본 PCB 재료 특성

PCB의 기본 재료를 선택할 때는 재료의 다양한 재료 특성을 고려하고 이러한 특성이 회로 기판의 용도에 어떻게 맞는지를 고려해야 합니다. 여기 고속 설계를 위한 중요한 PCB 재료 특성을 고려해야 할 사항입니다:

• 상대 유전 상수: 이는 상대 유전율(Dk)과 손실 인자(Df)로 구성된 복소수입니다. Df 값은 재료의 손실 탄젠트와 관련이 있습니다.
• 전도 손실: 전도 손실은 AC와 DC 두 가지 종류가 있으멀로, 이는 모두 전도체의 전기 전도도와 관련이 있습니다. 전기 전도도는 스킨 깊이를 결정하며, 이는 AC 손실을 결정합니다. PCB 기판 위의 구리에서의 전도 손실은 구리 표면의 거칠기와 관련이 있으며, 이는 시스템의 손실을 증가시키고 상호 연결의 임피던스를 변경할 것입니다.
• 열 전도성: 이는 작동 중 기판에서 열이 방출되는 속도를 결정하며, 주변 온도에 대한 온도 상승을 결정합니다. 이는 열 관리 전략을 결정하게 되며, 예를 들어 열 싱크나 팬을 사용하여 구성 요소를 시원하게 유지하는 것과 같은 전략이 될 수 있습니다.
• 열 팽창 계수(CTE): 이는 보드의 온도가 증가함에 따라 보드가 얼마나 팽창하는지 알려줍니다. CTE는 이방성이므로, 보드는 다른 방향으로 다른 비율로 팽창합니다. 일반적으로, 우리는 회로 보드의 표면층에 수직인 z축을 따라 팽창에만 관심이 있습니다.
• 유리 전이 온도(Tg): 유리 전이 온도는 온도가 계속 증가함에 따라 CTE 값이 갑자기 증가하는 시점을 알려줍니다. Tg 이상의 CTE 값은 Tg 이하의 CTE 값보다 큽니다.
• 분산: 상대 유전 상수는 신호의 주파수에 따라 달라집니다. 따라서 분산은 특정한 숫자가 아니라 서로 다른 주파수를 가진 신호들이 상호 연결에서 다른 전파 지연 값으로 이동하는 방식을 정의하는 속성입니다.

제조업체들은 고속 회로 기판, HDI 회로 기판, 고온 환경에 더 적합한 재료를 계속해서 발견하고 있습니다. 위의 다양한 재료 특성은 고속 신호가 분산으로 인해 기판에서 어떻게 전파되는지, 그리고 열을 어떻게 분산시키고 기계적 충격을 어떻게 견디는지에 영향을 미칩니다. 이러한 재료 중 일부는 마이크로파 및 밀리미터파 장치에 적합하거나 고온 환경에서 사용하기에 적합하지만, 생산 비용이 더 많이 듭니다. 재료를 선택할 때 가장 좋은 방법은 FR4부터 시작하여 이 재료가 귀하의 응용 프로그램에 적합한지 평가하는 것입니다.

표준 PCB 스택업 재료

산업계는 주로 구리층 사이에 비전도성 재료인 FR4 등급을 사용하여 인쇄 회로 기판을 제작합니다. FR4는 유리 강화 에폭시 라미네이트 재료에 대한 NEMA 등급 지정입니다. 이 지정은 섬유 대 수지의 비율을 나타내며, 난연성, 유전 상수, 손실 인자, 인장 강도, 전단 강도, 유리 전이 온도, z축 팽창 계수와 같은 특성을 나타냅니다. FR4는 난연성이 있어 안전 요구 사항에 적합하며, 다양한 온도 및 습도 환경에서 견고하여 성능의 품질을 향상시킵니다.

표준 섬유유리 함침 수지 라미네이트.

PCB의 주요 재료 구성 요소는 충전재 유무에 따른 폴리머 수지(유전 재료), 보강재, 금속 호일입니다. PCB를 형성하기 위해, 보강재 유무에 따른 유전체 층이 구리 호일 층 사이에 번갈아 쌓입니다. 고속 설계를 위한 PCB 재료의 대부분은 에폭시이지만, 일부는 BT, PPE, 시아네이트 에스터, 변형된 아크릴레이트일 수 있습니다. 전형적인 에폭시 PCB 라미네이트의 구조는 위에 나와 있습니다.

섬유유리 함침 수지 라미네이트의 단면.

이 라미네이트들은 구리 층 사이에 배치되어 회로가 조립된 보드에 관련된 유전 특성을 가진 기판이 됩니다. 설계자들은 회로의 유전 요구 사항을 충족시키기 위해 기판 두께를 지정합니다. IPC-2221은 PCB 기판 층의 FR4 및 기타 라미네이트 재료에 대한 유전 상수를 지정하는 표를 포함하고 있습니다. 최고의 PCB 설계 및 레이아웃 도구 세트는 이 데이터를 사용하여 PCB 스택업에서 임피던스와 손실을 모델링하여 최적의 라우팅 및 트레이스 디자인을 위해 사용합니다.

• 고주파에서 PCB 유전 재료의 동작에 익숙하지 않은 경우 분산을 모델링하기 어려울 수 있습니다.

  고속 설계를 위한 FR4 PCB 재료의 고주파 유전 분산에 대해 자세히 알아보세요.

• PCB 라미네이트와 구리 표면의 거칠기는 PCB의 트레이스의 실제 및 상상의 임피던스에 영향을 미칩니다.

  PCB에서 구리 표면 거칠기를 모델링하는 방법에 대해 자세히 알아보세요.

• 적절한 PCB 설계 도구 세트를 사용할 때 어떤 유전 재료 배열로도 PCB 스택업을 생성할 수 있습니다.

  Altium Designer에서 레이어 스택 관리자를 사용하는 방법에 대해 자세히 알아보세요.

고속 설계 및 HDI용 PCB 재료

산업의 근간을 이루는 수지는 에폭시 수지였습니다. 에폭시는 상대적으로 낮은 비용, 강한 접착력(금속 호일과 자체에 대한), 바람직한 열적, 기계적, 전기적 성질로 인해 필수품이 되었습니다. 기본 에폭시 화학은 수년에 걸쳐 극적으로 변화되었습니다. 대체 수지 기반 PCB 적층 재료는 일반적으로 에폭시 수지 시스템의 특정 단점을 해결하기 위해 선택됩니다. BT-에폭시는 열적 안정성 때문에 유기 칩 패키지에 흔히 사용되며, 폴리이미드와 시아네이트 에스터 수지는 낮은 Dk 및 Df 값으로 인해 사용됩니다.

열경화성 수지 외에도 폴리이미드와 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함한 열가소성 수지가 사용됩니다. 열가소성 폴리이미드 버전은 상대적으로 취약하지만, 열경화성 버전은 유연하며 필름 형태로 제공됩니다. 이는 일반적으로 유연 회로와 리지드-플렉스라고 불리는 조합 회로를 만드는 데 사용됩니다. 또한 에폭시보다 비싸며 필요에 따라만 사용됩니다. 많은 회사들이 고급 PCB 유전체 재료에 사용되는 브롬 기반 난연제에 대한 최종 금지를 예상하며 "할로겐-프리" 요구 사항으로 전환했습니다.

이러한 특성은 고속 및 HDI PCB에 이상적입니다. 낮은 유전 상수는 이러한 보드에서 신호가 더 빠르게 전달되게 하고 인접 신호 트레이스 간의 용량성 결합을 줄입니다. 이는 인접한 신호 라인 간의 크로스토크를 줄여 이러한 보드에서 신호 무결성을 보장하는 데 도움이 됩니다. 이는 트레이스가 작은 공간에 밀집된 HDI 보드에서 특히 중요합니다.

대체 PCB 스택업 유전체 옵션

고온 또는 고전력 애플리케이션을 설계하는 경우, 사용할 수 있는 대체 기판 옵션이 있습니다. 이러한 대체 기판은 HDI 및 고속 PCB 설계에도 사용될 수 있어 회로 기판의 최적의 기본 재료를 선택할 수 있는 유연성을 제공합니다.

• 세라믹 PCB 기판 재료는 매우 높은 열전도성과 고주파에서의 부드러운 분산을 제공하여 고온 환경에서 사용하기에 이상적입니다.

  세라믹 PCB 유전체 재료에 대해 자세히 알아보기.

• 메탈 코어 PCB 기판은 고전력으로 작동하고 고온에 도달할 단층 또는 이층 회로 기판에 자주 사용됩니다.

  메탈 코어 PCB 기판 사용에 대해 자세히 알아보기.

• 플렉스 또는 리지드-플렉스 PCB의 경우, 표면층에 부드러운 구리 호일이 있는 유연한 재료의 등급을 선택해야 합니다.

  플렉스 및 리지드-플렉스 PCB 설계를 위한 유연한 기본 재료 옵션에 대해 자세히 알아보세요.

Altium Designer에서 리지드-플렉스 PCB 설계가 쉽습니다.

Altium Designer에서 PCB 스택업을 생성하세요

Altium Designer의 레이어 스택 관리자는 잘 정의된 유전 상수, CTE 값, 및 분산 모델을 가진 표준 섬유유리 직물 재료의 라이브러리를 포함하고 있습니다. RT Duroid 또는 알루미늄 코어 PCB와 같은 더 특수한 재료를 사용하는 경우, 데이터시트에서 유전 상수와 손실을 정의할 수 있습니다. 그런 다음 통합된 필드 솔버로 제어된 임피던스 트레이스를 설계할 수 있습니다. HDI 보드를 라우팅하고 신호 무결성을 보장하는 데 필요한 모든 것이 Altium Designer에 있습니다.

Altium Designer의 드래프트맨 도구는 PCB 제조에 필요한 구리 및 PCB 스택업 유전 재료 옵션에 대한 정보를 제공합니다. 솔더 페이스트와 홀 도금을 위한 재료도 전달됩니다. 납 솔더 및 기타 유독한 재료의 제거가 전 세계적으로 의무화됨에 따라 RoHS 재료 사용이 표준이 되고 있습니다.

조립 지침 및 제작 세부 사항은 레이어 스택에 내장된 일반 목적의 기계 레이어에 열거됩니다. 레이어 스택 관리자 내의 특수 레이어는 실크스크린, 솔더 및 페이스트 마스크, 드릴 정보, 킵아웃, 그리고 인터커넥트 레이어를 지정하는 데 전용됩니다.

Altium Designer의 통합 PCB 설계 환경

Altium Designer의 통합 환경에는 고속 PCB, HDI 회로 기판, 그리고 리지드-플렉스 PCB를 생성하기 위한 레이아웃 및 라우팅 기능도 포함되어 있습니다. Altium Designer의 모든 기능은 규칙 기반 설계 엔진에 구축되어 있으며, PCB 레이아웃 및 라우팅 도구는 모두 단일 프로그램 내에서 접근할 수 있습니다. Altium Designer의 시뮬레이션 기능은 또한 고속 및 HDI 회로 기판 재료 속성에서 신호 무결성을 검토하는 데 이상적입니다.

• Altium Designer의 설계 규칙 기반 엔진은 스키마틱 도면을 생성하고 PCB 레이아웃을 작성할 때 자동으로 오류를 표시합니다. 이 독특한 설계 환경에서 생산적으로 유지하며 강력한 전자 제품을 설계할 수 있습니다.

  Altium Designer의 통합 규칙 기반 설계 환경에 대해 자세히 알아보세요.

• HDI 및 고속 회로 기판 재료의 신호 무결성을 보장하기 위해, Altium Designer는 임피던스 및 신호 무결성 계산을 위한 통합 3D 필드 솔버를 포함하고 있습니다.

  Altium Designer에서 Simberian의 3D 필드 솔버에 대해 자세히 알아보세요.

• 집적 PCB 설계가 처음이라면, Altium은 Altium Academy를 통해 PCB 설계 튜토리얼과 자료에 접근할 수 있게 해줍니다.

  Altium Academy를 통해 고속 설계를 위한 PCB 재료에 대해 Altium Designer에서 더 알아보세요.

Altium Designer에서 PCB 스택업을 생성하고 회로 기판의 유전 상수를 지정하세요.

고속 설계 및 HDI 회로 기판 재료의 특성에 대한 PCB 재료 비교 차트는 PCB 디자이너와 전기 엔지니어에게 중요한 주제입니다. PCB 보드 재료 특성을 비교하는 여러 자료가 존재하지만, PCB 스택업 설계에 어떤 재료든 사용할 수 있게 해주는 설계 소프트웨어가 필요합니다. Altium Designer의 PCB 설계 기능을 사용하면 고급 PCB 스택업을 위한 재료를 선택할 수 있으며, CAD 기능과 시뮬레이션 도구의 전체 세트에 접근할 수 있습니다.

Altium Designer on Altium 365는 지금까지 소프트웨어 개발의 세계에 국한되었던 전자 산업에 전례 없는 통합을 제공하여, 디자이너가 집에서 작업하며 전례 없는 효율성의 수준에 도달할 수 있게 합니다.

우리는 Altium 365에서 Altium Designer로 할 수 있는 가능성의 겉면만 긁어봤습니다. 더 심층적인 기능 설명이나 온디맨드 웨비나 중 하나를 제품 페이지에서 확인할 수 있습니다.