왜 그리고 어떻게 다음 스택업 디자인을 위해 알루미늄 PCB 기판을 사용해야 하는가

알루미늄은 소다 캔 이상의 용도로 사용될 수 있습니다

저는 이제 서른이 넘어 소다를 많이 마시지 않지만, 알루미늄이 콜라 캔을 만드는 것 외에도 많은 용도가 있다는 것을 알고 있습니다. 하나의 용도는 PCB의 핵심 재료로서 열 관리를 위해 사용되는 것입니다. 알루미늄은 높은 열 전도성을 가지고 있으며, 다른 수동 또는 능동적 냉각 조치가 구성 요소의 온도를 충분히 낮은 수준으로 가져올 수 없을 때 PCB 상의 활성 구성 요소로부터 열을 전달하는 데 사용될 수 있습니다.

열 관리를 위한 알루미늄 PCB 사용하기

활성 구성 요소는 상당한 양의 전력을 소산시키므로 CPU나 스위칭 트랜지스터가 많은 다른 구성 요소에 냉각 팬을 사용합니다. 주변 온도가 과도하게 높은 경우, 능동적 냉각 조치는 보드의 온도를 주변 수준 근처로 다시 낮추는 데만 유용할 것입니다. 또한, 능동적 냉각으로는 열을 그렇게 많이 소산시킬 수 없습니다. 이것이 바로 활성 구성 요소로부터 열을 소산시키기 위해 추가 전략이 필요한 곳입니다.

알루미늄은 PCB의 핵심 재료로 사용될 수 있는 대체 재료 중 하나로, 흔히 잘못된 명칭인 "알루미늄 pcb"로 불립니다. PCB에서 알루미늄을 금속 코어로 사용하면 높은 열 전도성 덕분에 활성 구성 요소로부터 열을 쉽게 분산시킬 수 있습니다. 알루미늄 또는 PCB 코어의 다른 금속의 높은 열 전도성은 보드 전체에 걸쳐 열을 더 균일하게 분배할 수 있게 합니다.

이를 FR4와 비교해보면, FR4는 PCB 기판용 대체 재료들 중 상대적으로 열 전도성이 낮습니다. PCB에서 활성 구성 요소 근처에 핫스팟이 형성될 수 있으므로, 열을 분산시키고 온도를 안전한 수준으로 유지하기 위해 능동적 및 수동적 냉각 조치를 사용합니다. 활성 구성 요소에서 발생하는 열은 또한 열 비아와 랜드를 사용하여 구성 요소 층에서 내부 접지 또는 전원 평면으로 이동될 수 있습니다.

이와 비교하여 FR4는 PCB 기판을 위한 다른 대체 재료에 비해 상대적으로 열 전도성이 낮습니다. PCB의 핫스팟은 활성 구성 요소 근처에 형성될 수 있으므로 열을 방출하고 온도를 안전한 수준으로 낮추기 위해 능동적 및 수동적 냉각 조치를 사용합니다. 활성 구성 요소에서 생성된 열은 열 비아 및 랜드를 사용하여 구성 요소 레이어에서 내부 접지 또는 전원 플레인으로 이동할 수도 있습니다.

알루미늄 PCB 스택업

알루미늄 PCB는 제조 관점에서 이상한 선택처럼 보일 수 있지만, 알루미늄 PCB에 사용할 수 있는 스택업은 FR4 기판에 사용할 수 있는 스택업과 실제로 유사합니다. 아래 이미지에서 스택업 예시를 보여줍니다:

알루미늄 PCB와 함께하는 예시 레이어 스택

알루미늄 PCB 스택업은 다음 고려 사항을 가지고 설계되어야 합니다:

• 표면 레이어: 이것은 표준 구리 호일 레이어입니다. 일부 제조업체는 FR4에 사용될 것보다 더 무거운 구리(최대 10 oz)를 사용하도록 권장할 수 있습니다.

• 유전체 레이어: 내부 유전체 레이어는 프리프레그로 기능하는 어떤 열전도성 레이어일 수 있습니다. 이것은 폴리머 또는 세라믹 레이어일 수 있습니다. 특히 열전도성이 높은 재료, 특히 열전도 대 전기전도 비율이 높은 세라믹을 선택하면 열 관리를 돕고 충분한 절연을 제공할 것입니다. 유전체 레이어의 전형적인 두께는 0.05에서 0.2 mm입니다.

• 알루미늄 멤브레인 레이어: 알루미늄 멤브레인 레이어는 원하지 않는 에칭으로부터 알루미늄 코어를 보호하는 보호 역할을 합니다. 이것은 코어를 통해 드릴링된 모든 비아(vias)에 대해 중요한 역할을 하는 매우 얇은 절연 레이어입니다.

• 알루미늄 코어: 내부 층은 높은 열전도성을 가진 알루미늄 코어입니다. 대부분의 알루미늄 보드는 0.5mm 두께이지만, 더 큰 구조적 안정성을 제공하기 위해 더 두꺼운 보드를 사용할 수 있습니다.

알루미늄 코어를 관통하여 비아를 뚫을 수 있지만, 구리 비아 벽과 코어 사이에 절연층을 형성하기 위해서는 비아 홀 내부를 커버할 알루미늄 막 층이 필요합니다. 더 두꺼운 알루미늄 코어를 사용하기로 결정한다면, 재료 비용과 제작 비용이 증가할 것입니다.

알루미늄 PCB의 일부 응용 분야

알루미늄 PCB에 사용되는 라미네이트는 FR4보다 열을 더 빠르게 분산시키기 때문에 상당한 열을 발생시키는 다양한 시스템에 사용될 수 있습니다. LED 조명 어레이에서의 사용이 훌륭한 예입니다. SMD LED는 고출력에서 작동할 때 상당한 양의 열을 발생시킵니다. 알루미늄 코어에 의해 발산된 열은 LED로부터 열을 빠르게 이동시켜, 그들의 수명을 연장시킵니다.

SMD LED가 있는 조명 어레이

얇은 알루미늄 코어 PCB는 유연한 PCB로도 제작될 수 있습니다. 정적 및 동적 플렉스 PCB 모두 알루미늄 PCB에서 제작될 수 있습니다. 세라믹은 알루미늄보다 훨씬 덜 연성이므로, 유연한 알루미늄 PCB에 사용해서는 안 됩니다. 따라서, 이러한 보드에서는 다이얼렉트릭 층으로 폴리머 라미네이트를 사용해야 합니다.

알루미늄 PCB는 열 관리를 넘어서 다른 이점을 제공합니다. 위에서 언급한 것처럼 구부러짐과 충격에 대한 강성과 더 높은 강도가 있습니다. 또한, 금속 코어는 더 나은 EMI 차폐를 제공하므로, 알루미늄 PCB는 전기적으로 시끄러운 환경에서도 유용합니다. 금속 코어는 알루미늄이 재활용 가능하기 때문에 FR4나 다른 재료보다 환경 친화적입니다.

다음 장치에 알루미늄 PCB를 사용하기로 결정했다면, 광범위한 레이어 스택 재료 라이브러리와 직관적인 스택업 관리자를 포함하는 설계 도구가 필요할 것입니다. Altium Designer는 이러한 기능을 모두 포함하고 있으며, 단일 프로그램에서 업계 선도적인 설계 및 분석 도구를 제공합니다. 이 중요한 설계 기능은 Altium Designer의 네이티브 3D 설계 도구와도 인터페이스합니다.

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