PCB뉴스 - FR4 PCB 열전도율

집적화 기술의 발전에 따라 PCB도 전자 시스템의 다기능 부품으로 빠르게 발전하고 있으며 전자 부품의 전체 전력 밀도는 계속 증가하고 있지만 전자 부품 및 전자 장치의 물리적 크기는 점점 더 작아지고 소형화되도록 설계되고 있습니다. 장치 주변의 열유속 밀도가 증가하여 전자 부품의 성능에 영향을 미치므로 FR4 PCB의 열 전도성 역할이 점점 더 분명해집니다.

1. FR4 PCB 열전도율은 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다.

열전도 계수는 상대적으로 낮습니다. FR4의 열전도 계수는 일반적으로 약 0.3-0.4 W/m·K입니다. 이 값은 알루미늄, 구리 등의 금속 재료에 비해 매우 낮습니다. 금속은 열전도율이 높아 열을 빠르게 방출할 수 있는 반면, FR4는 이 점에서 성능이 떨어집니다. 따라서 방열 요구 사항이 높은 전자 장비에서는 단순히 FR4 재료를 사용하면 국부적으로 열이 축적되어 장비의 성능과 수명에 영향을 미칠 수 있습니다.

이방성: FR4는 이방성 특성을 가지고 있습니다. 즉, 열전도 계수는 방향에 따라 다릅니다. 평면 방향(면내)의 열전도 계수는 상대적으로 높은 반면, 평면에 수직인 방향(면 통과)의 열전도 계수는 낮습니다. 이는 FR4 소재의 유리섬유 천의 구조와 배열에 따라 열을 서로 다른 방향으로 전달하는 능력에 차이가 생기기 때문입니다. 전자 장비를 설계하고 제작할 때 이러한 이방성을 고려해야 합니다. 예를 들어 발열 부품과 방열 경로를 배열할 때 FR4의 열 전도 방향 특성에 따라 최적화하여 방열을 개선해야 합니다.

2. FR4 PCB의 열전도도에 영향을 미치는 요인:

열 방출 구멍

열 비아는 인쇄 회로 기판에 배치된 구멍으로, 열을 방출하는 데 중요한 역할을 합니다. 일반적으로 회로 기판에 열 비아가 많을수록 열 전도성이 좋아집니다. 왜냐하면 이러한 비아는 PCB와 부품에서 열을 방출할 수 있는 더 많은 공간을 제공하기 때문입니다.

PCB 구리 부설

구리 배치는 열전도도에 영향을 미치는 또 다른 중요한 요소입니다. 열전도도는 실제로 구리 레이아웃이 완전한지, 즉 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 연결되었는지 여부에 따라 달라집니다. 구리 밀도가 높으면 열전도율이 높아집니다. 구리 밀도가 작으면 열전도율이 매우 낮습니다.

내층

내부층은 회로기판의 방열에 영향을 미치는 요소이다. 내부 레이어가 많으면 열전도율이 감소하고 그 반대도 마찬가지입니다.

3. FR4 PCB 열전도도 관리

열전도도 관리는 FR4 PCB에 매우 중요하며 성능, 신뢰성 및 수명에 영향을 미칩니다. 열 관리가 없으면 인쇄 회로 기판이 박리, 손상 또는 장치 오류를 겪을 수 있습니다. 열 전도성은 PCB를 설계할 때 고려해야 할 요소입니다. 더 나은 PCB 설계를 위한 몇 가지 팁은 다음과 같습니다.

첫째, 인쇄 회로 기판을 설계할 때는 고전력 도체와 신호 도체를 분리하는 것이 가장 좋습니다. 방열 경로를 따라 더 많은 방열 구멍을 삽입할 수 있습니다. 방열 구멍은 도금되거나 코팅되지 않아 공기 순환과 방열이 가능합니다. 또한 어레이를 통한 합리적인 방열은 열 저항을 줄이고 방열 성능을 향상시키는 데에도 매우 도움이 됩니다.

둘째, 장치 사이의 거리를 늘려 열을 여러 층에 더욱 균등하게 분배함으로써 핫스팟의 위험을 줄이는 것이 좋습니다. 그러나 이 방법은 소형 PCB에는 적합하지 않습니다.

셋째, 장치의 기하학적 구조도 설계 시 고려해야 할 중요한 요소입니다. 부품을 연결하는 트레이스는 최대한 짧고 넓어야 하며, 큰 전류가 흐르는 트레이스는 두꺼운 구리로 만들어야 합니다. 장치가 너무 작으면 전자 부품이 고장날 수 있습니다.

넷째, 열전도율이 높은 소재를 사용할 때 열전도가 더 효율적인 것으로 알려져 있다. 구리는 매우 강한 전기 전도성을 가지며 최대 400W/mK의 열 전도성을 제공할 수 있습니다. 매립 구리 기술은 견고한 구리 블록을 PCB 표면이나 내부에 내장하는 것을 의미합니다. 구리 블록은 일반적으로 열 방출이 필요한 장치 아래에 위치합니다. 그리고 냉각. 비아 열 기술과 비교하여 매립 구리 블록은 비아 열 기술에 비해 약 2배의 냉각 효과를 제공할 수 있습니다. 동시에, 구리 블록은 다른 열 전도성 재료를 통과하지 않고 발열 부품 패드와 방열판을 직접 연결할 수 있습니다. 구리의 열전도율은 열전도성 PP보다 평균 30~200배 더 높습니다. 매립형 구리 기술은 대부분의 열을 발생시키는 소수 또는 특정 장치가 있는 PCB에 적합합니다. 구리를 PCB에 국부적으로 매립하면 최상의 열 전도 솔루션을 제공할 뿐만 아니라 PCB의 레이어 수나 재료에도 영향을 미치지 않습니다. . 이 기술은 발열 영역 아래 미리 제작된 컷아웃에 구리 블록을 내장하는 것입니다. PCB의 모재에 의존하지 않고도 장치에서 발생하는 열이 컷아웃에 있는 구리 블록을 통해 방열판으로 전달될 수 있습니다. PP로. 구리 블록은 PCB에 내장되어 다양한 형태와 구성으로 결합됩니다. 최종 구성은 라우팅, 전력 요구 사항, 발열 장치에서 구리 블록까지의 거리 간의 균형을 반영하여 설계자가 선택한 최종 구성입니다.

FR4는 경제적이며 다양한 응용 분야에 사용할 수 있는 우수한 특성을 가지고 있어 PCB 제조에 일반적으로 사용되는 재료입니다. 하지만 다른 소재에 비해 열전도율이 좋지 않습니다. 따라서 FR4 PCB의 열전도율 특성을 이해하고 이를 관리하는 방법을 학습하는 것이 필요하며, 이는 비용 절감은 물론 제품 품질 향상에도 도움이 됩니다.