전자기기 사용에 있어서 PCB는 가장 중요한 원자재의 하나임을 알 수 있습니다.
전세계적으로 가장 많은 판매 및 점유율을 보유한 회사는 중국 Kingboard입니다.
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Glass Based Copper Clad Laminates（FR-4）-Products-Kingboard Laminates Holdings Ltd
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이외에도 많은 PCB업체가 있으며, 이부분에 대한 부분 확인 방법은 PCB 제조거래처에 데이터시트를 통해
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PCB(Printed Circuit Board, 인쇄회로기판)의 열전도는 전자기기의 성능과 안정성에 중요한 영향을 미칩니다. 열 관리는 고출력 또는 고온 환경에서의 전자기기 설계에서 핵심 요소 중 하나입니다. 아래는 PCB의 열전도와 관련된 주요 내용을 정리한 것입니다.
PCB의 열전도 특성
PCB는 일반적으로 여러 층으로 구성되며, 각각의 층은 다른 물질로 만들어져 있습니다. 주요 구성 요소와 열전도율(대략적인 값)은 다음과 같습니다.
구리(Copper)
열전도율 ≈ 400 W/m·K
신호 전달 및 전력 공급에 사용되며, PCB에서 가장 열전도율이 높은 물질입니다.
기판(Material, FR-4 등):
열전도율 ≈ 0.3~1.0 W/m·K
에폭시와 유리섬유 혼합물로 만들어지며, 전기 절연 특성을 가집니다. 열전도율은 낮은 편입니다.
솔더 마스크(Solder Mask):
열전도율 ≈ 0.2~0.3 W/m·K
PCB의 외부 표면을 보호하지만, 열 전달에는 거의 기여하지 않습니다.
열전도 향상을 위한 설계 요소
PCB에서 열 관리를 최적화하려면 다음과 같은 설계 방법을 고려해야 합니다:
열 구리층 추가
PCB 내부 또는 외부 층에 두꺼운 구리 층을 추가하면 열전도가 크게 향상됩니다.
- 예: 1oz/ft² 구리 두께 ≈ 35μm.
열 패드(Thermal Pad) 사용
- 열을 더 잘 전달하기 위해 칩 아래에 열 패드를 배치합니다.
- 구멍(Via)을 통해 열을 방출하는 구조를 설계합니다.
열 비아(Thermal Via)
열을 분산시키기 위해 여러 개의 비아(전기적 및 열 전달 통로)를 추가합니다.
구리로 도금된 비아는 열 전도 효율을 높입니다.
고열전도 기판
FR-4 대신 알루미늄 기반 기판(MCPCB, Metal Core PCB)을 사용하면 열전도가 크게 향상됩니다.
방열재(Thermal Interface Material, TIM)
칩과 PCB 사이에 열전도성 물질(예: 열전도 페이스트)을 적용하여 열 전달을 향상시킵니다.
PCB의 열 방출 메커니즘
PCB는 열을 여러 방식으로 방출합니다.
전도(Conduction):
PCB 기판 및 구리를 통해 열이 전도됩니다.
대류(Convection)
공기와의 접촉을 통해 열을 방출합니다.
팬 또는 히트싱크를 사용하여 대류 효과를 증대시킬 수 있습니다.
복사(Radiation)
열 에너지가 방사선 형태로 방출됩니다.
일반적으로 낮은 비율로 기여하지만, 고온 환경에서 더 중요해질 수 있습니다.
PCB 열 관리를 위한 소재 선택
FR-4: 일반적인 기판 재료, 열전도율 낮음.
MCPCB: 금속 코어 PCB(알루미늄, 구리). 높은 열전도율.
세라믹 PCB: 매우 높은 열전도율(10~170 W/m·K), 고온 환경에 적합.
열 해석 도구 활용
PCB 설계 시 열 문제를 해결하려면 시뮬레이션 도구를 활용하여 정확한 열 해석을 수행합니다.
ANSYS, COMSOL, ICEPAK 등은 PCB 설계에서 자주 사용되는 열 분석 소프트웨어입니다.
PCB의 열전도는 전자기기 성능에 중요한 역할을 하며, 구리층 두께, 열 비아, 방열 소재 및 설계 기술을 활용하여 최적화할 수 있습니다. 추가로 방열재 및 시뮬레이션 도구를 사용하여 설계 초기부터 열 관리를 고려하는 것이 중요합니다.