헤비 코퍼 PCB는 특수 유형의 인쇄 회로 기판입니다. 이름에서 알 수 있듯이, 이 제품의 핵심 특징은 전통적인 PCB의 구리 두께를 초과한다는 점입니다. 전통적인 PCB의 구리 두께는 일반적으로 0.5~2온스(즉, 17.5~70마이크론) 사이인 반면, 헤비 코퍼 PCB의 구리 두께는 2온스 이상입니다. 구리 두께가 10온스 이상일 경우, 이러한 종류의 PCB는 엑스트림 코퍼 PCB(Extreme Copper PCB)라고 불리며, 이는 헤비 코퍼 PCB의 고급형 버전입니다. 일부 극한의 상황에서는 구리 두께가 20온스(약 700μm)에 달하기도 하여 일반적인 헤비 코퍼 PCB의 구리층 두께 기준을 훨씬 초과합니다.
신에너지, 산업 자동화 및 기타 분야가 고출력 및 극한 환경 적응을 향해 발전함에 따라, 헤비 코퍼 PCB(Heavy Copper PCB) 및 극도로 두꺼운 구리 PCB는 고전류 용량과 우수한 방열 성능 요구 조건을 충족시키는 핵심 요소로 부상하고 있습니다. Heavy Copper PCB의 적용 시나리오 또한 지속적으로 확장되고 있으며, 산업 제어, 신에너지 장비, 자동차 전자 및 의료 장비 등이 포함되며, 다양한 구리 두께를 가진 제품들은 각기 다른 적용 분야에 적응되고 있습니다. 초두꺼운 구리 PCB는 보다 엄격한 조건에 적응하도록 설계되었습니다.
전기적 성능, 기계적 강도 및 공정 적응성에 대한 요구사항을 포괄적으로 충족시키기 위해 헤비 코퍼 PCB(Heavy Copper PCB)는 일반적으로 고온 저항성 FR-4(High Tg FR-4, Tg ≥ 150°C) 기반의 절연 기판을 선택합니다. 일부 시나리오에서는 세라믹 충진재 또는 금속 기반 복합 재료, 또는 폴리이미드(PI) 재료를 사용하여 내열성, 열전도성 및 기계적 응력 저항성을 향상시키고, 두꺼운 구리층 적층 및 고온 작동 조건에 대한 요구사항에 적응하도록 설계합니다.
전자 제품에 대한 성능 요구가 점점 엄격해지고 있는 상황에서 헤비 코퍼 PCB는 일반 구리 회로 기판과 비교할 수 없는 특성으로 인해 전기적 성능, 발열 성능, 신뢰성, 환경 적응성, 소형화 및 통합 요구사항을 충족하기 위한 주요 선택지로 자리 잡고 있습니다. 그 두드러진 장점은 다음과 같습니다.
구리 호일 두께가 증가하면 도체의 단면적이 직접적으로 늘어나, 헤비 코퍼 PCB가 일반 PCB보다 훨씬 높은 전류와 전압을 견딜 수 있게 합니다. 예를 들어, 산업용 전원 모듈 및 전기 트럭 전력 시스템과 같은 장비는 대전류(종종 5A 이상)를 전송해야 합니다. 일반 구리선(0.5~2온스)은 과열로 인해 손상되기 쉬우나, 헤비 코퍼 PCB(특히 4온스 이상)는 구리층의 두께를 증가시켜 저항을 줄여 과전류로 인한 위험을 방지할 수 있습니다. 고전압 환경(예: 전력 제어 시스템)에서는 두꺼운 구리의 물리적 구조가 전계 응력을 더 잘 견디며 절연 파괴 위험을 낮출 수 있습니다.
구리는 우수한 열전도성 물질로, 열전도율이 약 401W/(m・K)이며, 두꺼운 구리층은 효율적인 "열분산 경로"로 사용되어 열분산 효율을 현저히 향상시킬 수 있습니다. 고출력 소자가 작동 중에 발생하는 열은 두꺼운 구리 패드를 통해 신속하게 전체 PCB 기판으로 확산되어 소자의 접합 온도를 낮출 수 있으며(일반 PCB에 비해 온도 상승을 10~20℃까지 감소시킬 수 있음), 온도 순환 환경(예: -40℃~125℃)에서 두꺼운 구리의 열 가소성이 열응력을 완화시키고, 냉난방 반복으로 인한 회로 단선을 줄여 장기적인 운전 안정성을 향상시킵니다.
헤비 코퍼 PCB의 물리적 구조는 보다 강한 손상 저항성을 가지며, 특히 신뢰성 요구가 엄격한 환경에서 두드러집니다. 구리층 두께가 증가함에 따라 배선 및 비아(Via)의 기계적 강도가 향상되어 자동차 엔진룸, 철도 운송 장비와 같은 진동 및 충격이 있는 환경에서도 견딜 수 있으며, 기계적 응력으로 인한 선로 단선 현상을 줄일 수 있습니다. 또한 두꺼운 구리와 기판 사이의 접착력은 더욱 안정적이기 때문에 납땜, 리웍(재작업) 등의 공정에서 동박 박리가 발생하기 어려워 기능적 결함의 위험을 줄일 수 있습니다.
헤비 코퍼 PCB는 일반 PCB에 비해 훨씬 우수한 열악 환경 내구성을 보입니다.
고출력 장비 설계에서 헤비 코퍼 PCB는 단일 배선을 통해 큰 전류를 전달할 수 있어 일반 PCB에서 사용하는 "다중 병렬 배선" 설계를 대체함으로써 PCB 층 수를 줄일 수 있습니다(예: 8층에서 6층으로). 이는 기판 크기를 축소하고 장비 소형화를 실현하는 데 도움이 됩니다. 또한 부품 수(예: 히트싱크 및 배선 커넥터)를 줄이고 전체 시스템 비용을 최적화하는 데도 기여합니다. 헤비 코퍼 PCB 제조 비용은 높지만, 전체 수명 주기 비용은 낮습니다.
헤비 코퍼 PCB는 고전류 용량 및 신뢰성 측면에서 뚜렷한 장점을 가지고 있지만, 독특한 재료 특성과 제조 공정으로 인해 피할 수 없는 몇 가지 한계도 존재합니다. 이러한 단점들은 특정 시나리오에서의 적용 가능성을 제한하며, 주로 다음 세 가지 측면에서 드러납니다.
무거운 구리 회로기판(High Copper PCB)의 구리 호일은 두꺼워서 식각 시 미세하고 좁은 라인을 만들기 어려우므로 라인 폭과 간격이 6밀 이상이어야 합니다. 그러나 고밀도 배선에 필요한 라인 폭과 간격은 종종 4밀 이하인데, 이는 마치 "덩치 큰 사람"에게 "좁은 골목" 안에서 유연하게 움직이라고 요구하는 것처럼 불가능한 일입니다. 따라서 Heavy Copper PCB는 고밀도 배선을 요구하지 않는 전원 모듈과 같은 용도로만 사용할 수 있으며, 스마트폰 메인보드와 같이 고밀도 신호 전송이 필요한 환경에서는 적용이 어렵습니다.
Heavy Copper PCB의 제조 공정은 일반적인 PCB보다 훨씬 높은 수준의 공정 정밀도를 요구하며, 핵심적인 기술적 도전 과제는 다음 사항에 집중되어 있습니다:
재료 측면에서 헤비 코퍼 PCB에 사용되는 구리 호일의 양은 일반 PCB보다 훨씬 많습니다. 가공 측면에서는 복잡한 에칭 및 적층 공정으로 인해 제작 주기가 길어지고, 불량률이 높아 가공 비용을 더욱 증가시킵니다.
헤비 코퍼 PCB의 장점을 충분히 발휘하고 제작 공정상의 어려움을 피하며 성능을 보장하기 위해 기능성과 제작성을 균형 있게 유지하기 위한 일련의 구체적인 사양을 따라야 합니다.
1. 에칭 난이도로 인한 회로 단선을 방지하기 위해 최소 선폭은 0.3mm 이하가 되어서는 안 됩니다.
2. 미완전한 에칭으로 인한 단락을 방지하기 위해 인접 트레이스 간의 최소 간격은 0.25mm 이하가 되어서는 안 됩니다.
3. 고정 구멍 주위의 구리 호일과 구멍 가장자리 사이의 거리는 ≥0.4mm 이상이어야 하며, 구멍 가장자리로부터 1.5mm 이내에는 기계적 강도를 높이기 위해 가는 선이 없어야 합니다.
4. 트레이스와 PCB 가장자리 사이의 거리는 ≥3mm 이상이어야 하며(특수한 경우 1.5mm까지 완화될 수 있으나, 이때 트레이스 폭은 ≥1.5mm 이상이어야 함), 가장자리 응력으로 인한 구리 호일 박리 현상을 방지해야 합니다.
5. 고주파 전원 장치와 큰 커패시터 사이의 거리는 신호 간섭을 줄이기 위해 5mm여야 합니다;
6. 접지선 폭은 0.5mm 이하가 되어서는 안 되며, 접지 신뢰성과 방열 효율성을 확보해야 합니다.
7. 패드는 납땜 단락을 방지하기 위해 베어 구리 호일이나 다른 패드에 직접 연결되어서는 안 됩니다.
8. 고전력 부품에는 전용 방열 구조를 설계하고, 두꺼운 구리 공정 특성에 적합하도록 저밀도 배선 방식을 채택해야 합니다.
기능 |
능력 |
| 구리 두께 | 3 oz~12 oz（105 μm~420 μm） |
| 층 수 | 4~12 층 |
| 기재 및 유전체 | FR4、CEM3 |
| 트레이스 폭/간격 | ≥4mil（0.1mm） |
| 기계식 드릴링 | ≥1.0mm |
| 레이저 드릴링 | ≥ 0.3mm |
| 라미네이션 온도 | 180~190℃ |
| 라미네이션 압력 | 300~400 PSI(2~2.8MPa) |
| 솔더 마스크 간격 | ≥ 3mil(0.075mm) |
| 스크린 인쇄 간격 | ≥ 0.15mm |
| 표면 처리 | HASL, OSP, ENIG |
| 테스트 및 검사 |
아오이 전기 테스트 X-레이 검사 온도 사이클 테스트 기계적 강도 |
| 특별한 공정 |
구멍 메우기 블루바 방법 내장형 구리 열 관리 설계 |
| 완제품 포장 | 폼/버블 패드 |
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