고 TG PCB

고 Tg PCB란 무엇인가요?

인쇄 회로 기판(PCB) 분야에서 유리 전이 온도(Tg)는 기판 소재의 내열성을 측정하는 주요 지표입니다. 이는 물질이 단단하고 유리질 상태에서 더 부드럽고 유연한 고무 상태로 변하는 임계 온도를 표시합니다. 간단히 말해, 주변 온도가 Tg보다 낮을 경우 물질은 강성을 유지하지만, 온도가 Tg를 초과하면 물질이 부드러워지기 시작하며 기계적 강도와 치수 안정성이 크게 저하됩니다.

고Tg PCB는 높은 유리 전이 온도(Tg)를 가진 소재로 제작된 인쇄회로기판입니다. 이러한 소재는 일반적인 PCB 소재(표준 FR-4와 같이 보통 Tg가 약 130~140°C인 경우)가 견딜 수 없는 고온 작업 환경에 대응하도록 설계되었습니다. 극심한 열 하중 조건에서도 고Tg PCB는 구조적 완전성, 치수 정확도, 그리고 안정적인 전기적 성능을 유지하여 전자기기가 고온에서도 신뢰성 있게 작동할 수 있도록 보장합니다.

고Tg PCB의 핵심 성능 장점

고Tg 소재가 고온 환경의 도전에 대응할 수 있는 이유는 다음과 같은 우수한 특성을 갖추고 있기 때문입니다:

1. 뛰어난 열 안정성:

• 고온에서도 "강철 같은 뼈대": 고온에서 고Tg PCB는 일반 소재보다 훨씬 높은 온도에서도 우수한 기계적 강도와 경도를 유지할 수 있습니다. 이는 회로 기판이 휘어지거나 변형되거나 층간 박리되는 일이 적으며, 부품이 떨어져 나가거나 납땜 부위가 파손되는 것을 효과적으로 방지한다는 의미입니다.
  
• 성능이 "저하되지 않음": 고온 환경에서도 전기적 특성이 안정적으로 유지되며, 온도 상승으로 인해 급격히 열화되지 않습니다.

2. 낮은 열팽창 계수(CTE):

• "동기화된 호흡"으로 응력을 줄임: 모든 물질은 가열되면 팽창하고 냉각되면 수축합니다. PCB 위의 구리선과 납땜된 부품 역시 각각의 팽창 계수를 가지고 있습니다. PCB 기판의 팽창 계수가 구리와 부품의 팽창 계수와 너무 차이가 나면, 장비의 가동 및 정지, 납땜 공정 중 온도 변화가 급격할 때 큰 열응력이 발생하게 됩니다.
  
• 높은 Tg 솔루션: 높은 Tg 소재는 일반적으로 구리 및 부품과 더 잘 맞는 낮은 CTE를 가지고 있습니다. 이는 온도 변화 시 PCB 기판과 구리선/부품이 "동기화된 호흡"을 하는 것과 같아, 열팽창 및 수축의 불일치로 인한 납땜 균열 피로, 구리박 파단 또는 스루홀 손상 위험을 크게 줄여주고, 제품의 장기적인 신뢰성을 현저히 향상시킵니다.

3. 우수한 치수 안정성:

• 낮은 CTE와 자체적인 높은 강성이 결합되어 고Tg PCB의 휨과 수축이 제조 공정 및 고온 압착 및 납땜이 반복되는 사용 환경에서 일반 PCB에 비해 훨씬 낮습니다. 이는 다층 및 복잡한 구조를 가진 다층 기판의 정밀도 유지에 매우 중요하며, 이는 조립 수율과 최종 제품의 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

4. 우수한 고주파 전기적 성능:

• 높은 Tg의 소재(개량된 에폭시 수지, PPE, PTFE 등)는 유전율과 손실각이 낮은 경향이 있습니다.
  
• 신호 전송을 위한 "고속도로": 낮은 Dk는 신호 전송 속도가 빠르고, 낮은 Df는 신호 전송 중 에너지 손실이 적습니다. 이 두 가지 특성의 조합을 통해 고 Tg PCB는 고주파 및 고속 응용 분야에서 신호 무결성과 품질을 보다 확실히 보장하며, 신호 왜곡 및 감쇠를 줄일 수 있어 5G, 고속 네트워크 및 무선 주파수와 같은 첨단 분야에 특히 적합합니다.

5. 향상된 내습성 및 내화학성:

• 고 Tg 소재는 일반적으로 수분 흡수율이 낮아 습한 환경에서도 수분 흡수량이 적습니다.
  
• 문제가 발생하기 전에 예방: 이는 습기 흡수 및 팽창으로 인한 박리 위험을 줄일 뿐만 아니라, 습한 환경에서 전기 절연 성능 저하 및 이온 이동 가능성을 감소시키고, 혹독한 환경에서도 제품의 내구성을 향상시킵니다.

고 Tg PCB가 제공하는 핵심 가치

위의 성능상 이점은 실용적인 응용 분야에서 직접적으로 의미 있는 가치로 전환됩니다.

1. 신뢰성 혁신:

고온 조건(예: 자동차 엔진 룸, 고출력 전원 장치 내부, 산업 설비의 핵심 영역)에서 안정적으로 작동하여 열로 인한 고장을 크게 줄이고 장비 수명과 전체 시스템 신뢰성을 현저히 향상시킵니다.

2. 신호 품질 개선:

우수한 고주파 전기적 성능은 고속 디지털 회로 및 RF 응용 분야의 핵심으로, 중요한 신호의 명확하고 정확한 전송을 보장합니다.

3. 적용 범위 확대:

기존 PCB의 온도 한계를 돌파하여 전자기기가 보다 엄격한 고온 환경에서도 신뢰성 있게 작동할 수 있도록 하여 새로운 응용 분야를 개척합니다.

4. 제조 수율 및 정밀도 보장:

우수한 치수 안정성은 고밀도 배선 기판(HDI) 및 복잡한 다층 기판 제조를 위한 필수 조건으로, 생산 효율과 제품 일관성을 향상시킵니다.

5. 장기 내구성:

내열성, 내습성 및 내화학성 특성을 결합하여 전자기기의 장기적인 보호를 제공하고 유지보수 비용을 절감합니다.

PCB 소재의 Tg 온도 등급 분류 가이드

내열성에 따라 PCB 베이스 기판은 일반적으로 Tg 값에 따라 서로 다른 등급으로 구분되어 다양한 요구 사항을 충족시킵니다:

1. 일반 Tg: Tg ≥ 135°C

• 대표적 소재: 표준 FR-4 에폭시 수지.
  
• 적용 시나리오: 대부분의 소비자 전자기기, 사무용 장비 및 기타 일반적인 온도 환경.

2. 중간 Tg: Tg ≥ 150°C

• 성능 특성: 표준 FR-4보다 우수한 내열성.
  
• 적용 시나리오: 열 성능에 대한 요구 사항이 약간 높은 응용 분야, 예를 들어 일부 산업용 제어 장비, 중급 통신 장비 등.

3. 고 Tg:

• Tg 170°C: 연속적인 중온 및 고온 환경에 적합하며, 자동차 전자기기 및 산업용 컨트롤러 등에 사용됨.
  
• Tg 180°C: 우수한 열 안정성을 가지며, 통신 기지국 장비, 서버 및 고신뢰성 소비자 전자기기에서 일반적으로 사용됨.
  
• Tg 200°C: 높은 내열성을 가지며, 보통 우수한 열전도성을 제공하며, 항공 우주 전자기기, 고급 산업 장비 및 고출력 LED 조명 기판에 적합함.
  
• Tg 260°C+: 극한의 고온 환경 및 고전력 밀도 전자 장비를 위해 설계됨.
  
• Tg 300°C+: 현재 상용 재료 중 가장 높은 내열 수준으로, 항공우주, 군사 또는 특수 산업용 고온 환경에서 가장 까다로운 요구 조건에 사용됨.

고 Tg PCB의 주요 핵심 재료 분석

고 Tg 성능 구현은 특정 수지 시스템에 의존한다. 다음은 주요한 주류 재료 종류와 그 특성들이다:

1. 폴리이미드(PI):

• Tg 값: ≥ 250°C (매우 높음)
  
• 특성: 뛰어난 내열성, 우수한 내화학부식성, 양호한 기계적 특성, 고온에서 휘발성 물질 방출이 적으며, 유연성 선택 가능.
  
• 주요 응용 분야: 항공우주, 군사 전자기기, 고온 산업용 센서/컨트롤러, 유연 회로 기판.

2. BT 에폭시 수지:

• Tg 값: 180°C – 220°C
  
• 특성: 우수한 내열성, 상대적으로 낮은 유전율 및 유전 손실, 낮은 수분 흡수율, 양호한 가공성. FR-4 성능 업그레이드 경로에서 성능과 비용의 균형이 잘 맞음.
  
• 일반적인 적용 분야: 통신 장비, 서버 메인보드, 고속 디지털 회로 기판, 고급 소비자 전자 제품.

3. 폴리페닐렌 에터(PPO):

• 유리 전이 온도(Tg): 175°C – 220°C
  
• 특징: 매우 낮은 수분 흡수율, 매우 낮은 유전율 및 손실율, 우수한 치수 안정성, 우수한 내수분해성.
  
• 일반적인 적용 분야: 고주파 RF 회로 기판(예: 5G 안테나, 레이더), 항공 우주 전자 장비, 고속 통신 백플레인.

4. 액정 중합체(LCP):

• 유리 전이 온도(Tg): ≥ 280°C (매우 높음)
  
• 특징: 거의 영에 가까운 수분 흡수율, 초저온정 유전율 및 손실율, 우수한 내화학성, 고온에서도 안정적인 기계적 특성, 초박형 유연 기판 제작 가능.
  
• 일반적인 적용 분야: 고주파/고속 커넥터, 5G/6G, 자동차 레이더, 혹독한 환경 센서.

5. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) - 일반적으로 "테프론"으로 불림:

• Tg 값: ≥ 250°C
  
• 특성: 초저유전율 및 유전손실, 뛰어난 내화학성, 우수한 고주파 특성. 그러나 순수 PTFE는 가공성이 열악하고, 비용이 높으며, 상대적으로 CTE(열팽창계수)가 크고 이방성이 커서 드릴 가공이 어렵다.
  
• 주요 응용 분야: 고급 마이크로파 회로, 레이더 시스템, 위성 통신, 고주파 테스트 장비.

6. 세라믹 충진 PTFE:

• Tg 값: ≥ 250°C
  
• 특성: 순수 PTFE에 세라믹 충진재를 첨가함. 안정성이 크게 향상되고, 열전도율이 증가하며, 기계적 강도 및 경도가 향상되고 가공이 용이해진다. 전기적 특성은 순수 PTFE보다 약간 떨어지지만 여전히 우수하다.
  
• 주요 응용 분야: 고주파 RF/마이크로파 파워 앰프, 기지국 안테나, 발열이 많은 고온 및 고주파 장비.

7. 탄화수소계 세라믹 수지:

• Tg 값: ≥ 200°C
  
• 특징: 탄화수소계 수지와 세라믹 충전재로 복합 제조됨. 저유전율, 저손실, 우수한 열안정성, 치수안정성 및 가공성이 뛰어나며, 비용이 PTFE 기반 소재보다 일반적으로 저렴함.
  
• 주요 응용 분야: 고속 디지털 회로 기판, 고주파 RF 회로 기판, 마이크로웨이브 장비, 자동차 레이더.

왜 LHD를 고 Tg PCB 사업의 전략적 파트너로 선택해야 하는가?

고 Tg PCB 제조는 일반적인 FR-4 생산의 단순한 연장선이 아닙니다. 원자재 선정, 적층 공정 조절, 드릴링 정밀도부터 최종 표면 처리 및 전기 테스트에 이르기까지 모든 단계에서 온도 관리 및 공정 정확도에 대한 높은 요구사항이 존재합니다. 미세한 오차가 층간 박리, 기판 파열 또는 성능 미달로 이어질 수 있습니다. LHD는 이를 잘 인지하고 있습니다. 특수 PCB 분야에서 16년간 축적된 노하우를 바탕으로, 우리는 귀사의 고온 응용 분야 뒤에서 든든하고 신뢰할 수 있는 "열 관리 파트너"가 되고자 합니다.

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