MLB(Multi layer Board)는 말 그대로 여러 층을 쌓은 다음 압력을 가해 한 개의 보드로 만든, 다중 레이어 보드입니다. 각 층별 다른 물리적 특성을 갖고 있고, 그에 맞는 다양한 설계가 있습니다. PCB의 각 레이어 별 특정 물리적 특성을 아는 것이 필요한데, 그중 대표적인 특성들 몇 가지에 대해 알아보겠습니다.
1. CTE (열 팽창 계수)
CTE는 재료가 온도 변화에 따라 팽창하거나 수축하는 정도를 나타내는 값입니다. PCB 설계에서 CTE는 매우 중요한 특성 중 하나로, 재료가 온도 변화에 어떻게 반응하는지를 이해하는 데 필수적입니다. 특히, PCB는 열 사이클링(온도가 반복적으로 변하는 과정)을 많이 겪기 때문에 CTE의 중요성이 더욱 부각됩니다. 단위는 (x, y, z) ppm / ͦc로 나타내는데 x-y 평면(수평)과 z(수직)의 CTE가 다르고 Z축의 CTE가 더 큰 이유는 에폭시 수지의 영향이 크기 때문입니다.
PCB가 작동하는 도중 온도가 변할 때 각 층마다 서로 다른 비율로 팽창하거나, 수축합니다. 이런 차이는 열적 스트레스를 유발해 PCB의 기계적 강도를 약화시키고, 파손이나 delamination을 초래할 수도 있습니다.
최근 low-CTE원자재에 대한 수요가 크게 늘어나고 있는데, 말그대로 온도 변화에 대해 팽창하거나 수축하는 정도가 적은 재료이기 때문입니다. 열적 스트레스를 줄이고, PCB의 기계적 안정성과 신뢰성을 향상한다는 점에서 low-CTE의 수요는 점점 커지고 있습니다.
<비교>
| 일반 CTE | Low CTE | |
| CTE 값 | 중간 (예: 14-18 ppm/°C in X-Y, 70-150 ppm/°C in Z) | 낮음 (예: 10-15 ppm/°C in X-Y, 30-50 ppm/°C in Z) |
| 온도 변화 반응 | 더 큰 팽창 및 수축 | 더 작은 팽창 및 수축 |
| 열적 스트레스 | 높음 (다른 재료와의 차이로 인해) | 낮음 (재료 간의 열적 스트레스 최소화) |
| 응용 분야 | 일반적인 전자 제품 | 고온, 고주파, 극한 환경 |
| 재료 예시 | 표준 FR-4, 일반 에폭시 | BT 레진, 산화 알루미늄,고유리 섬유 함량의 FR-4, |
2. Modulus(탄성 계수)
탄성 계수는 재료가 변형될 때 저항하는 능력을 나타내는 값입니다. 주로 영률(Young's modulus)로 표현되며, 단위 면적당 응력에 대한 변형률의 비율을 나타냅니다. PCB에서는 다음과 같은 두 가지 탄성 계수를 주로 사용합니다:
- Young's Modulus: 재료가 압축 또는 인장 응력에 저항하는 정도를 나타냅니다.
- Shear Modulus (전단 계수): 전단 응력에 대한 저항성을 나타냅니다.
단위는 GPa이며, signal layer에서는 약 110GPa, Prepreg layer에선 3-4 GPa, Core layer(FR-4)에선 약 20-25 GPa 정도가 적당합니다.
3. Poisson's Ratio (포아송 비)
포아송 비는 재료가 한 방향으로 늘어날 때, 수직 방향으로 줄어드는 정도를 나타내는 비율입니다. 즉, 재료가 가로 방향으로 인장될 때 세로 방향으로 얼마나 줄어드는지를 보여줍니다. 포아송 비는 일반적으로 0과 0.5 사이의 값을 가지는데, signal layer가 아닌 layer에서는 0.15-0.17 정도 유지되는 것이 좋다고 볼 수 있습니다.
4. dk (유전율, Dielectric Constant)
유전율은 재료가 전기장을 얼마나 잘 저장할 수 있는지를 나타내는 값입니다. PCB의 절연 재료에서 중요한 특성 중 하나인데, 높은 유전율을 가지는 재료는 더 높은 저장 용량을 가집니다. 유전율은 신호 속도와 PCB의 신호 무결성에 영향을 미치기 때문에 매우 중요합니다..
5. df (유전 손실, Dissipation Factor)
손실 탄젠트는 재료가 전기 에너지를 얼마나 손실시키는지를 나타내는 값입니다. 이는 유전 손실(dielectric loss)이라고도 하며, 재료의 효율성을 나타내는 지표라고 볼 수 있습니다. 낮은 df값은 높은 주파수에서 신호 손실이 적다는 것을 의미합니다.
signal layer 중 copper 부분은 유도체라 dk, df값이 적용되지 않습니다.