본질적으로 후막 회로는 특수 전도성, 저항성 및 절연성 "페이스트"를 단단하고 내열성 있는 기판(일반적으로 세라믹으로 만들어짐)에 스크린 인쇄하여 전자 제품을 제조하는 방법입니다. 인쇄 후, 이 층들은 고온 용광로에서 소성되어 재료가 기판에 융합되어 내구성이 뛰어나고 통합된 회로를 만듭니다. 이 과정은 저항기 및 커패시터와 같은 수동 부품을 기판 자체에 직접 형성합니다.
핵심 개념은 후막 기술이 하이브리드 제조 공정이라는 것입니다. 이는 표준 인쇄 회로 기판(PCB)과 단일 집적 회로(IC) 사이의 간극을 메워주며, 기존 전자 제품이 실패할 수 있는 곳에서 극한의 내구성과 전력 처리 능력을 제공합니다.
후막 회로 제조 방법
제조 공정은 체계적이며 후막에 고유한 특성을 부여합니다. 티셔츠에 디자인을 스크린 인쇄하는 것과 유사하지만, 기능성 전자 재료를 850°C 이상에서 소성합니다.
기판: 견고한 기반
회로의 기본은 거의 항상 세라믹 기판이며, 가장 일반적으로 알루미나(산화알루미늄)입니다.
표준 PCB의 유리섬유 재료(FR-4)와 달리 세라믹은 우수한 열전도성을 제공하며 극한 온도에서 매우 안정적입니다.
"잉크": 기능성 페이스트
"잉크"는 실제로는 유리 프릿과 유기 용매에 미세한 특정 재료 입자가 현탁된 점성 페이스트입니다.
주요 유형은 세 가지입니다:
- 전도성 페이스트: 회로 트레이스와 연결 패드를 만들기 위해 은, 금 또는 팔라듐과 같은 금속을 포함합니다.
- 저항성 페이스트: 통합 저항기를 만들기 위해 루테늄 산화물과 같은 재료를 포함합니다. 특정 구성이 저항을 결정합니다.
- 유전체 페이스트: 본질적으로 유리 기반 절연체로, 전도성 층을 분리하거나 통합 커패시터의 유전체를 만드는 데 사용됩니다.
공정: 인쇄, 건조 및 소성
회로는 층별로 제작됩니다. 패턴이 있는 스크린을 사용하여 페이스트를 기판에 인쇄한 다음 오븐에서 건조하여 용매를 제거합니다.
모든 층이 인쇄되고 건조된 후, 전체 기판은 고온 가마를 통과합니다. 이 소성 공정은 유기 바인더를 태워 없애고 유리 프릿을 융합하여 전자 재료를 세라믹에 영구적으로 접착시킵니다.
고정밀 응용 분야의 경우, 보드에 인쇄된 저항기는 레이저 트리밍이라는 공정에서 고에너지 빔을 사용하여 미세 조정되는 경우가 많습니다.
표준 PCB 대신 후막 회로를 선택하는 이유
PCB는 어디에나 있지만, 후막 기술은 작동 조건이 표준 유기 재료에 비해 너무 까다로운 응용 분야에서 탁월합니다.
비교할 수 없는 내구성과 열 성능
세라믹 기판과 소성 부품은 본질적으로 견고합니다. PCB보다 극한 온도, 열충격, 고진동 및 가혹한 화학 물질 노출에 훨씬 더 잘 견딜 수 있습니다.
세라믹의 열 방출 능력은 열 관리가 중요한 고출력 전자 제품에 후막을 이상적으로 만듭니다.
우수한 전력 및 전압 처리
후막 회로는 더 넓고 두꺼운 전도성 트레이스로 설계될 수 있어 유사한 크기의 PCB보다 훨씬 더 높은 전류와 전압을 처리할 수 있습니다. 이는 전력 전자 제품에 있어 최적의 선택입니다.
혹독한 환경에서의 높은 신뢰성
부품이 기판에 융합되어 있기 때문에 고장날 납땜 접합부가 적습니다. 이 단일 구조는 탁월한 장기 안정성과 신뢰성을 제공합니다.
이것이 후막이 자동차 센서, 항공 우주 제어 장치 및 실패가 용납되지 않는 의료용 이식 장치에서 지배적인 이유입니다.
절충점 이해
완벽한 기술은 없습니다. 후막의 내구성 강점은 다른 영역에서 타협을 수반합니다.
정밀도 및 공차
소성된 후막 부품은 개별 부품보다 더 넓은 공차(종종 ±10-20%)를 가집니다. 높은 정밀도를 달성하려면 레이저 트리밍이라는 추가 단계가 필요하며, 이는 비용을 증가시킵니다.
가장 엄격한 공차와 가장 미세한 특징을 요구하는 응용 분야의 경우, 더 정밀하지만 비용이 많이 드는 증착 공정인 박막 기술이 더 우수한 선택입니다.
크기 및 부품 밀도
후막은 수동 부품을 통합하지만, 현대 실리콘 집적 회로(IC)의 놀라운 밀도를 달성할 수는 없습니다. 이는 적당한 수의 수동 부품과 몇 개의 능동(표면 실장) 장치가 있는 회로에 가장 적합합니다.
설계 및 프로토타이핑
후막 회로를 만들려면 전문적인 설계 지식과 제조 장비가 필요합니다. 툴링 및 설정 비용은 일반적으로 일회성 프로토타입보다는 중대량 생산에 더 경제적임을 의미합니다.
후막 회로를 지정해야 할 때
올바른 기술을 선택하는 것은 전적으로 응용 분야의 요구 사항에 따라 달라집니다.
- 고출력 응용 분야에 중점을 둔다면: 후막은 열 및 전류 처리 능력으로 인해 모터 컨트롤러, 전원 공급 장치 및 고출력 LED 모듈에 이상적인 선택입니다.
- 혹독한 환경에서 극한의 신뢰성에 중점을 둔다면: 실패율이 거의 0이어야 하는 자동차 센서, 시추 장비, 항공 우주 시스템 또는 의료 기기에 후막을 지정하십시오.
- 소형 범용 전자 제품에 중점을 둔다면: 표준 PCB는 소비자 전자 제품, 컴퓨터 및 저전력 장치에 거의 항상 더 비용 효율적이고 빠른 솔루션입니다.
- 고주파 성능 및 궁극적인 정밀도에 중점을 둔다면: 박막 회로는 RF, 마이크로파 및 고정밀 계측에 더 나은 성능과 더 엄격한 공차를 제공합니다.
궁극적으로 후막을 선택하는 것은 다른 모든 고려 사항보다 견고성과 신뢰성을 우선시하는 전략적 결정입니다.
요약표:
| 특징 | 후막 회로 | 표준 PCB |
|---|---|---|
| 기본 재료 | 세라믹 (예: 알루미나) | 유리섬유 (FR-4) |
| 주요 강점 | 극한의 내구성 및 열 성능 | 범용 사용을 위한 비용 효율성 |
| 이상적인 용도 | 혹독한 환경, 고출력, 높은 신뢰성 | 소비자 전자 제품, 저전력 장치 |
| 부품 통합 | 통합 수동 부품 (저항기, 커패시터) | 주로 개별 표면 실장 부품 |
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