FR-4 Tg 등급 의미

PCB 소재 사양서를 보면 Tg 130℃, Tg 150℃, High Tg 170℃처럼 표시된 값을 볼 수 있습니다. 여기서 Tg는 PCB가 녹는 온도가 아니라, 기판을 구성하는 수지의 성질이 크게 변하기 시작하는 유리전이온도(Glass Transition Temperature)를 의미합니다.

특히 다층 PCB나 고온 환경에서 사용하는 제품에서는 Tg가 열적 신뢰성을 판단하는 중요한 지표 중 하나입니다.

FR-4와 Tg란?

FR-4는 유리섬유에 에폭시계 수지를 결합한 PCB용 절연 적층재로 널리 사용됩니다.

여기서 Tg(Glass Transition Temperature)는 수지가 단단한 유리상 상태에서 보다 유연한 고무상 상태로 변화하기 시작하는 온도 범위를 나타냅니다.

즉 Tg를 넘는다고 PCB가 바로 녹는 것은 아닙니다.

하지만 Tg 이상에서는 수지의 기계적 특성이 크게 달라지고 열팽창도 증가할 수 있어 PCB의 치수 안정성과 신뢰성에 영향을 줄 수 있습니다.

Tg가 높으면 무엇이 달라질까?

일반적으로 Tg가 높은 소재는 높은 온도 환경에서 형태와 기계적 특성을 유지하는 데 유리합니다.

IPC 자료에서는 FR-4 계열을 Tg 범위에 따라 구분한 사례가 있으며, 일부 IPC-4101 규격 시트에서는 110~150℃ 범위와 150~200℃ 범위의 FR-4 소재를 별도로 구분합니다.

대표적인 개념은 다음처럼 이해할 수 있습니다.

Tg 범위	일반적인 이해
약 130℃ 수준	일반적인 FR-4 PCB
약 150℃ 이상	중간 이상의 내열성이 필요한 PCB
약 170℃ 이상	고온 공정·고신뢰성 제품에서 많이 검토
180~200℃ 이상	고성능 PCB 소재 영역

다만 제조사마다 제품 특성이 다르기 때문에 Tg 숫자만으로 PCB 품질을 단정해서는 안 됩니다.

Tg가 높으면 리플로 공정에 유리할까?

일반적으로는 그렇습니다.

PCB 조립 과정에서는 솔더링 과정에서 기판이 높은 온도에 노출됩니다. 특히 무연 솔더 공정은 비교적 높은 리플로 온도를 사용하기 때문에 소재의 열적 안정성이 중요합니다.

높은 Tg 소재는 Tg를 초과했을 때 발생하는 Z축 방향 열팽창을 줄이는 데 유리한 경우가 많아, 반복적인 열 사이클에서 비아와 도금 구조의 신뢰성을 확보하는 데 도움이 될 수 있습니다.

하지만 Tg 하나만으로 리플로 내열성을 판단해서는 안 됩니다.

Tg와 Td는 무엇이 다를까?

PCB 소재표에서 Tg와 함께 Td라는 값을 볼 수 있습니다.

두 값은 의미가 전혀 다릅니다.

Tg = 유리전이온도
Td = 열분해온도(Decomposition Temperature)

예를 들어 Isola의 FR408HR 소재는 Tg가 약 190℃, Td는 약 360℃로 표시됩니다.

즉 Tg는 수지의 상태 변화와 관련된 값이고, Td는 소재 자체가 열에 의해 화학적으로 분해되기 시작하는 온도와 관련된 값입니다.

따라서

Tg 170℃ = 170℃에서 PCB가 타거나 녹는다

라고 이해하면 안 됩니다.

측정방법에 따라 Tg 값이 달라질 수 있다

Tg를 볼 때 중요한 점이 하나 더 있습니다.

같은 소재라도 DSC, TMA, DMA 등 측정방법에 따라 Tg 값이 다르게 표시될 수 있습니다.

실제로 FR408HR의 경우 제조사 자료에서 DSC 기준 Tg는 약 190℃로 제시되지만, 다른 측정방식에서는 더 높은 값이 나타날 수 있습니다.

따라서 서로 다른 PCB 소재를 비교할 때는 단순히 Tg 숫자만 비교하지 말고 어떤 시험방법으로 측정한 값인지도 함께 보는 것이 정확합니다.

PCB 소재를 선택할 때 Tg만 보면 될까?

그렇지 않습니다.

PCB 소재의 열적 특성을 평가할 때는 일반적으로 다음 항목도 함께 확인합니다.

• Tg : 유리전이온도
• Td : 열분해온도
• CTE : 열팽창계수
• T260·T288 : 고온에서 층간 박리가 발생하기까지의 시간
• 수분흡수율
• Dk : 유전율
• Df : 유전손실

IPC-4101은 리지드 및 다층 PCB에 사용되는 라미네이트와 프리프레그의 기본 소재 요구사항을 다루는 대표적인 규격입니다.

사양서에서는 어떻게 볼까?

PCB 소재표에 다음과 같이 적혀 있다고 가정해보겠습니다.

FR-4 / Tg 170℃ / Td 330℃

이는 해당 소재의 유리전이온도가 약 170℃이고, 열분해 관련 온도 지표가 약 330℃라는 의미입니다.

여기서 중요한 것은 170℃까지 계속 사용해도 된다는 의미가 아니라는 점입니다.

실제 사용 가능한 온도는 PCB 구조, 부품, 솔더, 전류, 냉각조건, 제조사가 정한 사용범위 등을 함께 고려해야 합니다.

정리

FR-4의 Tg는 PCB가 녹는 온도가 아니라 수지의 물성이 크게 변하기 시작하는 유리전이온도입니다.

일반적으로 높은 Tg 소재는 고온 환경과 반복적인 열 사이클에서 안정성을 확보하는 데 유리할 수 있습니다.

하지만 PCB 소재를 판단할 때는

Tg → Td → CTE → T260·T288 → 전기적 특성

까지 함께 확인하는 것이 더 정확합니다.

특히 다른 제품의 Tg를 비교할 때는 측정방법이 동일한지 확인하는 것도 중요합니다.

공식 참고 규격: IPC-4101, Specification for Base Materials for Rigid and Multilayer Printed Boards