플렉시블 PCB는 플렉시블 인쇄 회로 기판, 플렉스 회로 또는 플렉시블 배선 기판이라고도 합니다. 이름에서 알 수 있듯이 구부러지는 일종의 회로 기판입니다. 접고, 구르고, 늘리고, 3차원으로 움직일 수 있습니다. 연성 인쇄 회로 기판은 폴리이미드나 폴리에스테르와 같은 얇은 필름 위에 만들어집니다. 높은 신뢰성과 매우 우수한 유연성을 제공합니다.

연성 인쇄 회로(FPC)의 기원은 1950년대로 거슬러 올라갑니다., 미국의 연구원들이 기존 배선 하니스의 대안으로 플렉시블 기판에 평면 도체를 인쇄하고 에칭하는 기술을 개발했을 때였습니다.. 제조업체는 폴리에스테르 또는 폴리이미드 필름을 기본으로 사용합니다. 이러한 필름은 기판을 튼튼하고 구부릴 수 있게 합니다. 얇은 플라스틱 시트에 회로를 내장하면 좁은 공간에 많은 작은 부품을 쌓을 수 있습니다. 그 결과 구부리거나 접거나 컴팩트한 모양으로 맞출 수 있는 회로가 탄생합니다. 유연한 회로는 가볍고, 공간을 적게 차지하며, 냉각이 잘 되고, 장착이 쉽습니다. 기존 연결 방법의 한계를 해결한 것입니다.

연성 회로에는 세 가지 주요 재료 그룹이 있습니다. 첫 번째는 절연 필름입니다. 두 번째는 도체입니다. 세 번째는 접착제입니다. 이러한 부품은 함께 작동하여 더 작고 이동성이 뛰어난 전자 기기에 대한 요구를 충족합니다. 연성 회로를 사용하면 장치를 더 조밀하고, 더 작고, 더 안정적으로 만들 수 있습니다.

플렉시블 PCB에 사용되는 재료

1. 절연 필름

절연 필름은 회로의 기본 베이스 레이어를 형성합니다. 접착제는 동박을 절연 필름에 접착하는 데 사용됩니다. 다층 플렉스 설계에서 필름은 내부 레이어를 접착하는 데에도 사용됩니다.

절연 필름은 먼지와 습기로부터 회로를 보호합니다. 또한 보드가 구부러질 때 응력을 줄여줍니다. 도체 층은 구리 호일로 만들어집니다.

일부 플렉스 회로는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸로 만든 단단한 부품을 사용합니다. 이러한 단단한 부품은 치수 안정성을 제공합니다. 부품과 전선을 물리적으로 지지해 줍니다. 또한 스트레스를 줄여줍니다. 접착제는 단단한 부품을 연성 회로에 접착합니다.

또 다른 일반적인 재료는 단열 필름의 양면을 코팅하는 접착층입니다. 이 본딩층은 절연성을 제공하고 레이어를 결합하는 데 도움을 줍니다. 일부 필름 층의 필요성을 없애고 제조업체는 더 적은 부품으로 많은 층을 접착할 수 있습니다.

단열 필름에는 여러 종류가 있습니다. 가장 많이 사용되는 것은 폴리이미드와 폴리에스테르입니다. 미국 연성 회로 제조업체의 약 80%가 폴리이미드 필름을 사용합니다. 약 20%는 폴리에스테르 필름을 사용합니다.

폴리이미드 는 쉽게 타지 않습니다. 모양이 잘 유지되고 찢어지지 않으며 납땜 열을 견딜 수 있습니다. 폴리에스터는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)라고도 불리며 폴리이미드에 가까운 물리적 특성을 가지고 있습니다. 유전율이 낮고 수분을 덜 흡수합니다. 하지만 높은 열에도 잘 견디지 못합니다. 폴리에스터는 약 250°C에서 녹고 유리 전이 온도(Tg)는 약 80°C입니다. 따라서 보드 가장자리에 납땜을 많이 해야 하는 제품에는 사용이 제한됩니다. 저온 사용 시 폴리에스터는 뻣뻣하게 작용할 수 있습니다. 하지만 폴리에스터는 열악한 환경에 노출되지 않는 휴대폰 및 기타 제품에 적합합니다.

폴리이미드 필름은 종종 폴리이미드 또는 아크릴 접착제와 짝을 이룹니다. 폴리에스테르 필름은 보통 폴리에스테르 접착제와 짝을 이룹니다.

2. 지휘자

동박은 연성 회로에 적합합니다. 동박은 전기 증착(ED) 또는 압연 및 어닐링(RA)으로 만들 수 있습니다. ED 구리의 한 면은 광택이 있습니다. 다른 쪽은 무광택 공정 표면을 가지고 있습니다. ED 구리는 구부릴 수 있으며 다양한 두께와 너비로 제공될 수 있습니다. ED 구리의 무광택면은 접착력을 높이기 위해 특수 처리를 하는 경우가 많습니다.

RA 구리는 유연하고 부드럽습니다. 더 강할 수 있습니다. RA 구리는 반복적인 구부림이나 동적 굴곡이 필요한 디자인에 유용합니다.

3. 접착제

접착제는 절연 필름을 도체에 접착하는 것 이상의 역할을 합니다. 커버 레이어, 보호 코팅 또는 오버레이 레이어 역할을 할 수 있습니다. 가장 큰 차이점은 레이어가 적용되는 방식입니다. 커버 레이어는 절연 필름에 접착되어 적층 구조를 형성합니다.

스크린 인쇄는 접착제 적용 및 코팅에 사용됩니다. 모든 적층 구조가 접착제를 사용하는 것은 아닙니다. 접착제가 없는 라미네이트는 더 얇고 유연한 회로를 만듭니다. 또한 접착제 기반 라미네이트보다 열 전달이 더 우수합니다. 열을 차단하는 접착층이 없기 때문에 열이 회로를 통해 더 잘 이동합니다. 따라서 접착제 기반 플렉스가 실패할 수 있는 조건에서도 무접착 플렉스가 작동할 수 있습니다.

FPC 납땜 단계(FPC 납땜 프로세스)

다음은 연성 회로에서 PQFP 칩과 일반적인 SMD 부품을 손으로 납땜하는 실용적인 단계입니다. 이 단계를 명확한 가이드로 활용하세요. 안전 및 ESD 규칙도 준수하세요.

1. 납땜하기 전에 패드에 플럭스를 바릅니다. 다리미를 사용하여 패드를 처리합니다. 이렇게 하면 주석 도금이나 패드 산화를 방지할 수 있습니다. 칩은 일반적으로 사전 작업이 필요하지 않습니다.

2. 핀셋을 사용하여 PQFP 칩을 PCB에 조심스럽게 놓습니다. 이렇게 하면 리드가 구부러지거나 부러지지 않습니다. 칩을 패드에 정렬합니다. 칩이 올바른 방향을 가리키는지 확인합니다. 다리미를 300°C 이상으로 가열합니다. 다리미 끝에 납땜을 살짝 묻힙니다. 정렬된 칩을 도구로 아래로 누릅니다. 두 개의 대각선 핀에 소량의 납땜을 추가합니다. 칩을 잡고 두 개의 대각선 핀을 납땜합니다. 이렇게 하면 칩이 제자리에 고정됩니다. 두 핀을 납땜한 후 정렬을 확인합니다. 필요한 경우 칩을 이동하거나 제거했다가 다시 배치합니다.

3. 모든 핀을 납땜하기 시작하면 다리미 팁에 납땜을 추가합니다. 모든 핀에 플럭스를 발라 젖은 상태를 유지합니다. 납땜이 핀에 흘러들어갈 때까지 인두 팁을 각 핀의 끝부분에 대고 납땜합니다. 납땜하는 동안 인두 팁을 핀과 평행하게 유지합니다. 이렇게 하면 납땜이 너무 많아 핀이 브리징되는 것을 방지할 수 있습니다.

4. 모든 핀을 납땜한 후 플럭스를 사용하여 모든 핀을 적시고 납땜을 청소합니다. 여분의 땜납을 제거하여 단락과 브리지를 제거합니다. 마지막으로 핀셋을 사용하여 납땜 접합부가 불량한지 검사합니다. 완료되면 보드를 청소합니다. 알코올과 뻣뻣한 솔을 사용하여 납땜 잔여물이 사라질 때까지 핀 방향을 따라 닦아냅니다.

5. SMD 저항기와 커패시터는 더 쉽습니다. 부품을 패드 위에 놓습니다. 그런 다음 한쪽 끝을 패드 위에 놓고 핀셋으로 잡습니다. 한쪽 끝을 먼저 납땜합니다. 배치를 확인합니다. 정렬되면 다른 쪽 끝을 납땜합니다.

리지드 PCB와 연성 회로의 주요 차이점

리지드 PCB는 일반적으로 사람들이 회로 기판이라고 생각하는 것입니다. 비전도성 보드에 도체와 기타 부품을 사용합니다. 비전도성 보드에는 종종 유리가 포함되어 있습니다. 유리는 보드를 강하고 단단하게 만듭니다. 리지드 PCB는 부품을 잘 지지하고 내열성이 우수합니다.

플렉시블 PCB는 비전도성 베이스에 전도성 트레이스도 있습니다. 하지만 베이스는 폴리이미드처럼 유연합니다. 유연한 베이스는 회로를 구부리고, 진동을 처리하고, 잘 식히고, 다양한 모양으로 접을 수 있게 해줍니다. 이러한 형태 덕분에 플렉스 회로는 이제 컴팩트하고 새로운 전자 설계에서 흔히 사용됩니다.

기본 소재와 강성 외에도 다른 큰 차이점은 다음과 같습니다:

• 도체 선택: Flex는 종종 딱딱한 ED 구리 대신 부드러운 RA 구리를 사용합니다. 이는 회로가 갈라지지 않고 구부러져야 하는 경우에 유용합니다.

• 제조: 플렉스 제조업체는 리지드 PCB처럼 솔더마스크를 사용하지 않습니다. 이들은 커버레이 또는 커버코트를 사용하여 흔적을 보호합니다.

• 비용: 플렉스 회로는 일반적으로 리지드 보드보다 비용이 많이 듭니다. 하지만 플렉스 보드를 사용하면 엔지니어가 제품을 축소할 수 있습니다. 제품이 작아지면 제작 또는 배송 비용이 절감되므로 총 제품 비용이 낮아질 수 있습니다.

리지드 PCB와 플렉시블 PCB 중에서 선택하는 방법

두 가지 유형 모두 많은 제품에서 사용할 수 있습니다. 어떤 용도는 한 가지 유형이 더 유리할 수 있습니다. 예를 들어, 리지드 PCB는 TV나 데스크톱 PC와 같은 대형 제품에 적합합니다. 휴대폰이나 웨어러블과 같은 소형 제품에는 플렉스 회로가 필요한 경우가 많습니다.

선택할 때는 다음 사항을 고려하세요:

• 제품에 필요한 기능.

• 업계에서 일반적으로 유사한 제품에 사용하는 방식입니다.

• 한 가지 유형을 사용하면 비용이나 조립이 어떻게 달라질 수 있는지 알아보세요.

디바이스를 접거나 구부리거나 공간을 절약해야 하는 경우 플렉스를 선택하세요. 큰 부품에 대해 저렴한 비용과 높은 장착 강도가 필요한 경우 리지드를 선택하세요.

연성 PCB용 보강재

보강재는 보강판, 지지판 또는 강화 리브라고도 합니다. 전자제품에서 플렉스를 제어하는 데 사용됩니다. 스티프너는 플렉스 보드가 너무 구부러질 수 있는 문제를 해결합니다. 플러그인 영역을 더 강하게 만들고 조립을 도와줍니다.

일반적인 보강재 유형:

• 스테인리스 스틸 보강재

• 알루미늄 보강재

• 폴리에스테르 보강재

• 폴리이미드 보강재

• 유리 섬유 보강재

• PTFE(테프론) 보강재

• 폴리카보네이트 보강재

폴리이미드(PI) 보강재 취급 규칙:

1. PI 보강재를 80°C에서 30분간 구운 후 사용하세요.

2. 가능하면 약 25°C, 상대 습도 65%의 클린룸에서 작업하세요.

3. 새로 자른 PI 보강재를 곧 사용하세요. 하루 이상 보관할 경우 잘 밀봉하세요.

4. 접착하기 전에 FPC와 스티프너가 만나는 인터페이스를 청소합니다.

5. 다른 프레스를 사용할 때는 올바른 본딩 및 프레스 조건을 사용하세요.

6. 경화 후 지그가 식을 때까지 기다렸다가 파트를 열고 제거합니다.

7. 라미네이션 후 PI 스티프너를 빨리 식히지 마십시오. 필요한 경우 유리 섬유 천과 같은 저열 캐리어로 부품을 제거합니다. 플래튼 프레스를 사용하는 경우 제품이 실온으로 식을 때까지 기다립니다.

연성 PCB의 찌그러짐과 균열을 방지하는 방법

플렉스 회로의 중립 굽힘 축이 스택의 중앙에 위치하지 않을 수 있습니다. 올바르게 취급하면 찌그러짐과 균열을 방지하는 데 도움이 됩니다.

연성 PCB는 기계 부품이자 전기 부품과 같습니다. 트레이스 레이아웃은 전체 회로를 견고하게 만들어야 합니다. 리지드 보드와 달리 플렉스 보드는 최종 제품 내부에 맞게 구부리고, 비틀고, 접을 수 있습니다. 구부러진 부분이 한 지점을 넘어가면 구리에 강한 장력이 가해집니다. 이로 인해 플렉스가 부러지거나 찌그러질 수 있습니다.

플렉스는 설계자에게 리지드 보드에는 없는 옵션을 제공합니다. 플렉스가 작업에 적합하다고 해서 구리 트레이스가 절대 실패하지 않는다는 의미는 아닙니다. 구리도 견딜 수 있는 스트레스에는 한계가 있습니다.

특히 제품이 동적으로 구부러지거나(사용 중 구부러짐) 작은 하우징 공간에 접혀야 할 때는 많은 것을 주의해야 합니다. 균열을 방지하려면 정밀도가 중요합니다.

개선할 디자인 고려 사항

플렉스 및 굽힘

다음은 수명과 안정성을 높이기 위한 명확한 디자인 아이디어입니다.

응력 포인트와 굽힘 반경 파악

구부리기, 접기, 비틀기의 한계를 파악하세요. 단면 구부림의 경우, 구부림 반경 또는 응력 지점을 초과하여 늘어나거나 눌리면 구리에 균열이 생깁니다. 항상 이러한 한계 내에서 작업하세요.

중립 축

동적 플렉스 사용에는 단면 플렉스 디자인이 가장 적합합니다. 단면은 구리가 구조 중심 근처에 위치할 수 있는 공간을 제공합니다. 이 레이아웃에서는 구리가 동적으로 구부러지는 동안 강하게 압축되거나 늘어나지 않습니다.

얇을수록 좋습니다

스택이 얇을수록 더 쉽게 구부러집니다. 내부 굽힘 반경이 더 작고 외부 레이어에 가해지는 응력이 적습니다. 많이 구부러지는 부품의 경우 더 얇은 구리와 더 얇은 유전체 층을 사용합니다.

I-빔 레이아웃

I-빔은 구리 또는 유전체 층이 양쪽에서 직접 겹치는 것을 의미합니다. 이렇게 하면 접히는 부분이 더 강해집니다. 내부 레이어가 압축되기 때문에 외부 레이어가 더 많이 늘어납니다. 이를 줄이려면 반대쪽의 흔적을 오프셋하세요.

날카로운 구부러짐 또는 접힘

많은 플렉스 보드는 접을 수 있도록 설계되었습니다. 잘 만들어진 보드는 처음 접거나 비틀어도 잘 접힐 수 있습니다. 그러나 주름진 부분을 반복적으로 접는 것은 좋지 않습니다. 시간이 지나면 구리가 부러질 수 있습니다. 권장하지 않습니다. 접히는 부분에 둥근 모서리 흔적과 같은 디자인 트릭을 사용하세요.

크랙을 방지하는 다른 팁:

• 납땜 또는 주석 도금된 추적 경로를 사용합니다.

• 입자 방향이 제어된 RA 구리 또는 ED 구리를 사용합니다.

• 구부러진 부분에 폴리이미드 필름을 덮어주세요.

• 아래쪽에는 보강재 리브를 사용하고 위쪽에는 커버 레이어를 사용합니다.

기타 실용적인 디자인 및 프로세스 참고 사항

• 부품을 적재할 때는 구멍이나 날카로운 모서리에 흔적이 남지 않도록 주의하세요. 이렇게 하면 파손 위험이 줄어듭니다.

• 둥근 패드 모양을 사용하고 구부러진 부분의 흔적에 필렛을 추가합니다.

• 비아는 응력이 높은 굽힘 영역에 두지 마세요. 비아를 배치해야 하는 경우 보강재를 사용하세요.

• 트레이와 패드의 모서리는 반경이 있는 모서리를 사용합니다. 직각은 응력이 집중되어 균열을 일으킬 수 있습니다.

• 접힌 부분을 가로질러 트레이스를 라우팅할 때는 가능하면 접힌 축에 수직으로 라우팅하세요. 이렇게 하면 인장 응력이 줄어듭니다.

• 반복 동작의 경우 부품이나 비아가 없는 자유로운 영역에서 굽힘을 유지하는 플렉스-투-보드 전환을 사용하세요.

조립 취급 및 환경 관련 참고 사항

• 폴리이미드 및 기타 재료는 건조하고 밀봉된 봉투에 보관하세요. 습기는 접착제를 손상시키고 박리를 유발할 수 있습니다.

• 작업 공간을 깨끗하게 유지하세요. 먼지와 기름은 본딩을 방해합니다.

• 리플로우 납땜의 경우 재료의 시간-온도 제한을 따르세요. 폴리이미드는 고열에 견딜 수 있지만 폴리에스터는 그렇지 않습니다.

• 접착제를 사용할 때는 경화 곡선과 냉각 단계를 따르세요. 너무 빨리 냉각하면 응력과 뒤틀림이 발생할 수 있습니다.

• 플렉스 회로를 다룰 때는 ESD 보호 기능을 사용하세요. 일부 회로에는 민감한 IC가 있습니다.

연성 PCB의 일반적인 응용 분야

플렉시블 회로는 많은 제품에서 널리 사용됩니다:

• 휴대폰 및 태블릿

• 카메라

• 웨어러블 디바이스

• 의료 기기 및 센서

• 자동차 센서 및 대시보드 부품

• 항공우주 및 군사 전자 제품

• LED 조명 및 디스플레이

• 커넥터 및 케이블 어셈블리

주요 장점은 작은 크기와 가벼운 무게, 그리고 특이한 모양에도 잘 맞는다는 점입니다.

플렉스 회로의 장점과 한계

장점:

• 공간을 절약하고 무게를 줄이세요.

• 부품을 이동하거나 접을 수 있습니다.

• 플렉스는 보드 사이에 배선할 수 있으므로 커넥터가 더 적게 필요합니다.

• 올바르게 설계하면 열 성능이 우수합니다.

• 다양한 동적 사용 환경에서 안정성이 향상되었습니다.

제한:

• 단순한 리지드 PCB보다 비용이 높습니다.

• 취급 시 더 많은 주의가 필요합니다.

• 일부 소재는 높은 납땜 열을 견디지 못합니다.

• 동적 굽힘은 설계가 잘못되면 수명이 짧아질 위험이 있습니다.

테스트 및 품질 검사

신뢰성을 보장합니다:

• 굽힘 테스트를 사용하여 동적 굽힘 수명을 확인합니다.

• 열 순환을 사용하여 온도 변화에 대한 내성을 테스트합니다.

• 엑스레이나 현미경으로 숨겨진 균열이 있는지 검사하세요.

• 접착된 스티프너와 커넥터에 당김 테스트를 사용하여 고정 강도를 확인합니다.

• 신호 라인의 임피던스와 연속성을 확인합니다.

최종 참고 사항 및 빠른 팁

• 더 높은 열과 높은 안정성을 원한다면 폴리이미드를 선택하세요. 저렴한 비용과 낮은 열이 괜찮다면 폴리에스테르를 선택하세요.

• 동적 플렉스의 경우 단면 얇은 스택과 RA 구리를 사용합니다.

• 커넥터 부분에 보강재를 추가하여 조립을 돕습니다.

• 가능하면 굽힘 반경을 크게 유지하세요. 반경이 클수록 수명이 길어집니다.

• 찌그러짐이나 균열이 일찍 발견되면 구부러진 위치와 스택을 검토하세요. 구리 종류, 두께를 변경하거나 커버레이를 추가합니다.

• 조립 단계가 재료 제한과 일치하는지 확인하세요. 예를 들어 폴리에스테르 기반 플렉스에는 고온 납땜 공정을 사용하지 마세요.