FPC와 PCB의 탄생과 발전으로 리지드 플렉스 보드라는 새로운 제품이 등장했습니다.
리지드 플렉스 PCB란?
리지드 플렉스 보드 결합 유연한 회로 기판 와 경질 회로 기판을 하나의 적층 구조로 결합합니다. 리지드-플렉스 PCB는 기존의 리지드 PCB의 경계를 뛰어넘습니다. 또한 연성 절연 필름에 연성이 높은 전착 또는 압연 어닐링 처리된 구리를 패턴화하여 만든 연성 회로를 사용합니다. 리지드 플렉스 설계는 고밀도, 미세한 트레이스, 작은 비아, 작은 크기, 가벼운 무게, 높은 신뢰성 등 몇 가지 명확한 특성을 보여줍니다. 진동, 충격, 습한 환경에서도 안정적인 성능을 유지합니다. 구부릴 수 있으며 3차원 실장이 가능합니다. 어셈블리 내부 공간을 보다 효과적으로 사용할 수 있습니다. 이러한 이유로 휴대폰, 디지털 카메라, 캠코더와 같은 휴대용 디지털 제품에 널리 사용됩니다. 리지드 플렉스 보드는 특히 가전제품처럼 패키지 크기를 줄여야 하는 곳에서 더 많이 사용될 것입니다.
처음에 다층 리지드 플렉스 보드의 기본 설계 아이디어와 제조 공정은 항공 우주 장비에서 비롯되었습니다. 항공우주 시스템은 매우 제한된 공간 내에서 안정적인 배선이 필요합니다. 일부 복잡한 제품에서는 리지드 플렉스 기판에 30개 이상의 도체 레이어가 사용되기도 합니다. 반면에 휴대폰이나 디지털 카메라와 같은 가전제품은 항상 고밀도, 저비용 배선이 필요했습니다. 이러한 요구로 인해 새로운 설계 아이디어와 제조 방법이 등장하게 되었습니다.
다층 리지드-플렉스 보드는 기본적으로 리지드 보드와 플렉스 보드가 혼합된 것입니다. 그러나 보드 제조업체가 이를 잘 결합하려면 리지드 PCB와 플렉시블 PCB 공정 모두에서 우수한 기술이 필요합니다. 따라서 이러한 유형의 PCB를 설계하기 전에 제조업체의 역량과 한계를 명확히 파악해야 합니다.
리지드 플렉스 보드의 단점
“플렉스 보드 + 리지드 보드 + 커넥터”로 구성된 리지드 플렉스 보드의 가장 큰 단점은 비용입니다. 리지드 플렉스 보드는 종종 더 비쌉니다. 경우에 따라 리지드-플렉스 옵션은 플렉스 보드와 리지드 보드를 따로 구입하는 것보다 거의 두 배 가까이 비쌀 수 있습니다. 그러나 비교에서 커넥터 비용이나 HotBar 납땜 비용을 제외하면 가격이 비슷해질 수 있습니다. 실제 비용 상황을 확인하려면 부품, 조립 단계 및 특수 프로세스를 계산하는 전체 비용 분석을 수행해야 합니다.
또 다른 단점은 조립입니다. 리지드 플렉스 기판에 부품을 SMT 실장하고 리플로하려면 플렉시블 영역을 지원하기 위해 캐리어 또는 픽스처가 필요할 수 있습니다. 캐리어를 사용하면 SMT 조립 비용이 추가됩니다. 캐리어는 픽 앤 플레이스 및 리플로 중에 플렉스 부분을 평평하게 유지하고 지지하는 데 도움이 됩니다.
리지드 플렉스 보드의 장점
리지드 플렉스 보드는 비용 외에도 많은 장점이 있습니다. 다음은 몇 가지 주요 이점입니다:
-
보드 공간 절약 및 커넥터 또는 핫바 프로세스 필요성 제거
플렉스와 리지드 부품이 일체형으로 되어 있기 때문에 커넥터 또는 핫바 조인트를 제거할 수 있습니다. 고밀도 설계의 경우 커넥터 한 개의 공간을 절약하는 것은 매우 중요합니다. 커넥터를 제거하면 부품 비용과 HotBar 처리 비용도 절감할 수 있습니다. 또한 커넥터가 필요하지 않은 경우 두 보드 사이의 간격이 훨씬 더 작아질 수 있습니다. -
더 짧은 신호 경로, 더 빠른 속도, 향상된 안정성
커넥터로 연결된 별도의 리지드 보드를 사용하면 신호 경로는 보드 → 커넥터 → 플렉스 → 커넥터 → 보드가 됩니다. 리지드-플렉스 보드를 사용하면 보드 → 플렉스 → 보드가 됩니다. 경로가 더 짧아집니다. 신호가 더 적은 수의 다른 재료를 통과하므로 에너지 손실이 적습니다. 표준 리지드 보드에서 트레이스는 구리입니다. 커넥터에는 금도금 접점이 있습니다. 납땜된 핀은 보통 주석 또는 주석 합금입니다. 각 재료 인터페이스에서 신호가 변경되면 약간의 손실이 발생합니다. 리지드 플렉스를 사용하면 인터페이스 수가 줄어듭니다. 이는 신호 무결성에 도움이 됩니다. 정밀한 신호가 필요한 제품의 경우 리지드 플렉스 보드는 신뢰성을 향상시킵니다. -
제품 조립 간소화 및 조립 시간 절약
리지드 플렉스 보드를 사용하면 다음을 줄일 수 있습니다. SMT 최종 조립 시간을 단축할 수 있습니다. 더 적은 수의 커넥터를 배치합니다. 또한 커넥터에 플렉스를 삽입하는 조립 단계나 핫바 납땜 단계가 필요하지 않습니다. 부품 수가 적다는 것은 BOM이 짧아진다는 것을 의미합니다. 따라서 재고 및 부품 관리 작업이 줄어듭니다.
플렉스 기판과 리지드 플렉스 기판의 생산 및 조립 방식 차이점
주요 SMT 공정은 모든 기판 유형에서 유사합니다. 플렉시블 회로, 리지드 플렉스 보드, 리지드 보드 모두 부품 배치와 솔더 페이스트를 사용하는 리플로 납땜을 거칩니다. 하지만 연성 기판과 리지드 플렉스 기판에는 특별한 요구 사항이 있습니다. 생산 과정에서 이러한 추가 요구 사항을 주의 깊게 충족하지 않으면 큰 문제가 발생할 수 있습니다.
1. 솔더 페이스트 인쇄
리지드 PCB와 마찬가지로 스텐실과 솔더 페이스트 프린터를 사용하여 플렉스 및 리지드 플렉스 보드에 솔더 페이스트를 도포합니다. 많은 SMT 작업자는 크기 제어와 플렉스 기판의 취약성에 대해 걱정합니다. 리지드 기판과 달리 플렉스 기판 표면은 평평하지 않습니다. 따라서 기판을 제자리에 고정하기 위한 고정 장치와 정렬 구멍이 필요합니다. 또한 연성 회로 재료는 온도와 습도에 따라 크기가 달라집니다. 일부 조건에서는 인치당 0.001인치 정도 늘어나거나 주름이 생길 수 있습니다. 이러한 늘어남과 주름으로 인해 기판 위치가 X와 Y로 이동하게 됩니다. 이러한 이유로 플렉스 배치는 리지드 보드 SMT보다 작은 캐리어 또는 특수 툴링이 필요한 경우가 많습니다.
2. SMT 부품 배치
오늘날 부품은 점점 더 작아지고 있습니다. 부품이 작으면 기판 표면이 평평하지 않으면 리플로에서 문제가 발생할 수 있습니다. 플렉스 회로가 작은 경우 치수 변화는 문제가 되지 않을 수 있지만, 더 작은 SMT 캐리어 또는 추가 기준점이 필요할 수 있습니다. 캐리어가 평평하지 않으면 배치가 이동하는 것을 볼 수 있습니다. 좋은 SMT 픽스처는 배치 표면을 평평하고 안정적으로 유지하는 데 도움이 됩니다.
3. 리플로우 납땜
리플로 전에 연성 회로를 건조해야 합니다. 이것이 플렉스 기판과 리지드 기판 조립의 주요 차이점입니다. 플렉스 소재는 스펀지처럼 수분을 흡수합니다. 습기로 인해 무게의 약 3%까지 늘어날 수 있습니다. 플렉스 보드가 수분을 흡수하면 먼저 건조하지 않고는 리플로우할 수 없습니다. 리지드 보드도 이 문제가 있지만 리지드 보드가 습기에 더 잘 견딥니다.
플렉시블 회로는 약 225°F~250°F(약 107°C~121°C)에서 짧은 시간 동안 사전 베이킹해야 하며, 1시간 이내에 완료하는 것이 이상적입니다. 플렉서블 회로를 제시간에 건조시키지 않으면 구워질 때까지 마른 상자나 질소 보관소에 보관해야 합니다. 적절한 건조는 리플로우 중 증기 발생으로 인한 박리 또는 블리스터와 같은 손상을 방지합니다.
리지드 플렉스 보드의 응용 분야
리지드-플렉스 PCB는 리지드 보드의 내구성과 플렉시블 보드의 적응성을 결합한 제품입니다. 모든 PCB 유형 중에서 리지드 플렉스는 열악한 환경에서 가장 견고합니다. 이러한 강점 때문에 리지드 플렉스 보드는 산업 제어, 의료 기기 및 군사 장비에서 인기가 있습니다. 본토 제조업체들도 전체 생산량에서 리지드 플렉스 보드의 비중을 늘리고 있습니다.
일반적인 적용 분야는 다음과 같습니다:
-
산업용 - 산업용 기계, 군용 장비 및 의료 기기. 이러한 부품에는 정밀성, 안전성, 내구성이 필요합니다. 이러한 분야를 위한 리지드 플렉스 보드는 높은 신뢰성, 고정밀, 낮은 임피던스 손실, 완벽한 신호 품질, 긴 수명을 제공해야 합니다. 하지만 공정이 복잡하고 출력이 낮으며 단가가 높습니다.
-
휴대폰 - 휴대폰에서 리지드 플렉스 보드는 접이식 휴대폰의 힌지 영역, 카메라 모듈, 키패드 및 RF 모듈에 나타납니다. 반복적인 구부림과 좁은 조립 공간을 처리합니다.
-
소비자 가전제품 - 디지털 스틸 카메라(DSC) 및 디지털 비디오(DV) 제품은 리지드 플렉스를 사용하는 대표적인 소비자 품목입니다. 리지드 플렉스를 성능과 구조라는 두 가지 측면에서 살펴볼 수 있습니다. 성능 측면에서 보면 리지드 플렉스는 서로 다른 리지드 보드와 모듈을 3차원으로 연결할 수 있습니다. 따라서 동일한 라인 밀도로 사용 가능한 회로 면적을 늘릴 수 있습니다. 따라서 회로 수용 용량이 증가하고 신호 경로 제한과 조립 실수가 줄어듭니다. 구조 측면에서 보면 리지드 플렉스 보드는 가볍고 얇으며 유연한 라우팅이 가능합니다. 크기를 줄이고 무게를 줄이는 데 도움이 됩니다.
-
자동차 - 자동차에서 리지드 플렉스 보드는 스티어링 휠의 키 스위치, 차량 내 스크린과 제어 보드 간의 연결, 도어 제어 키, 카 오디오 제어, 주차 레이더 카메라 시스템, 다양한 센서(공기질, 온도 및 습도, 가스 감지 및 제어), 차량 통신 시스템, 위성 내비게이션, 뒷좌석 컨트롤러용 연결, 프런트 엔드 컨트롤러 보드, 심지어 외부 감지 시스템에도 사용됩니다.
다층 리지드 플렉스 보드용 재료
아래는 다층 리지드 플렉스 보드를 만드는 데 사용되는 일반적인 재료에 대한 간단한 표입니다. 필요한 재료, 전통적인 선택, 더 높은 성능의 선택이 나열되어 있습니다.
| 필요한 자료 | 전통 소재 | 고성능 소재 |
|---|---|---|
| 연성 기판(FCCL) | 기존 폴리이미드 필름 | 새로운 폴리이미드 필름 |
| 양면 구리 라미네이트 | 아크릴 접착제(또는 에폭시 접착제)를 사용한 폴리이미드 코어 | 접착제가 없는 폴리이미드 라미네이트(캐스트 타입 또는 라미네이트 타입) |
| 커버레이 | 아크릴 또는 에폭시 접착제로 코팅된 기존 폴리이미드 | 핫멜트 폴리이미드 접착제로 코팅된 새로운 폴리이미드 |
| 접착 필름(본딩 필름) | 아크릴 수지 접착 필름, 에폭시 접착 필름, 양면이 아크릴 접착제로 코팅된 폴리이미드 필름 | 핫멜트 폴리이미드 수지로 양면을 코팅한 새로운 폴리이미드 필름 |
| 경질 기판(CCL) | 유리 에폭시(FR4) | 유리-BT 수지 보드, 유리-폴리이미드 수지 보드 |
위의 표에는 리지드 플렉스 보드를 만들 때 필요한 몇 가지 재료가 나열되어 있습니다. 기술 발전에 따라 이러한 재료의 성능이 크게 향상되었다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.
소재는 내열성이 높고 가열 시 치수 안정성이 우수해야 합니다. 군사 및 항공우주와 같이 신뢰성이 높은 분야에서는 더 두꺼운 폴리이미드 필름(50μm 이상)을 사용하는 것이 좋습니다. 이러한 분야에서는 기본 소재가 가공 중 강한 안정성과 내구성을 가져야 합니다. 이와는 대조적으로 소비자 가전제품은 더 얇고 가벼워지는 추세를 따르는 경우가 많습니다. 이 분야에서 제조업체는 일반적으로 더 얇은 유전체(50μm 미만)를 사용합니다.
접착식 구리 클래드 라미네이트, 커버레이 및 접착 필름 중에서 아크릴 접착제는 접착 강도는 더 좋지만 내열성이 약간 낮고 수축률이 높습니다. 에폭시 접착제는 내열성은 우수하지만 경화 시간이 오래 걸리고 접착 강도가 약간 약한 경우도 있습니다.
주조 또는 압력 적층 무접착 구리 클래드 라미네이트를 사용하면 일반적으로 내열성이 높고 열팽창 계수(CTE)가 낮아집니다. 또한 이러한 소재는 최종 보드 두께를 줄이는 데 도움이 되며 드릴링 레진 번짐을 크게 줄일 수 있습니다. 하지만 무접착 소재는 300°C 이상의 공정이 필요하며 특수 장비와 공정 제어가 필요합니다.
디자이너와 구매자를 위한 참고 사항 및 추가 팁
-
보드 제작자와 미리 상의하세요. 얼마나 많은 리지드 및 플렉스 레이어를 계획하고 있는지, 굽힘 영역이 어디에 있는지, 보드가 얼마나 많은 플렉스 사이클을 견뎌야 하는지 알려주세요. 또한 목표 임피던스와 고속 요구 사항도 알려주세요. 그러면 제조업체는 설계가 가능한지, 어떤 한계가 있는지 알려줄 수 있습니다.
-
구부러진 부분에 딱딱한 부품과 무거운 부품이 없도록 하세요. 가능한 경우 명확한 굽힘 선을 사용하고 중립 축 근처에 트레이스를 유지합니다. 굽힘 영역의 트레이스는 충분히 넓어야 하며 올바른 굴곡 규칙을 따라야 합니다. 특별한 디자인을 사용하지 않는 한 반복되는 굽힘 영역에 도금된 관통 구멍을 사용하지 마십시오.
-
조립을 위한 설계. 플렉스 영역에 SMT가 예상되는 경우 캐리어, 피듀셜 및 베이크 단계를 계획합니다. 보강재가 필요한 부분과 부품을 지지하기 위해 접착제를 사용할 위치를 표시합니다.
-
필요에 따라 소재를 선택하세요. 군용 또는 의료용에는 두꺼운 폴리이미드와 더 강한 기본 소재를 사용합니다. 가벼운 무게와 작은 크기가 필요한 경우 휴대폰과 가벼운 소비재에는 얇은 유전체를 사용합니다.
-
비용 트레이드 오프. 리지드 플렉스는 조립 부품과 커넥터를 줄일 수 있지만 보드 자체의 비용이 더 많이 들 수 있습니다. 전체 시스템 비용을 확인합니다. 커넥터와 관련 조립 단계를 제거하면 전체 시스템 비용이 떨어지는 경우가 많습니다. 수리 및 테스트 비용도 고려하세요.
-
스트레스 테스트를 실시하세요. 제품에 진동, 충격, 열 또는 습도가 가해질 경우 리지드 플렉스 보드를 조기에 테스트하세요. 사이클링 테스트, 열 충격 및 습도 테스트를 통해 대량 생산 전에 문제를 발견할 수 있습니다.
-
툴링 계획. PCB 제조업체와 협력하여 지그, 캐리어, 베이크 일정을 계획하세요. 적절한 툴링은 결함 및 배치 오류를 줄입니다.
-
문서화. 명확한 기계 도면, 스택업, 굽힘 규칙 및 레이어 맵을 제공합니다. 스티프너가 어디로 이동하고 플렉스 테일이 강성 영역에서 빠져나가는지 표시합니다.
자주 묻는 질문
플렉스 리지드 PCB는 연성 및 경질 회로 기판 레이어를 하나의 구조로 결합한 것입니다. 구부릴 수 있는 부분과 단단한 부분을 모두 제공하여 공간을 절약하고 커넥터를 줄이며 안정성을 향상시킵니다.
주요 혜택은 다음과 같습니다:
커넥터나 핫바가 필요 없어 공간을 절약할 수 있습니다.
신호 경로가 짧아져 손실과 지연이 줄어듭니다.
복잡한 설계에서 더 높은 신뢰성과 내구성을 제공합니다.
조립 프로세스가 간소화되어 노동력과 시간이 단축됩니다.
네. 표준 리지드 또는 플렉시블 PCB에 비해 일반적으로 비용이 더 많이 듭니다. 플렉시블 영역의 SMT 조립에는 특수 캐리어가 필요합니다. 또한 연성 소재는 열과 습도에 민감하여 팽창 또는 수축을 일으킬 수 있습니다.
널리 적용되고 있습니다:
가전제품(휴대폰, 카메라, 웨어러블).
자동차 전자 장치(스티어링 휠 컨트롤, 디스플레이, 센서).
산업 장비 및 의료 기기.
높은 신뢰성이 요구되는 방위 및 항공우주 시스템.
중요한 팁은 다음과 같습니다:
레이어 수, 굽힘 영역, 임피던스 및 안정성 요구 사항에 대해 PCB 제조업체와 조기에 소통하세요.
구부러진 부분에는 무거운 구성 요소를 피하고 중립 축을 따라 트레이스를 배치합니다.
유연한 영역에서 SMT용 지지대를 사용합니다.
성능 요구 사항(높은 신뢰성 대 비용)에 따라 자료를 선택합니다.
PCB 가격뿐만 아니라 총 시스템 비용을 고려하세요.
주요 요인으로는 레이어 수, 리지드-플렉스 전환 횟수, 특수 소재, 패널화 복잡성 및 필요한 테스트가 있습니다. 더 많은 레이어, 좁은 굽힘 반경, 맞춤형 스티프너는 비용과 시간을 증가시킵니다. 프로토타입 실행과 소량 배치에는 종종 툴링이나 고정 장치가 필요하므로 리드 타임이 추가됩니다. 비용을 줄이려면 기능을 통합하고, 재료를 표준화하고, 공급업체와 리드 타임 절충안을 조기에 논의하세요.