유연한 PCB: 일반es, 디자인 및 응용 프로그램

연성 인쇄 회로 기판(PCB)은 곡선형이나 좁은 공간에 맞게 구부러집니다. 유연한 필름 위에 얇은 구리 층을 형성하여 엔지니어들이 더 작은 장치를 제작할 수 있도록 합니다. 카메라, 스마트폰, 의료 기기 등에 사용됩니다. 굽힘과 접힘은 새로운 레이아웃 옵션을 제공하고 높은 신뢰성으로 신호를 전송할 수 있도록 합니다.

플렉시블 PCB는 기기의 공간과 무게를 줄이는 데 도움이 됩니다. 설계자는 얇고 가벼운 장비를 제작하는 동시에 웨어러블 기기의 편안함과 강도를 높일 수 있습니다. 제조업체는 조립 단계를 줄여 생산 라인 시간을 절약할 수 있습니다. 플렉시블 PCB는 일상적인 사용에서 발생하는 움직임과 충격에도 잘 견딥니다. 전기 자동차, 드론, 스마트 홈 등 다양한 기기에 이 기술이 사용됩니다. 이러한 성장은 여러분에게 많은 새로운 도구를 제공할 것입니다.

주요 플렉시블 PCB 유형, 구조, 그리고 장단점을 살펴보겠습니다. 또한, 플렉시블 PCB를 더 널리 사용되는 리지드 PCB와 비교하고, 플렉시블 PCB를 고려해야 하는 이유도 알아보겠습니다. 

유연한 PCB 란 무엇입니까?

연성 인쇄 회로 기판(PCB)은 구부릴 수 있는 필름 위에 제작된 얇은 전자 기판입니다. 기판 전체에 전력과 신호를 전달하는 구리 배선이 있습니다. 베이스 필름은 휘어지거나 부품 주변을 감쌀 수 있습니다. 또한, 좁거나 곡선 형태의 공간에 맞게 모양을 바꿀 수 있습니다. 이러한 자유도는 평평한 기판으로는 부족할 때 매우 유용합니다.

경성 PCB는 단단하고 평평한 기판 위에 위치하여 휘어짐에 강하고 응력을 받아도 형태를 유지합니다. 반면, 연성 PCB는 움직임이나 밀착에 따라 휘어지고 휘어집니다. 소형 기기 내부에 접어 넣을 수 있어 커넥터와 케이블을 절약할 수 있습니다. 또한 무게와 조립 단계도 줄어듭니다. 이러한 디자인 변경으로 다양한 새로운 레이아웃을 구현할 수 있습니다.

연성 기판은 폴리이미드나 폴리에스터와 같은 필름을 기판으로 사용합니다. 구리 호일은 특수 접착제로 필름에 접착되고, 커버레이는 유연성을 유지하면서도 트레이스를 보호합니다. 부품을 고정하기 위해 보강재가 추가되거나 단열 및 강도를 위해 커버 필름이 사용되는 경우도 있습니다. 층 수와 두께는 유연성과 내구성의 균형을 맞추기 위해 용도에 따라 달라집니다.

카메라, 휴대폰, 웨어러블 기기, 센서 등에서 플렉시블 PCB를 찾아볼 수 있습니다. 의료용 스캐너, 스마트 안경, 드론에도 사용됩니다. 자동차 제조업체들은 대시보드와 센서에 플렉시블 PCB를 사용하고, 우주선과 위성은 가볍고 휘어지는 특성에 의존합니다. 플렉시블 PCB는 움직이는 로봇에도 매우 중요합니다.

유연 회로 기판의 종류

다양한 전자 부품 및 장치에 사용되는 다양한 유형의 연성 PCB가 있습니다. 그중 몇 가지를 자세히 살펴보겠습니다.

단면 플렉스 PCB

단면 플렉스 PCB는 박막의 한쪽 면에 구리 배선을 배치합니다. 폴리이미드 필름은 작은 공간을 통과할 때 신호 전달 역할을 합니다. 커버레이는 접힘 지점 역할을 하는 배선과 마크를 보호합니다. 이 레이아웃 설계는 기본적인 전자 회로에 저렴한 비용으로 얇은 기판을 제작할 수 있도록 합니다.

엔지니어들은 일반적으로 센서 리본, LED 스트립, 그리고 기본 신호 링크에 단면 플렉스 보드를 적용합니다. 이 보드는 제조 과정에서 한 번 휘어지거나 평평한 상태를 유지합니다. 하네스와 케이블을 한 번만 절단하면 필요한 공간과 시스템 무게를 모두 줄일 수 있습니다. 또한, 단일 구리 층은 제조 업체가 생산 비용을 낮추는 동시에 단기 생산 시 제조 공정을 간소화할 수 있도록 해줍니다.

디자인 추가 점퍼 없이는 복잡한 배선을 지원할 수 없습니다. 전체 트레이스 경로는 세심한 계획이 필요하므로 교차 가능성을 배제할 수 있습니다. 추가 연결에는 점퍼 또는 외부 배선이 필요합니다. 보강재를 추가하면 커넥터 또는 부품 장착 요소 역할을 하므로 보드 두께가 증가합니다.

양면 플렉스 PCB

양면 플렉스 PCB는 필름 양면에 구리를 고정합니다. 관통 구멍과 마이크로비아는 보드의 여러 층을 연결합니다. 동일한 면적 내에서 추가적인 라우팅 기능이 향상됩니다. 플렉스 PCB의 각 면에는 보호 커버레이가 있어 휘어지기 쉬운 부분을 강화합니다. 이 보드는 평균적인 복잡도와 신호 밀도를 처리할 때에도 얇은 두께를 유지합니다.

양면 플렉스 PCB는 바코드 스캐너, 카메라 케이블, LED 백라이트 내부에 사용됩니다. 이 추가 층은 데이터 라인에서 전력을 분리하여 성능을 향상시킵니다. 드릴링 및 도금 작업을 포함하는 제조 공정은 단면 구조보다 제조 비용을 높입니다. 부품 배치 및 핵심 네트 라우팅의 유연성은 설계자에게 이점을 제공합니다.

굽힘 영역에서 배선을 진행하려면 비아 균열 방지를 위한 철저한 계획이 필요합니다. 제작 공정에서는 커버레이에 강화된 개구부를 사용하면서 곡선 부분을 피하는 영역에 비아를 배치해야 합니다. 제작 규칙은 굽힘 작업 중 신뢰성 유지를 위한 트레이스 치수를 결정합니다. 확립된 규칙을 통해 웨어러블 및 폴더블 시스템에서 장기적인 신뢰성을 유지하면서 고밀도화를 달성할 수 있습니다.

다층 플렉스 PCB

다층 플렉스 PCB는 유연한 필름 내부에 세 개 이상의 구리 층을 결합합니다. 내부 구리 층에는 전원 플레인과 접지 플레인이 포함되어 있어 노이즈를 줄여줍니다. 층 연결은 블라인드 또는 매립형 마이크로비아를 통해 이루어지며, 공간 요구 사항을 최소화합니다. 커버레이 층은 스택 전체에 걸쳐 접합되어 모든 구리 층을 플렉스 마모로부터 보호합니다.

고속 회로 설계, RF 모듈 및 소형 카메라 연결은 이 특정 유형의 플렉스 PCB의 이점을 활용합니다. 얇고 유연한 패키지는 신호 전송 시 전원 공급 및 접지를 위한 층을 포함합니다. 설계상의 단점을 보완하여 비용 증가를 감수하고 더 나은 신호 무결성과 EMI 제어를 얻을 수 있습니다. 제조 공정에는 각 접착층에 대한 정확한 정렬, 특정 라미네이션 압력, 그리고 제어된 열처리가 필요합니다.

레이어 수를 조기에 결정하는 것은 매우 중요합니다. 레이어가 추가되면 두께가 증가하고 추가적인 에칭 공정이 발생하기 때문입니다. 중요한 네트(net)는 이동 중 보호를 위해 내부 레이어에 매핑되어야 합니다. 스택업의 레이어 수는 굽힘 반경 제한을 결정하며, 설계자는 이러한 제약 조건에 맞춰 설계 요구 사항을 조정할 때 이 제한을 고려해야 합니다. 기판 전체에서 신뢰성과 유연성 간의 균형을 유지할 수 있습니다.

플렉스 PCB

유연한 기판 필름을 사용하여 설계를 구성하는 모든 전자 회로는 플렉스 PCB로 간주됩니다. 플렉스 PCB 설계에는 기본적인 단층 구조와 복잡한 다층 구조가 포함됩니다. 재료 및 구리 두께 선택은 예상되는 플렉스 횟수에 따라 달라집니다. 정적 플렉스 보드는 단일 굽힘을 경험하는 반면, 동적 플렉스 보드는 연속적인 굽힘 운동을 감당해야 합니다.

정적 플렉스 보드는 특히 카메라 및 휴대폰 조립 시 접힘 현상을 지지하는 역할을 합니다. 이 과정에서는 보드를 구부린 후 새로운 위치에 고정해야 합니다. 움직이는 접합부와 접이식 디스플레이는 내부에서 작동하기 위해 동적 플렉스 보드가 필요합니다. 구리 응력 완화 및 중립 굽힘선을 위해 특수 설계가 필요합니다. 보드 설계는 손상 없이 수천 번의 굽힘 주기를 견딜 수 있습니다.

플렉스 PCB를 선택하면 모션 요구 사항과 제품 비용 간의 균형을 찾을 수 있습니다. 일회용 벤딩 비용은 설계 및 생산 과정 전반에 걸쳐 동적 빌드 비용보다 낮습니다. 적절한 필름 및 커버레이 스타일과 트레이스 형태는 모션 프로파일과 예산 요구 사항에 따라 결정되며, 제조업체와 협력하여 이러한 선택을 해야 합니다.

강화재로 굽힘

플렉스 PCB에 부착된 강성 패드는 무거운 부품과 커넥터를 지지하는 보강재 역할을 합니다. 보강재는 FR4, 폴리이미드, 그리고 얇은 금속판으로 구성됩니다. 본드는 평평한 마운팅이나 추가적인 강도가 필요한 위치에 보강재를 부착하는 데 사용됩니다. 필름 설계에 유연 영역과 강성 영역이 결합되어 있어 필름 소재를 손상시키지 않고 커넥터를 부착할 수 있습니다.

설계 과정에서 설계자는 보드 가장자리 아래에 보강재를 설치하고 커넥터 패드와 테스트 지점 아래에도 보강재를 배치해야 합니다. 보드는 주변 굽힘이 발생할 수 있도록 작은 구멍을 유지한 채 형태를 잡습니다. 접착층은 보강재를 단단히 부착하는 동시에 박리나 돌출부가 생기는 것을 방지합니다. 보강재 사이의 접합부는 부드러운 굽힘을 위해 커버레이로 덮습니다.

보강재 도입은 특정 영역의 보드 두께에 영향을 미치므로 조립 도구 접근성을 확인해야 합니다. 솔더 페이스트 스텐실과 픽앤플레이스 장비 설정을 모두 수정해야 합니다. 추가적인 설정 과정을 통해 주변 플렉스 필름의 움직임에도 불구하고 부품의 정렬이 올바르게 유지되고 솔더 접합부의 강도가 유지됩니다.

리지드 플렉스 PCB

리지드-플렉스 PCB는 리지드 보드 부분과 플렉스 부분을 하나의 부품으로 결합한 PCB입니다. 제조 공정은 모든 층을 접합하기 전에 리지드 층 사이에 플렉서블 필름을 배치하는 과정을 포함합니다. 하이브리드 설계는 리지드 아일랜드가 플렉스 브리지를 사용하여 서로 연결되므로 케이블이 필요하지 않습니다. 보드는 특정 영역에서는 강도를 유지하지만 다른 영역에서는 유연성을 발휘합니다.

경성-연성 PCB는 항공우주, 의료용 임플란트, 군용 장비 등에 사용됩니다. 이 기판은 다양한 수준의 강성을 요구하는 까다로운 환경에서 효과적으로 작동합니다. 이 기판은 무거운 부품을 지지하는 강성 부품과 케이블과 같은 구조 또는 접는 기능을 구현하는 플렉스 부분으로 구성되어 있습니다. 제작에는 정확한 층 접합, 제어된 라미네이팅, 그리고 구리 영역의 정밀한 정렬이 필요합니다.

강성-연성 설계 과정은 처음부터 기계적 맞춤을 확립하고 굽힘 프로파일을 결정하는 것으로 시작됩니다. 설계를 통해 평평한 영역과 접혀야 할 영역이 결정됩니다. CAD 도구는 강성 및 연성 적층 피처 설계를 모두 지원해야 합니다. 신중한 계획 과정을 통해 단일 조립품을 제작하여 무게와 공간 요구 사항을 줄이고 조립 단계를 간소화할 수 있습니다.

유연 PCB의 구조

유연 기판의 구조는 얇은 샌드위치 구조와 유사하며, 구부릴 수 있는 특성을 지닙니다. 이 시스템의 주요 구성 요소는 유연한 기판 소재입니다. 필름은 구리 호일이 부착되어 필요한 회로를 형성하는 베이스 역할을 합니다.

접착층은 굽힘 작업 중 회로 부품을 제자리에 고정하는 결합재 역할을 합니다. 구리 배선은 최상단 커버레이 층을 통해 마모와 습기로부터 보호됩니다.

PCB를 얼마나 구부릴 수 있나요?

굽힘 반경은 플렉스 보드의 최대 곡률을 결정합니다. 굽힘 유연성의 표준 측정값은 보드 두께의 1배입니다. 0.1mm 두께의 보드를 손상 없이 구부리려면 최소 XNUMXmm의 반경이 필요합니다. 한 번 구부리면 두께의 XNUMX배로 구부릴 수 있지만, 이 경우 보드가 파손될 수 있습니다.

재료 선택은 유연성에 영향을 미칩니다. 폴리이미드는 가열 시 강도 특성을 유지하며 여러 번의 유연한 사이클을 견딜 수 있습니다. 폴리에스터 소재는 정적 굽힘 설계에 가장 적합합니다. 구리 두께 또한 중요합니다. 얇은 구리의 굽힘 강도는 증가하는 반면, 필요한 응력은 감소합니다.

플렉스 PCB 설계에서 보강재의 역할

보강재는 부품 패드의 평탄도와 안정성을 유지하는 역할을 합니다. 보강재는 커넥터, IC, 그리고 테스트 지점 아래에 위치합니다. 보강재가 없으면 굽힘 가공 중에 납땜 접합부에 균열이 발생하는 경향이 있습니다. 보강재를 연결할 때는 내열성 접착제를 사용해야 합니다. 부품은 제자리에 고정된 상태로 유지되며, 기판의 움직임은 차단됩니다.

가장 많이 사용되는 보강재는 FR4, 폴리이미드, 그리고 알루미늄입니다. FR4는 저렴하고 견고한 베이스를 제공합니다. 폴리이미드 보강재는 기판의 유연성을 높여줍니다. 알루미늄은 추가적인 구조적 지지가 필요한 커넥터에 견고한 소재로 사용됩니다. 보강재는 굽힘 가공 전에 성형해야 하며, 이때 노출된 모서리를 유지해야 합니다. 보강재는 부품 아래 또는 보드 모서리에 배치되어 조립 공정을 관리합니다.

보강재 추가는 특정 보드 영역의 두께에 영향을 미칩니다. 조립 전에 높이 요구 사항과 조립 간격 허용치를 모두 고려해야 합니다. 보강재 가장자리에 테이프나 커버레이를 적용하면 환경적 응력을 방지할 수 있습니다. 보강재 가장자리를 테이프나 커버레이 아래에 배치하면 라우팅 품질이 보장되고 보강재와 플렉스 섹션 접합부에서 필름이 벗겨지는 것을 방지할 수 있습니다.

유연 인쇄 회로 기판 설계 팁

레이아웃 초기에 트레이스 폭과 간격을 계획하십시오. 트레이스가 넓을수록 전류는 더 많이 흐르지만 강성이 증가합니다. 트레이스가 좁을수록 더 세게 구부릴 수 있지만 전류는 제한됩니다. 굽힘 시 단락을 방지하려면 일정한 간격을 유지하십시오. 최소값은 제조업체의 역량 범위 내에서 설정하십시오.

구부러지는 부분을 미리 계획하고 민감한 그물은 치우세요. 보드가 완만하게 휘어지는 곳에 굽힘선을 그으세요. 접히는 부분에는 비아를 두지 마세요. 트레이스 끝부분에는 개뼈 모양과 같은 양각 패턴을 추가하세요. 이렇게 하면 응력이 분산되고 보드가 휘어질 때 균열이 생기는 것을 방지할 수 있습니다.

가능하면 부품을 굽힘 영역 바깥쪽에 배치하십시오. 낮은 두께의 표면 실장 부품을 사용하십시오. 부품을 굽힘 영역에 배치해야 하는 경우, 유연한 커넥터나 무삽입력 소켓을 사용하십시오. 고속 또는 고정밀 네트는 안정적인 부분에 배치하여 굽힘 동작으로 인한 신호 왜곡을 줄이십시오.

플렉스 스택업 및 굽힘 시뮬레이션을 처리하는 CAD 도구를 선택하세요. 많은 PCB 도구를 사용하면 중립 굽힘 선을 그리고 구리 응력을 시각화할 수 있습니다. 기판, 접착제, 구리 및 커버레이를 사용하여 층 빌드업을 정의하세요. 인클로저 설계를 위해 굽힘 데이터를 기계 CAD로 내보내세요. 이러한 워크플로우를 통해 맞춤 또는 충돌 문제를 조기에 파악할 수 있습니다.

PCBasic 소개

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플렉시블 PCB의 장점

플렉시블 PCB는 부품 수를 줄여 촘촘한 레이아웃을 설계할 수 있는 여러 가지 장점을 제공합니다. 주요 장점은 다음과 같습니다.

•  보드를 좁은 공간에 접어 넣어 공간을 절약할 수 있습니다.

•  그들은 얇은 필름을 사용하여 장치의 무게를 줄였습니다.

•  디자인에서 불필요한 케이블과 커넥터를 제거합니다.

•  그들은 조립 단계를 줄이고 생산 속도를 높입니다.

•  구부러지는 보드가 있는 움직이는 부품에서 더 오래 지속됩니다.

•  최종 제품을 더 가볍게 만들면 운송 비용을 줄일 수 있습니다.

유연 PCB의 단점

플렉스 PCB는 많은 장점을 가지고 있지만, 몇 가지 단점도 있습니다. 몇 가지를 소개합니다.

•  재료비와 특별 가공 수수료가 더 많이 부과될 수 있습니다.

•  조심스러운 취급과 맞춤형 조립 고정 장치가 필요합니다.

•  구부러진 부위에 가하는 하중의 양을 제한합니다.

•  무거운 커넥터나 부품의 경우 강화재를 추가해야 합니다.

•  플렉스 손상을 조기에 포착하려면 테스트와 검사가 필요합니다.

플렉스 PCB 대 리지드 플렉스 PCB

플렉스 PCB와 리지드 플렉스 PCB는 동일한 기능적 요구 사항을 충족하지만 제조 방식은 서로 다릅니다. 다음 표는 플렉스 PCB와 리지드 플렉스 PCB의 주요 차이점을 보여줍니다.

PCBasic의 Flex PCB 프로토타입 제작 서비스

PCBasic의 퀵턴 플렉스 PCB 프로토타입 제작 서비스는 모든 수준의 프로토타입 복잡성을 처리합니다. 온라인 플랫폼을 통해 거버 파일과 스택업 사양을 보내실 수 있습니다. 엔지니어의 설계 검토를 통해 굽힘 반경, 트레이스 폭, 커버레이 통로 치수에 대한 조언을 제공합니다. 고객과 제조업체 간의 소통은 실시간 이메일 및 채팅 서비스를 통해 이루어집니다.

PCBasic은 정밀 레이저 커터를 사용하여 프로토타입을 밀링한 후, 플로팅 공정을 통해 폴리이미드 필름에 구리 호일을 부착합니다. 고객의 요구 사항에 따라 커버레이 소재와 보강재를 접합합니다. 당사 내 조립 공장에서는 플렉스 사이클 절차를 통해 기능 테스트를 수행하는 동시에 부품 납땜 작업을 수행합니다. 보고서에는 사진과 테스트 기록, 그리고 완전한 문서가 포함되어 있습니다.

맺음말

플렉시블 PCB 기술은 공간 사용 최소화, 무게 감소, 조립 절차 간소화를 통해 참신한 제품 설계를 가능하게 합니다. 프로젝트 요구 사항에 따라 단면 기판, 다층 기판, 리지드 플렉스 기판 등 다양한 제품을 선택할 수 있습니다. 소재 및 배선 설계, 그리고 굽힘에 대한 고려 사항을 신중하게 계획함으로써 동작 중 신뢰성 확보가 가능합니다.

PCBasic과 같은 제조업체가 고객에게 제공하는 전문성과 신속한 프로토타입 제작 및 생산 경로. 적절한 플렉스 보드 유형을 사용하면 슬림하고 역동적인 장치를 효율적이고 확실하게 개발할 수 있습니다.