플렉스 PCB란? 종합 가이드

소개

일반적으로 플렉스 회로라고 불리는 연성 인쇄 회로 기판(PCB)은 기존의 경성 PCB 기술을 뛰어넘는 고유한 기능을 제공합니다. 유연한 구조 덕분에 사용 중에 동적으로 구부리고 접고 휘어질 수 있어 전자제품의 소형화 및 혁신이 증가함에 따라 현대 전자기기 및 제품에 필수적으로 사용되고 있습니다.

연성 PCB 기술의 기본을 이해하면 전자 제품 및 설계에서 연성 회로의 효과적인 활용을 결정하는 데 도움이 됩니다. 신뢰할 수 있는 PCBPit - 신뢰할 수 있는 PCB 제조 회사 플렉스 PCB 솔루션에 적합합니다.

 

플렉스 PCB란 무엇인가요?

플렉스 PCB

유연한 PCB 는 폴리이미드나 폴리에스테르와 같은 유연한 폴리머 소재의 유전체 베이스 레이어를 활용합니다. 전도성 구리 트레이스가 유연한 베이스 레이어에 적층되어 얇고 구부릴 수 있는 회로 기판을 만듭니다. 단단한 유리섬유 보강재가 없기 때문에 플렉스 PCB는 사용 중에 동적으로 구부러지고 뒤틀릴 수 있습니다.

플렉시블 PCB를 지칭하는 일반적인 이름입니다:

  • 플렉스 회로
  • 유연한 회로
  • 유연한 인쇄 회로
  • 플렉스 인쇄

플렉스 PCB를 구별하는 주요 특성으로는 유연성, 경량성, 동적 동작, 내구성, 구성 요소와의 통합, 공간 절약형 설계, 사용자 지정 가능성 등이 있습니다. 이러한 기능 덕분에 플렉서블 회로는 소형 휴대용 전자 기기의 복잡한 물리적, 전기적 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

 

유연한 PCB 재료 및 구조

연성 PCB의 고유한 소재와 구조 덕분에 고유한 기능을 구현할 수 있습니다. 플렉스 회로 제작의 핵심 구성 요소는 다음과 같습니다:

유전체 연성 기판

기본 유전체 층은 전도성 트레이스가 제작되는 토대를 제공합니다. 적절한 유연한 기판 소재를 선택하는 것이 중요합니다.

일반적인 옵션으로는 폴리이미드(Kapton), 폴리에스테르(PET), 폴리아미드, 플루오로폴리머(PTFE), 액정 폴리머(LCP)가 있습니다. 폴리이미드는 높은 내구성, 열적 특성 및 가성비로 인해 가장 널리 사용되는 플렉스 기판 소재입니다.

구리 호일

초박형 압연 어닐링 구리 호일이 기본 기판 위에 적층됩니다. 플렉스 PCB의 일반적인 호일 두께는 12μm~35μm(0.5온스~1온스) 범위입니다.

지휘자

구리 호일은 리소그래피 공정을 통해 패턴화되어 필요한 전도성 경로 또는 흔적을 생성합니다.

커버레이

절연 및 보호를 위해 도체 층 위에 얇고 유연한 유전체 커버레이를 적층할 수 있습니다.

본딩 접착제

아크릴 또는 에폭시 기반 접착 필름은 구리 호일과 기본 기판을 접착하고 도체로 덮는 데 사용됩니다.

보강재

열 응력으로 인한 플렉스 PCB의 주름이나 좌굴을 최소화하기 위해 다층 구조에 유전체 보강층을 추가할 수 있습니다.

마감 및 코팅

솔더 마스크는 절연 및 산화 방지를 위해 도체 패턴을 코팅합니다. 노출된 패드에는 열풍 솔더 레벨링(HASL) 또는 기타 표면 마감을 적용할 수 있습니다.

연성 PCB의 주요 특성

재료와 제작 방법은 전체 두께, 굽힘 반경, 내열성, 내화학성, 경량성 등 플렉스 회로에 특징적인 특성을 부여합니다. 이러한 특성 덕분에 플렉스 PCB는 다양한 전자 애플리케이션에 적합합니다.

연성 PCB의 특성

  • 고주파 속성 - 짧은 신호 경로와 얇은 유전체 재료는 뛰어난 고주파 성능에 기여합니다. LCP와 같은 기판은 우수한 RF 특성을 제공하므로 고주파 애플리케이션에 적합합니다.
  • 현재 등급 - 플렉시블 PCB의 전류 전달 능력은 구리 두께에 의해 제한되며, 일반적인 플렉스 회로 구조의 경우 일반적인 연속 전류 정격은 약 0.5A ~ 5A입니다.
    재료를 신중하게 선택하고 설계 규칙을 준수하면 특정 애플리케이션 요구 사항을 충족하도록 연성 PCB의 특성을 조정할 수 있습니다.

유연한 PCB 설계를 위한 고려 사항

신뢰할 수 있는 플렉스 PCB를 설계하려면 동적 굽힘 측면에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 다음은 고려해야 할 주요 지침입니다:

  • 트레이스 너비 및 간격 - 트레이스가 좁을수록 균열을 방지하기 위해 플렉스 간격을 늘려야 합니다. 동적 영역의 경우 트레이스 너비와 간격의 비율을 2:1로 유지하는 것이 좋습니다.
  • 굽힘 반경 - 벤드 축에 수직으로 트레이스를 라우팅하는 것이 필수적입니다. 정적 굽힘 영역의 경우 기본 두께의 3배 이상, 동적 굽힘 영역의 경우 10배 이상의 굽힘 반경을 유지하는 것이 중요합니다.
  • 커버레이 보이드 - 마모를 방지하려면 흔적이 노출되는 영역의 커버레이 공극을 최소화해야 합니다. 동적 굴곡 영역에서는 전략적으로 보이드 배치를 고려해야 합니다.
  • 강화 - 구부릴 때 좌굴과 주름을 방지하기 위해 다층 영역에 추가 보강재가 필요할 수 있습니다.
  • 접착제 - 동적 플렉스 애플리케이션을 위해 설계된 고성능 플렉시블 접착제를 활용하세요. 아크릴 접착제는 내구성이 뛰어난 것으로 유명합니다.
  • 비아 - 드릴 구멍 가장자리에서 균열이 전파되는 것을 방지하기 위해 적절한 환형 고리가 있는 눈물방울 모양의 비아를 사용해야 합니다.
  • 코너 - 반경이 큰 날카로운 트레이스 모서리를 둥글게 처리하면 응력 집중을 줄이는 데 도움이 됩니다. 모서리에서 각진 트레이스를 피하는 것이 좋습니다.
  • 패드 - 둥근 직사각형 모양의 패드 또는 원을 구현합니다. 구부러지는 부위의 패드는 넥다운으로 열을 완화해야 합니다.
  • 차폐 - 유연한 차폐 필름 또는 전도성 레이어는 EMI/ESD 보호에 도움이 됩니다. 전용 차폐 트레이스도 통합할 수 있습니다.

이러한 특수 지침을 준수함으로써 플렉스 PCB는 수백만 번의 굽힘 사이클을 견디고 제품 수명이 길도록 설계할 수 있습니다.

 

플렉스 PCB의 일반적인 유형 및 응용 분야

유연한 회로는 상호 연결 및 패키징 애플리케이션을 위해 다양한 구성으로 활용할 수 있습니다:

  • 유연한 상호 연결 - 유연한 기판 위에 간단한 도체 트레이스 또는 와이어 패턴을 사용하여 동적 움직임에 따라 PCB, 디스플레이 및 기타 모듈을 연결합니다.
  • 유연한 케이블 - 압연 플렉스 기판 위에 병렬 컨덕터 트레이스를 활용하여 신호, 데이터 및 전원 상호 연결을 위한 고밀도 리본 케이블을 제작할 수 있습니다.
  • 멤브레인 스위치 - 컨덕터 트레이스, 스페이서 및 유연한 오버레이를 통합하여 초박형 터치 감지 제어 스위치를 제작할 수 있습니다.
  • 플렉스 리지드 보드 - 리지드 보드와 플렉시블 섹션을 통합하여 복잡한 리지드 부분이 있는 컴팩트하게 접을 수 있는 하이브리드 PCB를 만들 수 있습니다.
  • 유연한 히터 - 플렉스 기판에 저항성 발열체를 패턴화하여 표면에 밀착할 수 있는 얇은 발열 패드와 블랭킷을 만들 수 있습니다.

플렉스 PCB의 일반적인 응용 분야로는 의료 기기, 웨어러블 기기, 로봇 공학 및 산업 기계, 소비자 가전, 자동차 전자 제품, 항공 우주 및 군사 시스템 등이 있습니다. 플렉스 회로의 유연성, 경량성, 동적 특성은 혁신적인 설계 가능성을 가능하게 합니다.

 

플렉스 PCB의 장점

유연한 PCB 기술은 몇 가지 주요 이점을 제공합니다:

  • 다이나믹 플렉싱 - 수백만 번의 움직임에도 견딜 수 있어 단단한 PCB로는 불가능한 롤링, 비틀기, 접기가 가능합니다.
  • 모양 준수 - 리지드 보드와 달리 제품 윤곽 및 하우징과 긴밀하게 통합할 수 있습니다.
  • 경량 - 경질 라미네이트에 비해 매우 낮은 질량을 나타내므로 휴대용 및 웨어러블 기기에 적합합니다.
  • 씬 폼 팩터 - 컴팩트한 로우 프로파일 회로를 제작하여 좁은 공간에 적합하고 제품을 더 얇게 만들 수 있습니다.
  • 내구성 - 유연한 구조로 진동과 기계적 충격에 강합니다.
  • 고밀도 - 상호 연결이 통합되어 외부 케이블과 커넥터가 필요 없습니다.
  • 사용자 지정 모양 - 2D 모양과 윤곽선을 무제한으로 제작할 수 있습니다.
  • 부드럽고 유연한 - 완전한 전자 시스템을 패브릭에 통합할 수 있습니다.
  • 신뢰성 - 적절한 설계로 플렉스 수명 동안 일관된 성능을 제공합니다.
  • 비용 절감 - 조립을 간소화하고 커넥터의 필요성을 줄이며 총 제품 비용을 절감할 수 있습니다.
 

도전 과제와 한계

유연한 PCB 기술은 많은 이점을 제공하지만 다음과 같은 한계도 있습니다:

  • 제한된 레이어 및 밀도 - 일반적으로 1~6개의 레이어를 허용하여 회로의 복잡성을 제한합니다. 고밀도 다층 플렉스는 아직 개발 중입니다.
  • 낮은 전류 정격 - 구리 두께는 전류 전달 용량을 제한하며, 일반적으로 5A 미만입니다.
  • 도전적인 조립 - 유연한 기판에 적합한 특수 SMT 공정이 필요합니다.
  • 마모되기 쉬운 - 동적 플렉스 간격이 부적절하면 균열 및 도체 고장으로 이어질 수 있습니다.
  • 백업 구조 요구 사항 - 플렉스 회로는 완벽한 시스템 통합을 위해 견고한 프레임이나 인클로저에 조립해야 합니다.
  • 열 관리 문제 - 단열 폴리머 기판은 열 방출을 방해합니다.
  • 환경 피해에 취약함 - 환경 피해를 완화하기 위해 추가적인 보호 캡슐화가 필요합니다.

건전한 설계 관행과 재료의 발전을 통해 이러한 한계를 해결하고 플렉스 PCB의 기능을 확장하기 위한 지속적인 노력이 이루어지고 있습니다.

 

연성 PCB와 리지드 PCB의 비교

리지드 PCB 기술은 많은 애플리케이션에 적합하지만, 경우에 따라서는 플렉시블 PCB 구현으로 전환하는 것이 유리할 수 있습니다. 다음은 연성 PCB와 리지드 PCB를 비교한 것입니다:

파라미터 연성 PCB 경성 PCB 구성 폴리머 유전체(PI, PET) 경성 라미네이트(FR4) 레이어 일반적으로 1~6레이어 최대 30레이어 이상 특징 미세한 라인 트레이스 가능, 작은 비아 초미세 피처 가능(<3 mil) 밀도 중간 밀도 매우 높은 밀도 가능 열전도율 폴리머를 통한 열전도 양호 전류 용량 일반적으로 <5A 고전류 가능 조립 특수 SMT 공정 필요 표준 SMT 조립 모양 모든 2D 윤곽 생성 가능 직사각형 기판으로 제한 굽힘 반경 동적 굴곡 가능 굽힘 반경 거의 없음 비용 $$ $$$$

리지드 PCB는 대부분의 복잡성, 밀도 및 전력 애플리케이션에 적합하지만, 플렉스 PCB는 공간 제약이 있는 모바일 설계에 필요한 기계적 유연성을 제공합니다. 최적의 솔루션은 리지드-플렉스 PCB에 두 기술을 모두 통합하여 두 기술의 장점을 모두 활용하는 경우가 많습니다.

 

플렉시블 PCB의 미래 트렌드

다음은 연성 PCB 기술의 지속적인 발전을 이끄는 몇 가지 주요 트렌드입니다:

  • 더 얇은 구조 - 플렉시블 레이어 두께를 1밀리미터까지 줄여 구부러짐을 개선합니다.
  • 더 작은 기능 - 트레이스 폭과 간격을 2밀리미터까지 좁혀 통합성을 높입니다.
  • 향상된 재료 - 더 나은 전기 및 고주파 성능을 위한 LCP와 같은 새로운 기판.
  • 미세 피치 구성 요소 - 플렉스 PCB에 초미세 피치 IC를 직접 표면 실장할 수 있습니다.
  • 고밀도 플렉스 - 최대 12개의 전도성 레이어를 갖춘 유연한 다층 기판 개발.
  • 패시브 포함 - 플렉서블 레이어 내에 얇은 임베디드 저항과 커패시터를 통합합니다.
  • 신축성 있는 회로 - 새로운 소재를 채택하여 유연한 PCB가 늘어나고 변형될 수 있도록 합니다.
  • 적층 가공 - 감산식 에칭에서 인쇄 또는 도금 공정을 사용한 적층식 제조로 전환합니다.
  • 3D 구조화된 플렉스 회로 - 평면을 벗어난 플렉스 회로 구조를 제작하는 기술.
 

재료 과학과 제조 공정이 발전함에 따라 플렉스 PCB 기술은 이전에는 불가능했던 더욱 혁신적인 전자 제품 설계의 문을 열어줄 것입니다.

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