새로운 아이디어 발굴: 연성 PCB의 세계로 떠나는 나의 여정

수년 동안 저는 견고한 인쇄 회로 기판으로 알려진 믿을 수 있고 일반적인 녹색 기판을 사용해 왔습니다. 그것들은 제가 만드는 데 도움을 준 많은 전자 장치의 기초가 되었습니다. 그러나 기술이 발전하면서 더 작고 가벼우며 더 복잡한 디자인이 필요해지면서 문제에 직면했습니다. 기존 회로 기판의 강성이 실제 문제가 되고 있었습니다. 그때부터 저는 연성 PCB에 대해 배우기 시작했고, 그것은 전자 제품 설계에서 할 수 있는 일에 대한 제 견해를 완전히 바꾸어 놓았습니다.

이 기사는 저처럼 일반적인 전자 제품을 뛰어넘고 싶은 사람들을 위한 것입니다. 회로를 구부리고, 비틀고, 접을 수 있게 해주는 기술인 연성 인쇄 회로 기판(FPC)의 세부 사항을 살펴보겠습니다. 그것을 특별하게 만드는 재료, 사용할 수 있는 다양한 종류, 그리고 그것들이 가져다주는 놀라운 이점에 대해 배우게 될 것입니다. 제가 배운 것을 공유하여 현대 전자 제품에 진지한 사람이라면 누구나 플렉스 PCB에 대해 아는 것이 왜 필수적인지 보여드리겠습니다.

유연성 인쇄 회로 기판이란 정확히 무엇입니까?

저는 아직도 연성 인쇄 회로 기판을 처음 보았던 때를 기억합니다. 그것은 하드웨어라기보다는 미래적인 리본처럼 보였습니다. 연성 PCB는 기본적으로 얇고 구부릴 수 있는 베이스 재료에 전기 경로를 배치한 것입니다. 연결부를 손상시키지 않고 구부리고 비틀 수 있는 회로 기판을 상상해 보세요. 딱딱한 것들과 달리 이러한 회로는 내부에 있는 제품의 모양에 맞게 만들어집니다. 이 주요 기능이 연성 회로를 현대의 소형 전자 제품의 핵심 부품으로 만드는 것입니다.

연성 인쇄 회로 기판은 다른 PCB와 동일한 작업을 수행합니다. 즉, 전자 부품을 연결하고 고정합니다. 그러나 일반적으로 폴리머 필름인 연성 기판에 제작되는 방식이 다릅니다. 이를 통해 연성 회로는 움직이는 부품을 연결하거나 홀수 모양의 영역에 맞추는 것과 같이 딱딱한 회로 기판을 사용할 수 없는 곳에서 사용할 수 있습니다. 이 기술은 오랫동안 존재해 왔지만 더 작고 휴대성이 뛰어난 전자 장치에 대한 필요성 때문에 매우 빠르게 성장했습니다.

유연성 PCB는 경성 PCB와 어떻게 다른가요?

연성 전자 제품을 살펴보기 시작했을 때 가장 분명한 차이점은 물론 구부릴 수 있다는 것이었습니다. 그러나 더 많이 배울수록 차이점이 단순히 구부릴 수 있다는 것 이상이라는 것을 알게 되었습니다. 딱딱한 PCB는 종종 유리 섬유 재료의 일종인 FR-4와 같은 단단하고 딱딱한 베이스를 사용합니다. 이것은 그것을 강하고 안정적으로 만듭니다. 그러나 연성 PCB는 구부리고 휘어질 수 있는 폴리이미드와 같은 구부릴 수 있는 베이스 재료를 사용합니다. 재료의 이러한 기본적인 차이점은 사용 방법을 결정합니다. 딱딱한 PCB는 데스크톱 컴퓨터와 같은 큰 제품에 적합하고 연성 PCB는 스마트폰 및 웨어러블과 같은 작은 장치에 필수적입니다.

제작 방식에도 중요한 차이점이 있습니다. 예를 들어, 솔더 마스크 대신 연성 회로는 일반적으로 회로망을 위한 구부릴 수 있는 보호 필름인 "커버레이"를 사용합니다. 비용도 또 다른 큰 요소입니다. 처음에는 연성 회로를 만드는 데 딱딱한 회로 기판보다 비용이 더 많이 드는 경우가 많습니다. 그러나 제품을 더 작게 만들고 커넥터와 전선의 필요성을 없앨 수 있기 때문에 조립 비용과 재료비를 절약할 수 있습니다. 저는 이러한 "숨겨진 절감액"이 종종 연성 PCB를 복잡한 설계에 대한 더 현명한 돈 선택으로 만든다는 것을 보았습니다.

플렉스 PCB는 어떤 재료로 만들어지나요?

연성 PCB를 특별하게 만드는 것은 그것을 만드는 데 사용되는 재료입니다. 선택하는 재료는 보드의 구부릴 수 있는 능력, 수명, 열 처리 방식에 직접적인 영향을 미칩니다. 제 경험상 제품이 잘 작동하고 오래 지속되도록 설계하려면 이러한 재료를 이해하는 것이 매우 중요합니다.

다음은 사용되는 주요 재료 목록입니다.

제가 가장 자주 본 베이스 재료는 폴리이미드(PI)입니다. 높은 온도를 견딜 수 있다는 사실은 힘든 작업에 매우 강력합니다. 도체는 거의 항상 구리이며, 회로 패턴을 형성하기 위해 에칭됩니다. 얇은 보호 코팅(예: ENIG (무전해 니켈 침지 금), 침지 은또는 침지 주석)을 녹을 방지하고 납땜을 돕기 위해 도포합니다.

다양한 종류의 연성 PCB가 있습니까?

딱딱한 보드와 마찬가지로 연성 PCB는 몇 가지 다른 유형으로 제공되며 각각 다른 용도에 적합합니다. 최종 제품의 작동 방식과 비용에 따라 올바른 종류의 연성 회로를 선택하는 것이 매우 중요하다는 것을 알게 되었습니다. 일반적으로 도체 층의 수에 따라 정렬됩니다.

다음은 제가 많이 사용하는 일반적인 유형의 연성 회로입니다.

• 단면 연성 회로: 이것들은 가장 기본적인 종류의 플렉스 PCB입니다. 그들은 유연한 유전체 필름의 한쪽에 하나의 도체 층을 가지고 있습니다. 저는 그것들이 설치할 때 보드를 한 번만 구부리는 간단한 용도에 적합하다고 생각합니다. 계산기나 프린터의 움직이는 헤드와 같은 것에서 이러한 것들을 자주 찾을 수 있습니다.
• 양면 연성 회로: 이 보드는 베이스의 각 면에 하나씩 두 개의 도체 층을 가지고 있습니다. 도금된 관통 구멍(PTH)은 두 층을 연결하는 데 사용됩니다. 이 설계를 통해 더 복잡하고 조밀한 회로를 가질 수 있으므로 디지털 카메라 및 휴대폰과 같은 것들에 대한 인기 있는 옵션입니다.
• 다층 플렉스 회로: 정말 복잡한 작업의 경우 다층 플렉스 회로가 적합합니다. 이것들은 도금된 관통 구멍 또는 마이크로 비아를 통해 연결된 몇 개의 단면 또는 양면 회로를 함께 접착합니다. 저는 작은 공간에 많은 연결이 필요한 의료 기기 및 GPS 장치와 같은 최상위 제품에서 이러한 것들을 사용했습니다.
• 리지드-플렉스 PCB: 이것은 두 종류의 장점을 결합한 혼합입니다. 리지드-플렉스 PCB는 딱딱한 회로 기판과 연성 회로를 하나의 연결된 장치로 결합합니다. 이것은 딱딱한 보드 사이의 커넥터의 필요성을 없애므로 더 안정적이고 조립하기 쉽습니다.

또한 다음과 같은 특별한 종류도 있습니다. HDI(고밀도 상호 연결) 연성 PCB. 이것들은 매우 얇은 재료와 마이크로 비아 최고의 성능과 가장 작은 크기가 필요한 제품에 적합합니다.

Flex 사용의 실제적인 이점은 무엇입니까?

제가 처음 프로젝트에 연성 PCB를 사용하기 시작했을 때 장점이 바로 분명해졌습니다. 그것은 단지 구부릴 수 있다는 것이 아니었습니다. 그것은 설계 자유와 작동 방식의 기본적인 변화였습니다. 연성 인쇄 회로 기판의 많은 장점은 새로운 제품을 만드는 데 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

다음은 제가 직접 본 주요 이점 중 일부입니다.

• 더 적은 공간과 무게: 이것은 종종 가장 많이 이야기되는 이점입니다. 플렉스 회로는 매우 얇고 가볍습니다. 저는 구식 딱딱한 보드와 전선 설정을 사용하는 것에 비해 제품이 최대 75% 더 가벼워지는 것을 보았습니다. 이것은 항공 우주와 가벼운 웨어러블을 만드는 것과 같은 영역에서 매우 중요합니다.
• 더 안정적이고 오래 지속됩니다. 종종 문제를 일으키는 커넥터를 제거함으로써 플렉스 및 리지드-플렉스 설계는 시스템의 신뢰성을 크게 향상시킵니다. 폴리이미드 재료는 또한 딱딱한 보드 재료보다 흔들림과 극한의 열을 더 잘 처리할 수 있습니다.
• 설계 자유와 구부림: 플렉스 회로는 구부리고, 접고, 3D로 모양을 만들 수 있습니다. 이것은 제가 딱딱한 회로 기판으로는 불가능한 작고 홀수 모양의 제품에 들어갈 수 있는 전자 제품을 설계할 수 있게 해주었습니다.
• 더 나은 열 제거: 연성 PCB는 매우 얇기 때문에 종종 더 두꺼운 딱딱한 사촌보다 열을 관리하고 제거하는 데 더 나은 역할을 합니다.
• 더 낮은 조립 비용과 시간: 플렉스 PCB는 처음에는 비용이 더 많이 들 수 있지만 시간이 지남에 따라 많은 돈을 절약할 수 있습니다. 두꺼운 전선 설정을 대체함으로써 더 적은 재료를 사용하고, 더 적은 작업이 필요하며, 조립 중에 실수를 할 가능성이 줄어듭니다.

유연성 인쇄 회로(Flexible Printed Circuits)는 어떻게 제조됩니까?

연성 회로 기판을 만드는 과정은 딱딱한 PCB를 만드는 것과 유사하지만 재료가 구부릴 수 있기 때문에 중요한 차이점이 있습니다. 이러한 기본 단계를 알면 더 쉽고 저렴하게 만들 수 있는 연성 회로를 설계하는 데 도움이 되었습니다.

이 과정은 일반적으로 다음과 같은 주요 단계를 포함합니다.

1. 재료 준비: 이 과정은 올바른 연성 기판(예: 폴리이미드) 및 구리 호일을 선택하는 것으로 시작됩니다. 그들은 종종 이미 함께 접착되어 있습니다. 그런 다음 재료를 생산 시트에 맞는 크기로 자릅니다.
2. 드릴링: 부품 및 비아용 구멍이 재료에 드릴링됩니다. 조밀한 설계의 경우 레이저가 종종 작은 마이크로 비아.
3. 구리 도금: 구리 층이 드릴링된 구멍에 삽입됩니다(이를 관통 구멍 도금이라고 함) 양면 및 다층 보드의 층 간에 전기적 연결을 만듭니다.
4. 회로 이미징 및 에칭: 감광성 재료가 구리에 도포됩니다. 회로 패턴이 있는 마스크를 사용하여 UV 광선을 비춥니다. 빛에 노출되지 않은 부분과 그 아래의 구리는 화학 물질로 씻어내어 회로 설계에 필요한 전기 경로를 남깁니다.
5. 커버레이 적용: 솔더 마스크 대신 커버레이 (접착제가 있는 폴리이미드 층)가 보드에 도포되어 구리 회로를 습기와 손상으로부터 보호합니다. 구성 요소 패드에 대한 개구부가 남습니다.
6. 표면 마감: 녹으로부터 열린 구리 패드를 보호하고 납땜을 준비하기 위해 표면 마감이 도포됩니다. 일반적인 유형에는 ENIG, OSP (유기 납땜성 보존제), 침지 은또는 침지 주석.
7. 보강재 적용: 설계에 필요한 경우 FR-4 또는 더 두꺼운 폴리이미드와 같은 재료로 만든 보강재가 구성 요소를 지원하기 위해 특정 지점에 부착됩니다.
8. 테스트 및 절단: 완성된 보드는 단선 또는 단락이 없는지 확인하기 위해 전기적으로 테스트됩니다. 그런 다음 주 생산 시트에서 잘라냅니다.

리지드-플렉스 PCB란 무엇이며 언제 사용해야 할까요?

저는 종종 리지드-플렉스 PCB에 대해 질문을 받는데, 그것은 당연합니다. 그것들은 회로 기판 기술의 강력한 진전입니다. 리지드-플렉스 PCB는 딱딱한 회로와 연성 회로의 최고의 기능을 가진 하이브리드 보드입니다. 그것은 내장된 연성 회로에 의해 매끄럽게 결합된 딱딱한 회로 기판 부품으로 만들어집니다. 이것은 최종 제품의 모양에 맞게 구부리거나 접을 수 있는 단일 PCB를 만듭니다.

의 가장 큰 이점은 표준 커넥터, 케이블 및 일반적으로 별도의 딱딱한 보드를 연결하는 솔더 조인트의 필요성을 없애는 것입니다. 이것은 엄청난 양의 공간을 절약할 뿐만 아니라 실패할 수 있는 지점을 제거하여 시스템을 훨씬 더 안정적으로 만듭니다. 저는 리지드-플렉스 설계가 공간이 좁고 내구성이 매우 뛰어나야 하는 복잡하고 위험도가 높은 제품에 적합하다는 것을 알았습니다. 리지드 플렉스 PCB 그렇다면 언제 리지드-플렉스 설계를 선택하는 것이 좋을까요? 저는 매우 안정적이어야 하고 공간이 제한적이며 견고함이 중요한 복잡한 작업에 그것들을 제안합니다. 예로는 군사 장비, 항공 우주 시스템 및 심박 조율기와 같은 고급 의료 기기가 있습니다. 처음에는 표준 플렉스 또는 딱딱한 PCB보다 만들기가 더 어렵고 비용이 더 많이 들지만 더 쉬운 조립, 더 가벼운 무게, 더 작은 크기 및 더 나은 신뢰성으로 인해 추가 비용이 종종 가치가 있습니다.

연성 PCB의 사용은 지난 10년 동안 매우 빠르게 증가했습니다. 공간을 절약하고, 더 가볍고, 흔들림을 처리하는 특별한 능력은 전자 산업의 거의 모든 부분에서 필수적이 되었습니다. 저는 그것들이 광범위한 제품에 사용되는 것을 볼 기회가 있었습니다.

유연성 PCB의 가장 일반적인 응용 분야는 무엇입니까?

다음은 연성 인쇄 회로가 사용되는 가장 일반적인 영역 중 일부입니다.

이것은 아마도 가장 큰 시장일 것입니다. 연성 회로는 현대 스마트폰, 태블릿, 디지털 카메라 및 웨어러블의 핵심 부품입니다. 그것들은 이러한 매우 혼잡한 장치에서 화면, 카메라 부품 및 기타 구성 요소를 연결합니다. 잘 알려진 접는 스마트폰은 작동 중인 연성 전자 제품의 좋은 예입니다.

• 소비자 가전: 자동차 산업은 대시보드 패널, ABS 제어 시스템 및 자동차 지붕 라이닝에 배치된 회로와 같은 것들에 대해 플렉스 회로를 점점 더 많이 사용합니다. 흔들림에 강하기 때문에 후드 아래의 거친 조건에 완벽합니다.
• 자동차: 의학에서 신뢰성은 가장 중요한 것입니다. 연성 및 리지드-플렉스 PCB는 보청기 및 심박 조율기에서 의료 영상 장비에 이르기까지 모든 종류의 것들에 사용됩니다. 신체에 안전하고 작고 편안한 디자인에 맞출 수 있다는 사실은 의료 임플란트 및 웨어러블에 대한 핵심 이점입니다.
• 의료 기기: 항공 우주 및 군사:
• 이러한 중요한 분야에서 연성 PCB의 가벼운 무게와 강도는 매우 중요합니다. 그것들은 극한의 열과 흔들림을 처리할 수 있을 만큼 충분히 강해야 하는 위성, 비행기 전자 제품 및 GPS 시스템에 사용됩니다. 연성 회로 기판에 대한 설계를 만드는 것은 딱딱한 기판에 대한 설계를 만드는 것과 다릅니다. 저는 제 첫 번째 프로젝트 중 하나에서 어려운 방법으로 이것을 알아냈습니다. 특히 많이 구부러지는 부품의 경우 안정적인지 확인하려면 따라야 할 특정 설계 규칙이 있습니다. 이것들을 무시하면 전기 경로가 갈라지고 조기에 고장날 수 있습니다.

Flex 회로 기판에 대한 특별한 설계 규칙이 있습니까?

다음은 구부릴 수 있는 부품으로 회로 기판 설계를 만들 때 항상 따르는 몇 가지 매우 중요한 규칙입니다.

부드러운 굽힘 사용:

• 날카로운 모서리는 응력을 유발합니다. 항상 날카로운 90도 회전 대신 큰 굽힘 반경이 있는 곡선 트레이스를 사용하십시오. 좋은 가이드는 굽힘 반경을 연성 재료보다 최소 10배 더 두껍게 만드는 것입니다. 트레이스 엇갈리게 하기:
• 양면 또는 다층 플렉스 회로에서 구부러지는 영역에서 트레이스를 서로 바로 위에 놓지 마십시오. 반대쪽에 엇갈리게 배치하면 응력이 더 잘 분산됩니다. 굽힘을 가로질러 도체 배선:
• 도체 라인은 가능한 경우 굽힘 선을 가로질러 똑바로 실행되어야 합니다. 이것은 구리 트레이스가 휘어질 때 응력을 덜 가합니다. 부드러운 전환 만들기:
• 트레이스의 너비가 갑자기 변경되지 않도록 하십시오. 트레이스를 더 작게 만들어야 하는 경우 날카로운 단계 대신 완만한 경사를 사용하십시오. 비아를 굽힘 영역에서 멀리 유지:
• 도금된 관통 구멍과 비아는 딱딱한 부품입니다. 구부려야 하는 지점에 그것들을 놓으면 큰 문제가 발생합니다. 보드의 평평하고 구부러지지 않는 부분 또는 리지드-플렉스 설계의 딱딱한 섹션에 그것들을 유지하십시오. 제조업체와 이야기하는 것도 매우 중요합니다. 그들은 제조 방식과 사용하는 재료에 따라 특정 DFM(제조 가능성을 위한 설계) 규칙을 제공할 수 있습니다.

추세를 부인할 수 없습니다. 연성 PCB는 더 이상 특별한 기술이 아닙니다. 그것들은 일반적인 솔루션입니다. 제가 전자 산업에서 서 있는 곳에서 그것들이 그렇게 인기를 얻은 이유는 분명합니다. 그것은 시장이 원하는 것과 기술의 개선의 조합입니다. 더 작고, 더 가볍고, 더 강력한 전자 제품에 대한 끊임없는 추진력이 주된 이유입니다. 큰 커넥터가 있는 일반적인 딱딱한 PCB는 오늘날의 웨어러블, 새로운 스마트폰 및 IoT 센서의 작은 공간에 맞출 수 없고 무게 제한을 충족할 수 없습니다.

왜 연성 PCB가 점점 더 인기를 얻고 있을까요?

또한 연성 회로 기판의 신뢰성은 사람의 몸 내부에서 우주 공간에 이르기까지 가장 어려운 곳에서 입증되었습니다. 자동차 및 의료 기기와 같은 산업에서 더 고급 기술을 사용함에 따라 흔들림과 지속적인 움직임을 처리할 수 있는 강력하고 안정적인 연결에 대한 필요성이 크게 증가했습니다. 복잡한 3D 회로 기판 설계를 만들 수 있는 능력은 또한 엔지니어와 PCB 설계자가 더 창의적으로 될 수 있도록 하는 새로운 아이디어의 물결을 시작했습니다.

마지막으로 재료 비용이 더 많이 들 수 있지만 총 소유 비용은 종종 더 낮습니다. 더 적은 부품(예: 케이블 및 커넥터)을 사용하고 조립 프로세스를 더 쉽게 만들면 조립 비용이 낮아지고 실수를 할 가능성이 줄어듭니다. 그것들을 만드는 방법이 더 좋아지고 접근하기 쉬워짐에 따라 연성 및 리지드-플렉스 PCB의 사용이 더욱 증가하여 고급 전자 제품의 미래를 형성할 것이라고 믿습니다.

연성 PCB는 일반적으로

기억해야 할 주요 사항:

• 와 같은 구부릴 수 있는 베이스 재료로 만들어져 구부리고 접을 수 있습니다. 폴리이미드그것들은
• 무게와 크기 를 줄이고, 더 나은신뢰성 을 가지고, 더 많은설계 자유 를 허용하는 데 큰 이점을 제공합니다. 딱딱한 회로 기판보다.
• 주요 유형은 단면, 양면, 다층 및 리지드-플렉스 PCB로, 딱딱한 기술과 연성 기술을 혼합합니다.
• 부드러운 굽힘을 사용하고 트레이스를 엇갈리게 하는 것과 같은 특별한 설계 규칙은 플렉스 회로.
• 의 수명에 매우 중요합니다. 전자 제품 모든 산업에서 더 작고, 더 가볍고, 더 창의적인 에 대한 증가하는 필요성은 연성 인쇄 회로