연성 PCB란? 유형, 장점 및 응용 분야

작고 가벼우며 적응성이 뛰어난 회로 기판에 대한 수요가 그 어느 때보다 높습니다. 전자 기기의 설계 및 제조 방식에 혁신을 가져온 연성 인쇄 회로 기판을 소개합니다. 구부리고, 접고, 다양한 모양에 맞출 수 있는 연성 PCB는 엔지니어와 디자이너 모두에게 가능성의 세계를 열어주었습니다. 이 포괄적인 가이드에서는 연성 PCB의 고유한 특성, 유형, 장점 및 산업 전반의 다양한 응용 분야를 살펴보면서 연성 PCB의 복잡성에 대해 자세히 알아볼 것입니다.

플렉시블 PCB란?

플렉스 회로 또는 연성 인쇄 회로라고도 하는 연성 PCB는 표면에 전도성 트레이스가 에칭된 얇고 유연한 기판으로 구성된 특수한 유형의 인쇄 회로 기판입니다. 유리섬유와 같이 단단하고 유연하지 않은 재료로 만들어진 기존의 경질 PCB와 달리, 연성 PCB는 일반적으로 폴리이미드 또는 폴리에스테르와 같은 유연한 폴리머 기판을 사용합니다. 이러한 유연성 덕분에 회로 기판을 구부리고, 접고, 다양한 모양에 맞출 수 있어 공간이 제한적이거나 장치가 불규칙한 표면에 적응해야 하는 애플리케이션에 이상적입니다.

연성 PCB의 기본 구조는 유전체 기판 필름, 전도성 층, 보호 커버레이의 세 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다. 유전체 기판 필름은 일반적으로 폴리이미드(PI) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 만들어지며 전도성 층에 전기 절연 및 기계적 지지력을 제공합니다. 일반적으로 구리로 만들어진 전도성 층은 기판 위에 에칭되어 원하는 회로 패턴을 만듭니다. 구리는 애플리케이션 요구 사항에 따라 전착(ED) 또는 압연 어닐링(RA) 방식으로 제작할 수 있습니다. 전도성 층 위에 폴리이미드 또는 연성 솔더 마스크와 같은 얇은 절연 재료 층을 적용하여 손상 및 환경 요인으로부터 전도성 층을 보호합니다.

이러한 기본 구성 요소 외에도 연성 PCB에는 레이어를 서로 접착하기 위한 접착 재료와 구성 요소 또는 커넥터를 추가로 지원하기 위해 특정 영역에 보강재가 포함될 수 있습니다. 연성 PCB를 경성 PCB와 차별화하는 주요 특성은 유연성, 얇음, 경량성입니다. 이러한 특성 덕분에 플렉스 회로는 기존의 리지드 PCB가 비실용적이거나 불가능한 애플리케이션에 사용할 수 있습니다. 플렉시블 PCB는 전기적 성능 저하 없이 반복적인 구부림과 접힘을 견딜 수 있어 동적인 환경에서 내구성과 신뢰성이 뛰어납니다.

플렉시블 PCB를 리지드 PCB와 결합하여 리지드-플렉스 PCB로 알려진 하이브리드 디자인을 만들 수 있습니다. 이 기판은 연성 및 경성 섹션을 모두 통합하여 설계 유연성과 기능을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 리지드 플렉스 PCB는 접이식 스마트폰이나 의료 기기와 같이 회로 기판이 고정된 부품과 움직이는 부품 사이를 전환해야 하는 애플리케이션에 특히 유용합니다.

연성 PCB의 종류

연성 PCB는 다양한 구성으로 제공되며, 각 구성은 특정 애플리케이션 요구 사항을 충족하도록 설계되었습니다. 레이어 구성과 디자인 구성에 따라 분류할 수 있습니다.

레이어 구성

연성 PCB는 단면, 양면 또는 다층으로 구성될 수 있습니다. 단면 연성 회로는 가장 간단하고 비용 효율적인 유형으로, 연성 기판의 한 면에 단일 전도성 층으로 구성됩니다. 간단한 센서나 인터커넥트처럼 부품 밀도가 낮고 복잡성이 최소화되어야 하는 애플리케이션에 이상적입니다. 양면 연성 회로는 기판의 양면에 전도성 층이 있고 도금된 스루홀(PTH)로 연결됩니다. 단면 설계에 비해 회로 밀도와 전력 처리 능력이 향상되며 디지털 카메라, 모바일 장치, 컴퓨터 주변기기와 같은 애플리케이션에 일반적으로 사용됩니다. 다층 연성 회로는 절연 층으로 분리되고 PTH로 상호 연결된 3개 이상의 전도성 층으로 구성됩니다. 항공우주, 군사, 첨단 의료 기기 등 높은 회로 밀도가 요구되는 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. 다층 플렉스 회로는 뛰어난 성능을 제공하지만 단면 또는 양면 회로에 비해 제조 비용이 더 비싸고 제조가 까다롭습니다.

디자인 구성

연성 PCB는 설계 구성에 따라 리지드-플렉스 PCB와 고밀도 인터커넥트(HDI) 연성 PCB로 분류할 수도 있습니다. 리지드-플렉스 PCB는 리지드 PCB와 플렉시블 PCB의 장점을 결합한 것으로, 하나 이상의 리지드 PCB 섹션과 플렉시블 PCB 섹션으로 연결된 리지드 PCB 섹션으로 구성됩니다. 이 구성은 3차원 패키징과 신뢰성 향상을 가능하게 하며, 유연한 섹션은 리지드 보드 사이에 커넥터나 와이어가 필요 없기 때문입니다. 리지드 플렉스 PCB는 소비자 가전, 자동차 시스템 및 의료 기기에서 널리 사용됩니다. HDI 플렉스 회로는 미세한 피처와 마이크로 비아가 있는 매우 고밀도 회로를 수용하도록 설계되었습니다. 이러한 고급 플렉스 회로는 표준 플렉스 PCB에 비해 뛰어난 전기적 성능과 소형화 기능을 제공합니다. HDI 플렉스 회로는 5G 통신 장치나 첨단 웨어러블 전자기기와 같이 고속 신호 전송이 필요한 애플리케이션에 필수적입니다.

기타

이러한 주요 범주 외에도 조각형 연성 회로 및 부품 통합 연성 회로와 같은 특수한 유형의 연성 PCB도 있습니다. 조각형 플렉스 회로는 전도성 층의 두께가 다양하여 특정 영역에서 임피던스를 제어하고 유연성을 향상시킬 수 있습니다. 반면 부품 통합형 연성 회로는 전자 부품이 연성 기판에 직접 내장되어 있어 매우 얇고 컴팩트한 패키지를 구현할 수 있습니다.

연성 PCB의 장점

연성 PCB는 기존의 경성 PCB에 비해 다양한 이점을 제공하므로 다양한 애플리케이션에 매력적인 선택이 될 수 있습니다.

유연성 및 적합성

연성 PCB의 가장 확실한 장점은 구부리고, 접고, 좁은 공간과 불규칙한 모양에 맞출 수 있다는 점입니다. 이러한 유연성 덕분에 설계자는 기기의 폼 팩터에 구애받지 않고 사용 가능한 공간에 맞게 회로 기판을 조정할 수 있으므로 더욱 컴팩트하고 인체공학적인 기기를 제작할 수 있습니다.

무게 감소

연성 PCB는 경성 PCB보다 훨씬 가벼우며, 무게가 최대 75% 더 가벼운 경우가 많습니다. 이러한 무게 감소는 항공우주, 드론, 웨어러블 디바이스 등 1그램이 중요한 애플리케이션에서 매우 중요합니다.

3D 애플리케이션의 공간 절약

유연한 PCB의 적합성 덕분에 3차원 패키징이 가능하므로 설계자는 디바이스 내에서 사용 가능한 공간을 최대한 활용할 수 있습니다. 이는 스마트폰, 스마트워치, 의료용 임플란트와 같이 공간이 매우 중요한 애플리케이션에서 특히 유용합니다.

향상된 안정성

플렉시블 PCB는 커넥터나 전선 없이 구성 요소를 직접 연결할 수 있기 때문에 리지드 PCB보다 상호 연결이 더 적게 필요한 경우가 많습니다. 이렇게 상호 연결이 줄어들면 잠재적인 고장 지점이 줄어들기 때문에 신뢰성이 향상됩니다.

열 관리 개선

연성 PCB의 얇고 가벼운 특성 덕분에 경질 PCB에 비해 열 방출이 더 잘 이루어집니다. 이렇게 열 관리가 개선되면 전자 부품의 수명을 연장하고 소형 디바이스의 과열을 방지하는 데 도움이 됩니다.

진동 및 충격에 대한 내성

플렉스 회로의 유연성 덕분에 단단한 PCB보다 진동과 충격을 더 잘 견딜 수 있습니다. 이는 자동차, 항공우주 및 산업 환경과 같이 열악한 환경에 노출되는 애플리케이션에서 특히 중요합니다.

고밀도 패키징 기능

유연한 PCB는 좁은 공간에 맞출 수 있고 HDI 플렉스 회로 기술을 사용할 수 있기 때문에 고밀도 부품 배치를 수용할 수 있습니다. 이를 통해 설계자는 성능 저하 없이 더 작고 기능이 풍부한 장치를 만들 수 있습니다.

조립 시간 및 비용 절감

연성 PCB는 기판 사이에 커넥터와 전선이 필요 없기 때문에 조립 공정을 간소화하고 전체 제조 비용을 절감할 수 있습니다. 특히 리지드 섹션과 플렉시블 섹션을 하나의 통합된 보드에 통합하는 리지드-플렉스 PCB의 경우 더욱 그렇습니다.

제품 설계의 자유도 향상

플렉스 회로의 유연성과 적합성 덕분에 설계자는 혁신적이고 심미적으로 만족스러운 제품을 더 자유롭게 만들 수 있습니다. 플렉시블 PCB는 경질 PCB만으로는 불가능한 독특한 폼 팩터와 디자인을 구현할 수 있습니다.

동적 굴곡 애플리케이션의 내구성 강화

힌지 또는 접이식 메커니즘과 같이 반복적으로 구부리거나 구부려야 하는 애플리케이션에서 연성 PCB는 경질 PCB 또는 기존 배선에 비해 뛰어난 내구성을 제공합니다. 전기적 성능 저하 없이 동적 굴곡을 견딜 수 있기 때문에 플렉스 회로는 이러한 까다로운 애플리케이션에 이상적입니다.

부피가 큰 와이어 하네스 교체 가능

유연한 PCB는 복잡하고 부피가 큰 와이어 하네스를 대체하여 전체 시스템 설계를 간소화하고 무게와 공간 요구 사항을 줄일 수 있습니다. 이는 배선이 전체 시스템 무게의 상당 부분을 차지할 수 있는 자동차 및 항공우주 애플리케이션에서 특히 유용합니다.

연성 PCB의 단점

연성 PCB는 많은 장점에도 불구하고 설계자가 특정 애플리케이션에 사용할지 여부를 결정할 때 고려해야 하는 몇 가지 단점도 있습니다.

더 높은 초기 비용

리지드 PCB에 비해 플렉시블 PCB는 초기 설계 및 제조 비용이 더 높은 경우가 많습니다. 이는 플렉스 회로를 생산하는 데 필요한 특수 재료, 공정 및 장비 때문입니다. 특히 예산이 빠듯하거나 생산량이 적은 일부 애플리케이션의 경우 높은 비용이 장벽이 될 수 있습니다.

더 복잡한 디자인 프로세스

연성 PCB를 설계하려면 관련된 재료, 기계적 특성 및 제조 공정에 대한 심층적인 이해가 필요합니다. 설계자는 굽힘 반경, 재료 선택, 레이어 스택업과 같은 요소를 고려하여 플렉스 회로가 의도한 애플리케이션에서 안정적으로 작동할 수 있도록 해야 합니다. 이러한 복잡성으로 인해 설계 주기가 길어지고 전문 지식이 필요할 수 있습니다.

취급 또는 조립 중 손상 가능성

플렉스 회로의 얇고 유연한 특성으로 인해 단단한 PCB에 비해 취급 및 조립 시 손상에 더 취약합니다. 플렉스 회로가 구겨지거나 찢어지거나 늘어나지 않도록 적절한 주의를 기울여야 하며, 이는 전기적 고장이나 신뢰성 저하로 이어질 수 있습니다.

제조업체의 제한된 가용성

최근 몇 년 동안 연성 PCB에 대한 수요가 증가했지만, 모든 PCB 제조업체가 고품질 연성 회로를 생산할 수 있는 역량이나 전문성을 갖춘 것은 아닙니다. 이러한 제한적인 가용성으로 인해 특히 복잡하거나 대량 프로젝트의 경우 적합한 공급업체를 찾기가 더 어려워질 수 있습니다.

수리 또는 수정의 어려움

연성 PCB는 일단 제조되면 경성 PCB에 비해 수리하거나 수정하기가 더 어려울 수 있습니다. 전도성 층에 접근하려면 연성 기판과 보호 층을 조심스럽게 제거하고 다시 도포해야 하는데, 이는 섬세하고 시간이 많이 소요되는 공정일 수 있습니다.

신호 무결성 관련 잠재적 문제

고주파 애플리케이션에서는 기판의 유연한 특성으로 인해 제대로 설계하고 제어하지 않으면 신호 무결성 문제가 발생할 수 있습니다. 안정적인 성능을 보장하려면 임피던스 정합, 누화, 전자기 간섭(EMI) 등의 요소를 신중하게 고려해야 합니다.

제한된 구성 요소 배치 옵션

플렉시블 PCB는 고밀도 부품 배치를 수용할 수 있지만, 기판의 유연한 특성으로 인해 사용할 수 있는 부품의 크기와 유형이 제한될 수 있습니다. 무겁거나 큰 부품은 구부리거나 휘어지는 동안 플렉스 회로가 손상되지 않도록 추가 지지대나 보강재가 필요할 수 있습니다.

연성 PCB의 응용 분야

연성 PCB는 고유한 특성과 장점 덕분에 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

소비자 가전

소비자 가전 산업은 연성 PCB 채택의 주요 동인 중 하나입니다. 플렉스 회로는 스마트폰, 태블릿, 스마트워치 및 피트니스 트래커와 같은 웨어러블 기기에서 광범위하게 사용됩니다. 이러한 애플리케이션에서 연성 PCB는 기기의 하우징에 맞고 일상적인 사용으로 인한 스트레스를 견딜 수 있는 작고 가벼운 인체공학적 설계를 가능하게 합니다. 예를 들어 스마트워치에서는 시계 케이스의 윤곽에 맞게 유연한 PCB를 구부릴 수 있어 더욱 편안하고 스타일리시한 디자인을 구현할 수 있습니다.

자동차 산업

플렉시블 PCB는 대시보드 디스플레이, 에어백 시스템, 엔진 제어 모듈과 같은 애플리케이션에 사용되는 현대 자동차 전자 장치에서 중요한 역할을 합니다. 플렉스 회로는 진동, 충격, 극한의 온도를 견딜 수 있기 때문에 차량의 열악한 환경에 이상적입니다. 예를 들어, 에어백 시스템에서는 플렉시블 PCB를 접어서 스티어링 휠에 배치할 수 있어 충돌 시 안정적으로 전개할 수 있습니다.

의료 기기

의료 기기 업계는 인체에 적합하고 소형화된 이식형 장치를 구현할 수 있는 연성 PCB를 채택했습니다. 플렉스 회로는 심장 박동기, 보청기, 초음파 프로브 등 다양한 의료용 애플리케이션에 사용됩니다. 심장 박동기의 경우, 플렉서블 PCB를 접어서 소형 티타늄 하우징에 넣으면서도 배터리와 센서에 안정적인 전기 연결을 제공할 수 있습니다. 플렉스 회로의 생체 적합성과 내구성 덕분에 장기 이식 및 체액 노출에 적합합니다.

항공우주 및 방위

플렉시블 PCB는 무게 감소, 공간 절약, 신뢰성이 가장 중요한 항공우주 및 방위 산업 분야에서 필수적입니다. 플렉스 회로는 위성, 항공기 제어 시스템 및 군용 통신 장치에 사용되어 무겁고 부피가 큰 배선 하네스를 대체할 수 있습니다. 예를 들어 인공위성에서 플렉시블 PCB는 무게와 부피를 최소화하면서 전원 관리, 데이터 처리 및 통신 모듈과 같은 다양한 하위 시스템을 상호 연결하는 데 사용할 수 있습니다.

산업 애플리케이션

산업 환경에서 연성 PCB는 로봇 공학, 연성 태양광 패널, 3D 프린터 등 다양한 애플리케이션에 사용됩니다. 플렉스 회로는 반복적인 구부림과 열악한 환경 조건을 견딜 수 있기 때문에 산업 자동화 및 제어 시스템에 사용하기에 적합합니다. 로봇 팔에서 플렉시블 PCB는 다양한 조인트와 액추에이터 간에 신호와 전력을 전달하는 데 사용되어 부드럽고 정밀한 모션 제어를 가능하게 합니다.

플렉시블 PCB에 사용되는 재료

연성 PCB에 사용되는 재료의 선택은 성능, 신뢰성 및 내구성에 매우 중요합니다. 연성 PCB의 주요 구성 요소에는 기본 기판, 전도성 층, 커버레이, 접착제 및 표면 마감재가 포함됩니다.

기본 재료(기질)

기본 재료 또는 기판은 전도성 층에 전기 절연 및 기계적 지지력을 제공하는 플렉시블 PCB의 기초입니다. 플렉스 회로에 사용되는 가장 일반적인 기본 재료는 다음과 같습니다:

폴리이미드(PI): PI는 뛰어난 열 안정성, 내화학성 및 기계적 특성으로 인해 연성 PCB에 가장 널리 사용되는 기판 소재입니다. PI는 고온(최대 400°C)을 견딜 수 있고 열팽창 계수(CTE)가 상대적으로 낮아 환경 조건이 까다로운 애플리케이션에 적합합니다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET): PET는 우수한 전기적 특성과 유연성을 제공하는 PI의 저렴한 대안입니다. 하지만 PET는 PI에 비해 온도 저항성이 낮아 고온 애플리케이션에 사용하기에는 한계가 있습니다.
폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN): PEN은 PET보다 열적 및 기계적 특성이 우수하지만 비용이 더 높은 고성능 기판 소재입니다. PEN은 성능과 비용 간의 균형이 필요한 애플리케이션에 자주 사용됩니다.

전도성 재료

플렉시블 PCB의 전도성 층은 구성 요소 간에 전기 신호와 전력을 전달하는 역할을 합니다. 플렉스 회로에 사용되는 가장 일반적인 전도성 재료는 다음과 같습니다:

구리: 구리: 구리는 뛰어난 전기 전도성, 열 전도성 및 기계적 특성으로 인해 플렉시블 PCB에서 가장 널리 사용되는 도체입니다. 플렉스 회로에 사용되는 구리는 크게 두 가지 유형이 있습니다:

전착(ED) 구리: ED 구리는 전기 도금 공정을 사용하여 기판 위에 증착되어 얇고 균일한 층을 형성합니다. ED 구리는 고밀도 설계 및 HDI 애플리케이션에 자주 사용됩니다.
압연 어닐링(RA) 구리: RA 구리는 구리 호일을 기계적으로 압연 및 어닐링하여 생산하므로 더 두껍고 연성이 높은 층을 형성합니다. RA 구리는 ED 구리에 비해 내피로성이 우수하기 때문에 반복적으로 구부리거나 구부려야 하는 애플리케이션에 선호됩니다.

알루미늄: 알루미늄은 특히 가볍고 저렴한 솔루션이 필요한 애플리케이션에서 구리의 대안으로 플렉시블 PCB에 사용되기도 합니다. 하지만 알루미늄은 구리에 비해 전기 및 열 전도율이 낮기 때문에 고성능 애플리케이션에는 사용이 제한됩니다.
은 잉크: 은 기반 전도성 잉크는 특히 인쇄 전자 및 웨어러블 디바이스와 같은 일부 연성 PCB 애플리케이션에 사용됩니다. 은 잉크를 유연한 기판에 스크린 인쇄하거나 잉크젯으로 인쇄하여 얇고 신축성 있는 회로를 만들 수 있습니다.
기타 특수 도체: 일부 틈새 애플리케이션에서는 높은 저항성 또는 내식성과 같은 특정 특성 때문에 Constantan(구리-니켈 합금) 또는 인코넬(니켈-크롬 기반 초합금)과 같은 다른 전도성 소재를 사용할 수 있습니다.

커버레이 및 보호 재료

커버레이 및 보호 재료는 연성 PCB의 전도성 층을 절연하고 보호하는 데 사용됩니다. 이 목적으로 사용되는 가장 일반적인 재료는 다음과 같습니다:

폴리이미드 필름: PI 필름은 우수한 절연성, 기계적 보호 및 유연성을 제공하는 커버레이 재료로 자주 사용됩니다. PI 커버레이는 일반적으로 접착제를 사용하여 전도성 레이어에 접착됩니다.
플렉시블 솔더 마스크: 플렉시블 솔더 마스크는 전도성 층을 산화로부터 보호하고 납땜 중 단락을 방지하기 위해 전도성 층 위에 적용되는 광 이미지화 가능한 폴리머 코팅입니다. 플렉시블 솔더 마스크는 플렉스 회로에서 납땜 가능한 영역을 정의하는 데도 도움이 됩니다.
커버코트 재료: 커버코트 재료는 절연 및 환경 보호를 위해 전도성 층 위에 도포되는 얇은 보호 코팅입니다. 일반적인 커버코트 재료로는 아크릴, 폴리우레탄, 실리콘 기반 코팅이 있습니다.

접착제

접착제는 다양한 층을 서로 접착하여 기계적 안정성과 신뢰성을 보장하기 위해 연성 PCB에 사용됩니다. 플렉스 회로에 사용되는 접착제는 크게 두 가지 유형이 있습니다:

아크릴: 아크릴 접착제는 우수한 접착 강도, 유연성 및 내화학성을 제공합니다. 커버레이 또는 보호 필름을 전도성 층에 접착하는 데 자주 사용됩니다.
에폭시: 에폭시 접착제는 기계적 강도와 열 안정성이 우수하여 환경 조건이 까다로운 응용 분야에 적합합니다. 에폭시 접착제는 다층 플렉스 회로에서 기판 층을 서로 접착하는 데 자주 사용됩니다.

표면 마감

표면 마감은 연성 PCB의 노출된 구리 패드에 적용되어 산화로부터 보호하고 납땜성을 향상시킵니다. 표면 마감의 선택은 환경 조건, 보관 수명 및 조립 공정과 같은 특정 애플리케이션 요구 사항에 따라 달라집니다. 플렉스 회로에 사용되는 일반적인 표면 마감은 다음과 같습니다:

ENIG(무전해 니켈 침지 금): ENIG는 니켈 장벽층 위에 얇은 금층으로 구성된 2중 표면 마감입니다. ENIG는 납땜성, 내식성 및 보관 수명이 우수하여 신뢰성이 높은 애플리케이션에 널리 사용됩니다.
HASL(열풍 솔더 레벨링): HASL은 주석 납 또는 무연 솔더 코팅을 구리 패드에 도포한 다음 열풍을 사용하여 수평을 맞추는 방식입니다. HASL은 납땜성이 우수하며 많은 애플리케이션에 비용 효율적인 옵션입니다.
이머젼 주석: 침지 주석은 구리 패드에 직접 도포하는 단층 표면 마감입니다. 납땜성이 우수하며 보관 수명이 짧은 애플리케이션에 자주 사용됩니다.
OSP(유기 납땜성 보존제): OSP는 산화를 방지하고 납땜성을 유지하기 위해 구리 패드에 도포하는 얇은 유기 코팅입니다. OSP는 보관 수명이 짧고 환경 조건이 덜 까다로운 애플리케이션에 적합한 저비용 옵션입니다.

연성 PCB의 제조 공정

연성 PCB의 제조 공정은 경성 PCB의 제조 공정과 많은 유사점을 공유하지만, 연성 재료의 고유한 특성을 수용하기 위한 몇 가지 주요 차이점이 있습니다. 이 공정은 크게 감산 제조와 적층 제조의 두 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다.

제조 방법 개요

감산 제조 공정은 구리 피복 기판에서 재료를 선택적으로 제거하여 원하는 회로 패턴을 만드는 과정입니다. 이는 연성 PCB 제조에 사용되는 가장 일반적인 방법이며 일반적으로 구리 피복 기판에 포토레지스트 층을 도포하고, 원하는 회로 패턴의 포토마스크를 통해 포토레지스트를 자외선에 노출시키고, 포토레지스트를 현상하여 노출되지 않은 부분을 제거하고, 화학 용액을 사용하여 노출된 구리를 에칭한 후 남은 포토레지스트를 제거하여 최종 회로 패턴을 드러내는 과정으로 이루어집니다.

적층 제조 공정은 원하는 회로 패턴을 만들기 위해 전도성 재료를 기판에 선택적으로 증착하는 과정을 포함합니다. 이 방법은 연성 PCB 제조에서는 덜 일반적이지만 인쇄 전자 및 웨어러블 디바이스와 같은 특정 애플리케이션에서 인기를 얻고 있습니다. 적층 공정에는 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 에어로졸 제트 인쇄가 포함됩니다.

단계별 제조 프로세스

연성 PCB의 감산 제조 공정에는 일반적으로 다음 단계가 포함됩니다:

재료 준비

일반적으로 폴리이미드 또는 PET와 같은 유연한 기판 소재를 세척하고 후속 처리 단계를 위해 준비합니다. 그런 다음 열과 압력을 사용하여 구리 호일을 기판 위에 접착층을 사이에 두고 적층합니다.

전도성 층의 이미징 및 에칭

포토레지스트 층을 구리로 덮인 기판에 도포한 다음 원하는 회로 패턴이 있는 포토마스크를 통해 자외선에 노출시킵니다. 포토레지스트가 현상되고 노출된 구리는 화학 용액을 사용하여 에칭되어 원하는 회로 패턴이 남게 됩니다.

레이어 라미네이션

다층 연성 PCB의 경우, 개별 레이어를 열과 압력을 사용하여 정렬하고 그 사이에 접착층을 사용하여 함께 적층합니다.

비아 및 관통 구멍 드릴링

적층된 레이어에 구멍을 뚫어 서로 다른 레이어를 연결하기 위한 비아 및 관통 구멍을 만듭니다. 레이저 드릴링은 더 작고 정밀한 구멍을 뚫는 데 자주 사용됩니다.

구멍 도금

드릴링된 구멍은 구리로 도금되어 레이어 사이에 전기적 연결이 이루어집니다. 이 작업은 일반적으로 무전해 구리 도금과 전해 구리 도금을 사용하여 수행됩니다.

커버레이 또는 솔더 마스크 적용

커버레이 또는 유연한 솔더 마스크는 회로를 보호하고 납땜 가능한 영역을 정의하기 위해 외부 레이어 위에 적용됩니다. 커버레이 또는 솔더 마스크는 일반적으로 회로 패터닝에 사용되는 것과 유사한 포토 이미징 프로세스를 사용하여 적용됩니다.

표면 마감 적용

노출된 구리 패드를 산화로부터 보호하고 납땜성을 향상시키기 위해 ENIG, HASL 또는 침지 주석과 같은 표면 마감을 적용합니다.

최종 회로 절단 및 성형

플렉시블 PCB 패널은 다이 커팅, 레이저 커팅 또는 라우팅과 같은 방법을 사용하여 최종 원하는 폼 팩터로 절단 및 성형됩니다.

품질 관리 및 테스트

제조 공정 전반에 걸쳐 연성 PCB의 신뢰성과 성능을 보장하기 위해 다양한 품질 관리 및 테스트 절차가 사용됩니다. 전기 테스트, 기계적 유연성 테스트, 환경 스트레스 테스트는 사용되는 주요 테스트 방법 중 일부입니다. 전기 테스트에는 회로의 전기적 무결성을 확인하기 위한 연속성 및 절연 저항 테스트가 포함됩니다. 플라잉 프로브 테스터 또는 네일 베드 고정 장치를 사용하여 수행할 수 있습니다. 기계적 유연성 테스트는 연성 PCB가 최종 애플리케이션에서 예상되는 기계적 응력을 견딜 수 있는지 확인하기 위해 굽힘 및 굴곡 테스트를 수행합니다. 여기에는 주기적인 굽힘 테스트, 비틀림 테스트 및 접힘 테스트가 포함될 수 있습니다. 환경 스트레스 테스트는 고온, 습도 및 열 순환과 같은 다양한 환경 조건에 연성 PCB를 노출하여 이러한 조건에서 내구성과 신뢰성을 평가합니다.

플렉시블 PCB를 위한 설계 고려 사항

연성 PCB를 설계하려면 최적의 성능, 신뢰성 및 제조 가능성을 보장하기 위해 다양한 요소를 신중하게 고려해야 합니다. 주요 설계 고려 사항으로는 굽힘 반경 및 유연성, 부품 배치, 트레이스 설계, 레이어 스택업, 기계적 응력 관리, 전기적 고려 사항 등이 있습니다.

굽힘 반경 및 유연성

굽힘 반경은 회로가 손상 없이 견딜 수 있는 최소 허용 곡률을 결정하기 때문에 연성 PCB 설계에서 중요한 파라미터입니다. 굽힘 반경은 일반적으로 PCB 두께의 배수로 지정되며, 배수가 클수록 더 완만한 굽힘을 나타내고, 배수가 작을수록 더 단단한 굽힘을 나타냅니다. 최소 굽힘 반경을 계산하려면 설계자는 다음 공식을 사용할 수 있습니다:

최소 굽힘 반경 = (PCB 두께) × (굽힘 반경 계수)

굽힘 반경 계수는 사용되는 소재와 예상 굽힘 횟수에 따라 달라집니다. 정적 굽힘(일회성 굽힘)의 경우 일반적으로 6~10의 계수가 사용되며, 동적 굽힘(반복 굽힘)의 경우 12~20의 계수를 사용하는 것이 좋습니다. 또한 설계자는 소재 선택이 유연성에 미치는 영향도 고려해야 합니다. 더 얇은 기판, 더 유연한 커버레이 재료, 연성 구리(예: RA 구리)를 사용하면 PCB의 전반적인 유연성을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.

구성 요소 배치

연성 PCB에 부품을 배치할 때 설계자는 연성 영역의 위치와 예상되는 굽힘 동작을 고려해야 합니다. 구부리는 동안 기계적 응력을 받지 않도록 구성 요소를 가능한 한 PCB의 단단한 영역에 배치해야 합니다. 구성 요소를 유연한 영역에 배치해야 하는 경우 설계자는 보강재를 사용하여 추가 지원을 제공할 수 있습니다. 스티프너는 일반적으로 폴리이미드, FR-4 또는 금속과 같은 재료로 만들어지며 부품 영역의 PCB에 접착되어 국부적인 굽힘 응력을 줄입니다.

트레이스 디자인

트레이스 설계는 연성 PCB의 신뢰성과 성능을 보장하는 데 매우 중요합니다. 유연한 영역에 트레이스를 라우팅할 때 설계자는 더 넓은 트레이스를 사용하고, 트레이스 간 간격을 늘리고, 굽힘 축에 수직으로 트레이스를 라우팅하고, 곡선형 트레이스를 사용하고, 재료의 다양한 팽창 속도를 고려해야 합니다. 트레이스 폭이 넓을수록 굽힘 중 크랙과 피로에 더 강합니다. 유연한 영역에는 최소 0.2mm의 트레이스 폭을 권장합니다. 트레이스 간 간격을 늘리면 굽힘 중 단락 및 신호 간섭의 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다. 최소 0.2mm의 간격을 권장합니다. 구부리는 방향에 수직으로 트레이스를 라우팅하면 구부리는 동안 트레이스에 가해지는 스트레스를 최소화하는 데 도움이 됩니다. 날카로운 각도 대신 곡선 트레이스를 사용하면 굽힘 응력이 더 고르게 분산되고 균열의 위험이 줄어듭니다. 구리 트레이스와 기판 소재는 열팽창 계수(CTE)가 다를 수 있으며, 온도 변화 시 응력 및 박리가 발생할 수 있습니다. 폴리이미드와 같이 구리에 가까운 열팽창 계수를 가진 기판 소재를 사용하면 이 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

레이어 스택업

연성 PCB의 레이어 스택업은 전기적 성능과 기계적 신뢰성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 레이어 스택 업을 설계할 때는 대칭 설계를 사용하고, 레이어 수를 최소화하고, 얇은 유전체 재료를 사용하고, 접지면과 전원면의 배치를 고려하는 것이 좋습니다. 중립 축의 양쪽에 동일한 수의 레이어를 대칭으로 쌓아 올리는 대칭형 레이어 스택업을 사용하면 굽힘 중 기계적 응력의 균형을 맞추는 데 도움이 되고 박리 위험을 줄일 수 있습니다. 더 적은 수의 레이어를 사용하면 유연성을 개선하고 PCB의 전체 두께를 줄이는 데 도움이 됩니다. 그러나 이는 설계의 전기적 요구 사항과 균형을 이루어야 합니다. 폴리이미드와 같은 더 얇은 유전체 재료를 사용하면 PCB의 전체 두께를 줄이고 유연성을 개선하는 데 도움이 됩니다. 접지면과 전원면을 외부 레이어에 가깝게 배치하면 차폐를 개선하고 전자기 간섭(EMI)을 줄이는 데 도움이 됩니다.

기계적 스트레스 관리

기계적 응력 관리는 연성 PCB의 장기적인 신뢰성을 보장하는 데 매우 중요합니다. 응력 관리를 위한 몇 가지 전략에는 스트레인 릴리프 기능 사용, 유연한 커넥터 사용, 날카로운 구부러짐 방지, 보강재 사용 등이 있습니다. 강성 영역과 연성 영역 사이의 전환 지점 근처에 슬롯이나 컷아웃과 같은 스트레인 릴리프 기능을 통합하면 응력 집중을 줄이고 찢어짐을 방지하는 데 도움이 됩니다. ZIF(제로 삽입력) 또는 LIF(낮은 삽입력) 커넥터와 같은 유연한 커넥터를 사용하면 결합 및 결합 해제 시 PCB에 가해지는 스트레스를 줄이는 데 도움이 됩니다. 급격한 굽힘을 피하고 완만한 곡선을 사용하면 굽힘 응력이 더 고르게 분산되어 손상 위험을 줄일 수 있습니다. 커넥터나 부품 근처와 같이 응력이 높은 영역에 보강재를 사용하면 국부적인 굽힘 응력을 줄이고 안정성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

전기적 고려 사항

설계자는 기계적 고려 사항 외에도 연성 PCB의 전기적 성능도 고려해야 합니다. 몇 가지 주요 전기적 고려 사항으로는 임피던스 제어, EMI 차폐, 신호 무결성 등이 있습니다. 고속 설계에서는 일관된 임피던스를 유지하는 것이 중요합니다. 설계자는 원하는 임피던스를 달성하기 위해 트레이스 폭, 간격 및 유전체 두께를 신중하게 제어해야 합니다. 연성 PCB는 유전체 층이 얇고 연속적인 접지면이 없기 때문에 EMI에 더 취약할 수 있습니다. 접지된 구리 타설 또는 전도성 코팅과 같은 차폐 기술을 사용하면 EMI를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 고속 설계에서는 신호 무결성을 보장하는 것이 중요합니다. 설계자는 신호 반사 및 누화를 최소화하기 위해 트레이스 라우팅, 임피던스 및 종단을 신중하게 제어해야 합니다.