강성-유연 회로 PCB 설계 시 고려해야 할 사항은 무엇인가?

소개: 왜 리지드-플렉스 PCB인가?

강성-유연 PCB 기술은 일반적으로 FR-4 또는 유사 소재로 제작되는 기존의 리지드 기판과 유연 회로 —종종 고품질 폴리이미드 기판 위에 제작되는 플렉서블 회로의 적응성이라는 각각의 장점을 결합합니다. 이 하이브리드 솔루션을 통해 설계자는 복잡한 상호 연결 구조를 만들고, 무게를 줄이며, 특히 고밀도, 고진동 및 공간 제약이 있는 환경에서 전자 제품의 전반적인 신뢰성과 양산성을 향상시킬 수 있습니다.

리지드 vs. 플렉스 vs. 리지드-플렉스: 주요 차이점

강성-유연 프린트회로기판(PCB)은 전자 어셈블리가 반복적인 굽힘, 진동, 충격 또는 온도 순환을 견뎌야 하는 응용 분야에서 특히 유리합니다. 일반적인 환경으로는 항공우주 전자장비 , 의료 기기 , 군사 규격 장비 , 내구성이 강한 웨어러블 기기 및 급속히 성장하는 사물인터넷(IoT) 분야가 있습니다.

강성-유연 프린트회로기판(PCB) 기술의 장점과 설계 목적

• 무게와 공간 감소: 부피가 큰 커넥터와 케이블 하네스를 없애면 전자 패키징이 간소화되어 장치가 더 작고 가벼워집니다.
• 신뢰성 향상: 더 적은 납땜 접합부와 상호 연결부로 인해 각 플렉 회로는 특히 플렉-투-리지드 전이 구간에서 잠재적 고장 지점을 줄입니다.
• 고밀도 통합: 정밀 피치 부품 장착 및 고밀도 상호 연결(HDI)이 용이하게 구현되어 고도의 소형화를 가능하게 합니다.
• 내구성 향상: 리지드-플렉 PCB 적층은 높은 진동, 반복 굽힘, 열 극한을 포함한 혹독한 기계적 및 환경적 조건에서도 견딜 수 있습니다.
• 제조 효율성: 제조용 설계(DFM)에 대한 강력한 가이드라인을 갖춘 턴키 제조 방식으로 조립이 원활하게 이루어지며 전체 시스템 비용을 낮출 수 있습니다.

리지드-플렉 회로 설계를 통해 해결되는 고통 포인트

최신 전자기기, 특히 임무 수행에 중요한 장치들은 소형화, 경량화, 기계적 충격 및 진동에 대한 저항성, 그리고 타협 없는 신뢰성이라는 까다로운 요구 조건을 함께 충족해야 합니다. 전통적인 리지드 PCB만으로는 이러한 기준을 충족하기가 종종 어렵습니다. 특히 항공우주, 의료, 군사 또는 내구성 요구가 높은 소비자 제품 분야에서 그렇습니다. 강성-유연 PCB 고급 소재와 신중하게 설계된 적층 구조, 독특한 하이브리드 구조 덕분에 이러한 문제점들에 대한 우아한 해결책으로 부상하고 있습니다.

극한 환경 내구성

항공우주, 국방, 산업용 및 의료 기기 매우 강한 기계적 스트레스 하에서 작동하는 경우가 많습니다. 반복적인 충격, 진동, 굽힘, 급격한 온도 변화는 물론 혹독한 화학물질이나 습기에 노출되기도 합니다. 이러한 환경에서는 기존의 강성이 있는 기판 또는 케이블 기반 어셈블리는 진동 피로로 인해 납땜 조인트가 균열 나거나 커넥터가 고장 나고, 간헐적인 개방 회로가 발생할 수 있습니다.

강성-유연(Flexible) 회로 다음과 같은 방식으로 이러한 위험을 최소화합니다.

• 보드 간 연결부에 사용되는 커넥터 및 하드와이어 점퍼를 제거함으로써 고장이 발생하기 쉬운 상호 연결 부품을 줄입니다.
• 활용 기계적 스트레스를 흡수하고, 변형을 분산시키며, 수십만 번의 굽힘 사이클 동안에도 신뢰성을 유지하는 유연한 폴리이미드 영역은 납땜된 와이어나 커넥터보다 훨씬 뛰어난 성능을 발휘합니다.
• 원활한 유연에서 엄격한 구조로의 전환을 가능하게 하여 iPC-2223 지침에서 정의한 바와 같이 민감한 배선 및 비아를 높은 응력이 가해지는 영역으로부터 멀리 유지합니다.

무게, 공간, 신뢰성 측면의 장점

무게와 공간 감소 강성-유연 기판 설계 채택 시 얻을 수 있는 주요 이점 중 하나입니다. 위성, 체내 이식 의료기기 또는 웨어러블 제품과 같이 무게가 중요한 애플리케이션에서는 매 그램이 중요합니다. 기존 케이블링, 무거운 커넥터 및 보조 하드웨어가 필요 없어지므로 강성-유연 적층 구조 작고 깔끔하며 견고한 전자 플랫폼을 제공합니다.

목록: 신뢰성 및 비용 절감 효과

• 조립 공정 단계 감소: 다수의 엄격한 보드, 플렉 점퍼 및 커넥터를 단일 PCB 어셈블리로 통합함으로써 생산 흐름이 간소화됩니다.
• 낮은 조립 비용: 연결/배선 작업이 줄어들고, 검사가 감소하며 인건비가 적게 들어 전체 시스템 비용이 낮아집니다.
• 수명 증가: 움직이거나 마찰하는 접점이 없기 때문에 제품의 전체 수명 주기 동안 회로의 무결성이 유지됩니다.

신규 활용 분야: 신뢰성 있는 소형 소비재

그 사물 인터넷 (IoT) , 웨어러블 헬스케어 기기, 차세대 스마트워치, 휴대용 의료 모니터는 모두 반복적인 굽힘에도 견딜 수 있는 소형화된 전자 제품을 요구합니다. 가벼운 무게 , 소형화 되며, 이러한 상황에서 엄격-플렉 및 플렉 회로 기술의 채택이 급속히 증가하고 있습니다.

요약표: 주요 이점 및 대상 산업

경질-유연 기판의 독특한 구조와 소재 선택은 신중하게 설계된 적층 및 레이아웃과 결합되어 전자 어셈블리가 가장 혹독한 환경과 장기간 사용에도 견딜 수 있도록 하며, 종종 크기와 복잡성 모두에서 상당히 줄일 수 있다.

강성-유연 회로기판(FPCB) 설계 시 고려해야 할 사항

적용 여부 결정은 강성-유연 PCB 기술의 선택은 일반적으로 순수한 유연 PCB나 전통적인 강성 기판 설계가 제공할 수 있는 범위를 넘어서는 특정 기계적, 전기적 또는 신뢰성 요구사항에 따라 결정된다. 강성-유연 기판 설계 가이드라인 성능, 제조 용이성 및 비용 목표 달성에 결정적인 차이를 만들 수 있습니다.

최적의 적용 시나리오

다음은 경질-유연 회로 기판 명확한 이점을 제공하는 이상적인 사례들입니다:

• 커넥터 및 케이블 제거: 제품에서 여러 개의 경질 PCB 간에 신호를 배선해야 할 경우, 각 커넥터와 케이블은 고장 지점과 조립 노동력을 추가합니다. 강성-유연(Flexible) 회로 이러한 연결을 유연한 폴리이미드 영역을 사용해 통합함으로써 물리적·전기적 취약성을 모두 줄일 수 있습니다.
• 공간 제약이 있는 설계: 웨어러블 기기, 소형화된 센서, 체내 이식 의료기기 또는 소형 항공우주 전자 장비의 경우, 전통적인 케이블링이나 과도한 보드 간 간격을 위한 공간이 부족합니다. 경질-유연 적층 구조는 창의적인 3차원 패키징을 가능하게 하며, 복잡한 외함 내에 맞춰 보드를 접거나 중첩하여 조립할 수 있습니다.
• 고진동 또는 충격 환경: 군사, UAV, 자동차 및 산업용 제어 시스템은 진동으로 인해 느슨해지거나 열화되거나 납땜 균열이 발생할 수 있는 커넥터를 없앰으로써 이점을 얻습니다.
• 비용 정당성: 설계상 여러 개의 강성 PCB를 플렉시블 케이블과 커넥터로 연결해야 하는 경우, 이러한 추가 부품과 노동력 비용, 그리고 지속적인 신뢰성 문제로 인한 비용은 종종 강성-유연(Flex) 솔루션 의 프리미엄 비용을 초과합니다. 특히 전체 수명 주기 비용을 고려할 때 더욱 그렇습니다.

예시 응용:

• 드론 및 항공전자 카메라 모듈
• 심장박동기, 약물 전달 시스템, 의료 영상 장비
• 스마트워치, 피트니스 밴드, 폴더블 폰, 증강 현실(AR) 헤드셋
• 고성능 산업용 테스트 장비

강성-유연 회로가 혁신을 가능하게 하는 방법

경질-유연 회로 기술은 단지 좁은 공간에 맞추거나 혹독한 조건에서 버티는 것 이상입니다. 전통적인 물리적 설계 제약을 제거함으로써 엔지니어는 다음을 수행할 수 있습니다.

• 임피던스 불연속 없이 고속 신호를 여러 평면에 걸쳐 배선할 수 있습니다.
• EMI를 최소화하기 위해 유연 영역 내에서 민감한 아날로그 또는 RF 구간을 분리할 수 있습니다.
• 완전한 다중 보드 장치를 단일 모듈로 조립하여 최종 제품의 통합 및 테스트를 크게 단순화할 수 있습니다.

비용 및 제조상의 타협 요소

다음과 같은 이점을 앞서 발생하는 비용과 지속적인 비용과 균형 있게 고려하는 것이 중요합니다. 강성-유연 PCB 이점을 앞서 발생하는 비용과 지속적인 비용과 균형 있게 고려하는 것이 중요합니다.

• 경질-유연 보드는 일반적으로 복잡한 적층 구조와 다단계 제조 공정으로 인해 단순한 유연 회로나 강성 강화재가 있는 PCB보다 2~3배 더 높은 단가 를 가지게 됩니다.
• 그러나 이러한 비용은 조립 공정 단계가 적고, 고장률이 낮으며, 현장에서의 반품이 줄어드는 것에 의해 상쇄된다 —특히 고가격 또는 임무 수행에 필수적인 장치의 경우 더욱 그렇다.

플렉스 및 리지드-플렉스 PCB의 굽힘성 이해하기

제논 플래시 램프의 대표적인 특징 중 하나는 flex PCB 또는 리지드-플렉스 회로 은 최신 전자 설계에서 요구하는 3차원 형태와 움직임에 따라 굽혀지고 형태를 맞출 수 있는 능력을 의미한다. 그러나 신뢰할 수 있는 굽힘 성능을 구현하려면 기계적 요소, 재료, 레이아웃 세부사항에 주의 깊게 접근해야 한다. 수백만 번의 굽힘 사이클을 견디는 설계와 수백 번 후에 고장나는 설계 사이의 차이는 종종 핵심적인 플렉스 PCB 굽힘성 규칙을 이해하고 적용하는 데 있다.

정적 플렉스 대 동적 플렉스 PCB 설계

플렉스 회로는 다음 두 가지 중 하나에 해당된다 정적 또는 동적 굽힘 :

• 정적 굽힘: 기판은 조립 또는 설치 시 한 번 또는 소수 회만 굽혀지며, 수명 동안 고정된 상태로 유지됩니다(예: 카메라 센서 모듈이 위치에 맞게 접히는 경우).
• 동적 굽힘: 회로가 정상 사용 중 반복적으로 굽혀지는 경우입니다(예: 폴더블 폰의 힌지 부위, 웨어러블 피트니스 밴드 또는 로봇 공학 장치).

핵심 통찰: 동적 굽힘 회로는 구리 피로 및 트레이스 균열을 방지하기 위해 훨씬 더 보수적인 설계가 필요하며, 더 큰 굽힘 반경과 더욱 견고한 소재 및 배선 방법이 요구됩니다.

굽힘 반경 및 굽힘 비율

유연성(Flex) 내구성에서 가장 중요한 파라미터는 굽힘 반경 —유연 부분이 기계적 또는 전기적 오류 없이 굽힐 수 있는 최소 곡률 반경입니다.

최소 굽힘 반경에 대한 일반적인 가이드라인:

굽힘 영역 설계 시 참고사항

1. 날카로운 굽힘 피하기

• 급각이 아닌 완만한 곡선을 사용하세요. 직각(90°) 굽힘은 피해야 하며, 곡선 트레이스는 기계적 응력을 고르게 분산시켜 국부적인 손상을 방지합니다.

2. 벤딩 축을 따라 도체를 배치하세요

• 도체(배선)는 벤딩 방향과 평행하게 배치되어야 하며, 절대로 수직으로 놓아서는 안 됩니다. 이렇게 하면 기계적 특성과 구리 결정립 방향이 일치하여 최상의 유연성을 확보할 수 있습니다.

3. 중립축에 배선 배치하기

• 핵심 용어: 중립 벤딩 축 —유연한 부분의 기하학적 중심으로, 압축 및 인장 응력이 최소화되는 위치입니다. 민감한 도체는 이 중립축에 가까운 곳에 배선하는 것이 이상적입니다.

4. 구리 두께 및 크로스 해칭

• 사용 가장 얇은 구리 (종종 0.5온스 이하) 현재의 전류 전달 요구 사항에 필요한 양; 더 얇은 구리는 더 많은 굽힘 사이클을 견딜 수 있습니다.
• 격자형 구리 투입 굽힘 영역에서 유연성을 더욱 향상시키고 응력을 줄이기 위해 (균열이 생길 수 있는 단단한 투입 대신) 사용합니다.
• EMI 차폐를 위해 격자형 접지면 굽힘성은 유지하면서도 신호 무결성을 확보할 수 있도록 합니다.

5. 절개부, 완화부 및 슬롯

• 가능하면 절개부 또는 완화 홀 유연 부분에 불필요한 재료를 제거하고 보다 쉽게 그리고 정밀하게 굽힐 수 있도록 추가하세요.
• 이러한 부분은 "아이빔"(과도한 경화)을 최소화하고 굽힘 응력을 분산시키기 위해 곡률이 큰 영역에서 매우 중요합니다.

두께, 구리 및 환경 고려 사항

• 선택하세요 롤 성형 어니일드 구리 최대 연성과 피로 저항성을 확보하기 위해 전기 도금(ED) 구리보다 우수하며, 동적 굽힘 적용에 필수적입니다.
• 최소화 전체 플렉스 두께 신중한 적층 설계를 통해: 절연을 위한 필요 이상으로 접착제나 두꺼운 커버레이를 사용하지 마십시오.
• 환경 스트레스를 예측하십시오: 고온, 고습 또는 화학적으로 열악한 환경에서는 견고하고 화학적으로 내구성이 뛰어난 재료가 필요합니다.

예시: 플렉스 회로 굽힘 가능성 표

플렉스 및 강성-유연 PCB용 재료 선택

귀하의 flex PCB 또는 강성-유연 기판 굽힘 성능, 신뢰성, 수명, 비용 및 제조 가능성에 직접적인 영향을 미칩니다. 베이스 재료, 접착제, 보강재, 코팅 등의 특성을 이해하는 것은 가장 효과적인 강성-유연 PCB 설계 가이드라인 을 적용하고 IPC-4202, IPC-4203, IPC-4204과 같은 산업 표준을 충족시키기 위해 필수적입니다.

일반적인 Flex PCB 재료 및 그 역할

1. 유전체 및 커버레이

• 폴리이미드 필름: 유연한 PCB 산업의 주력 소재인 폴리이미드는 뛰어난 유연성, 열 안정성 및 화학 저항성을 제공합니다. 유연 회로에서 사용되는 고급 폴리이미드는 10GHz에서 유전상수(Dk)가 약 2.5에서 3.2 범위 에 있으며, 고속 신호용으로 신뢰성 있는 임피던스 제어 설계를 가능하게 합니다.
• 커버레이: 유연 회로 상하부에 라미네이트(laminate) 처리되어 절연, 기계적 보호 및 굽힘 지점에서의 스트레인 완화 기능을 제공하는 폴리이미드 기반 층입니다.
  • 주의 : 반복된 굽힘에도 견딜 수 있고 구리와 외부 환경 사이의 절연을 제공하기 위해선 커버레이의 두께와 접착제의 균일성이 핵심입니다.

2. 도체: 구리 포일 선택

• 압연 어닐링 구리: 동적 플렉스 회로의 금자탑으로 간주되는 이 구리 유형은 기계적으로 연성이며 균열에 강하고 고유연 또는 동적 응용 분야에 이상적입니다.
• 전기 도금(ED) 구리: 정적 플렉스나 굽힘 정도가 낮은 영역에 적합합니다. 비용이 낮지만 반복적인 굽힘에 대한 내구성은 떨어집니다.
• 구리 두께: 대부분의 플렉스 설계는 0.5온스 또는 1온스 구리를 사용합니다. 더 얇은 구리는 굽힘 성능을 향상시키지만 전류 용량 요구사항과 균형을 이루어야 합니다.

본드필리와 접착제

• 아크릴 접착제: 일반적인 용도로 다목적적이며 비용 효율적입니다. 대부분의 소비재 또는 표준 전자 제품에 적합합니다.
• 에폭시 접착제: 보다 우수한 온도 성능과 습기 저항성을 제공하며, 항공우주 또는 고신뢰성 어셈블리에 선호됩니다.
• 압력 감응형 접착제(PSA): 재작업이나 재배치가 필요한 경우 유연 회로를 금속, 플라스틱 또는 복합 소재 하우징에 부착하는 데 유용합니다.
• 열경화성 접착 필름: 중요한 적층 구조에서 영구적인 열경화 결합을 제공합니다.

4. FCCL(유연한 동박 클래드 라미네이트)

• 이 라미네이트는 폴리이미드 필름 위에 동박이 코팅된 구조로 되어 있으며, 모든 유연 회로 기판의 기본 레이어를 형성합니다. FCCL은 접착제 기반 및 무접착제 방식 모두로 제조되며, 무접착제 방식은 우수한 전기적 및 환경적 특성, 낮은 수분 흡수율, 더 높은 내열성을 제공합니다.

접착제 기반과 무접착제 유연 회로 구조 비교

최선 사례:

고신뢰성 및 동적 벤딩 설계를 위해 접착제 없는 구조 현재 황금 표준으로 간주되고 있습니다.

보강재와 표면 마감

• 보강재 재료:  
  • 카프톤 보강재: ZIF(제로 인서션 포스) 커넥터 또는 유연한 부분에 국부적인 강화가 필요한 경우에 사용됨.
  • FR-4 보강재: 휨이나 응력을 방지하기 위해 강성 마운팅 구역 또는 커넥터 아래에 배치함.
  • 금속 보강재(예: 스테인리스강, 알루미늄): 고충격, 고강도 마운팅 부위에 사용됨.
• 표면 마감:  
  • ENIG(무전해 니켈 임머전 골드): 제어된 임피던스 또는 고신뢰성 접점에 일반적으로 사용됨.
  • OSP, HASL, 은, 주석: 조립 공정 및 성능 요구사항에 따라 선택됨.

빠른 재료 참조(IPC 표준 포함)

적절한 소재 적층 선택 시 고려사항

• 사용 폴리이미드 굽힘 사이클이 수만 번을 초과하는 모든 플렉스 회로에 적합한 롤드 어닐링 구리 수만 번 이상의 굽힘 사이클을 예상하는 경우 (예: 웨어러블 기기 또는 항공우주 분야의 동적 플렉스).
• 고주파 신호의 경우, 커버레이와 베이스 재료의 유전율 특성을 검증하십시오—10GHz 미만 애플리케이션에서 중요함.
• 반드시 초기 단계에서 귀하의 플렉스 PCB 제조업체 와 상의하십시오—재료 선택은 현지 공급 상황 및 제조업체의 공정 인증 여부에 따라 비용 증가, 지연, 설계 자유도 제한 등의 원인이 될 수 있습니다.

플렉스 및 리지드-플렉스 PCB 레이아웃 및 배선 최적화 방법

PCB의 레이아웃 및 배선은 flex PCB 또는 리지드-플렉스 회로 는 단순히 점을 연결하는 것을 훨씬 뛰어넘는 작업이며, 기계 및 전기 공학이 진정으로 융합되는 영역이다. 벤딩 수명 극대화, 필드 고장(예: 균열 또는 '아이빔링' 현상) 최소화, 양산성과 수율 확보를 위해서는 적절한 레이아웃 선택이 매우 중요하다. 아래에는 다음 프로젝트에 최적의 강성-유연 PCB 설계 가이드라인 를 적용하는 데 도움이 되는 기본 규칙과 전문가 팁을 제시한다.

일반 레이아웃 규칙

• 여유 있는 벤딩 반경 사용: 세트 넓은 벤딩 반경 을 모든 플렉스 영역에 적용하면 도체의 피로와 트레이스 파손 위험을 크게 줄일 수 있다. 항상 스택업에 따라 IPC-2223에서 권장하는 벤딩 반경/벤딩 비율을 준수해야 한다(이전 섹션 참조).
• 각진 배선보다 곡선형 트레이스 선호: 트레이스는 벤딩 라인을 따라 부드럽고 직각으로 배치해야 한다. 응력이 집중되어 파손될 수 있으므로 날카로운 각도(90° 및 45°)는 피해야 한다.
• 트레이스 방향: 벤딩 길이 방향을 따라 모든 트레이스를 직선으로 배치하십시오 (굽힘 방향에 평행). 수직으로 놓인 도체는 반복적인 굽힘이 발생할 경우 파손되기 쉽습니다.
• 벤딩 영역 내 트레이스 교차 최소화: 접합층 상에서 서로 정확히 마주보는 위치에 여러 트레이스를 겹쳐 배치하지 마십시오. 이로 인해 아이빔(I-beaming) 현상이 발생할 수 있습니다—대향하는 도체가 강성 있고 균열이 생기기 쉬운 구역을 형성하는 고장 메커니즘입니다.

멀티 레이어 플렉스: 고급 가이드라인

멀티 레이어 플렉스 PCB를 사용할 경우, 라우팅 시 더욱 세심한 주의가 필요합니다:

• 계단식 트레이스(Staggered Traces): 층 간 도체를 오프셋하여 특정 지점에 응력이 집중되지 않도록 하십시오.
• 균열 방지 가드 및 점진적 전이(Tear Guards and Tapered Transitions): 강성 및 유연 영역 사이의 전환 부위에서는 전이 가장자리에 고정되는 두꺼운 트레이스나 구리 형태의 '티어 가드(ripping 방지) 구조'를 추가하십시오. 갑작스러운 단차 대신 넓은 구리에서 좁은 부분으로 서서히 줄어드는 테이퍼 형상을 사용하십시오.
• 금지 영역 기능: 활성 굽힘 영역 내에는 비아, 패드 또는 부품을 배치하지 마십시오. 이를 통해 비아 균열 및 트레이스 박리 위험을 최소화할 수 있습니다.
• 드릴-구리 간 Clearance: 최소한 8 mil (0.2 mm) 드릴-구리 거리 전체 설계에 걸쳐 유지하십시오—특히 ZIF 커넥터 핑거나 엣지 마운트 특징부에서 매우 중요합니다.

버튼(패드 전용) 도금 대 패널 도금—장단점 비교

최선 사례: 동적이고 고유연성이 요구되는 영역의 경우, 패드 전용(버튼) 도금이 수명 연장에 더 효과적입니다. 정적 또는 강성 마운트 영역의 경우, 패널 도금이 더 견고한 연결을 제공할 수 있습니다.

비아 설계: 모든 전환 지점에서의 신뢰성

• 패드 및 비아에 티어드롭 사용: 비아와 패드 연결부 기저부에 티어드롭 패드(필렛)를 적용하면 응력을 분산시켜 드릴 가장자리에서의 구리 균열 위험을 줄일 수 있습니다.
• 최소 안누형 링: 개방 회로를 방지하고 제조 수율을 향상시키기 위해 모든 비아 및 패드에 최소 8밀 안누형 링 을 유지하십시오.
• 스티프너 가장자리로부터 비아 배치 피하기: 강성-유연 전이 구간 및 스티프너 가장자리 부근에 비아를 배치하지 않아야 응력 집중과 '에지 효과' 균열을 최소화할 수 있습니다.
• 비아 간 거리 및 비아-동판 간 간격: IPC 가이드라인에 따라 전기적 단락을 방지하고 제조 허용오차를 확보하기 위해 충분한 간격을 유지하십시오.

배선 요약 표

레이아웃 및 배선 팁

• ECAD/MCAD 협업: PCB CAD 소프트웨어(예: Cadence OrCAD X 또는 Altium)에서 스택업 영역 정의 및 벤드 영역 시각화 도구를 사용하여 클리어아웃, 패드스택 규칙 및 전이 지침을 적용하십시오.
• DFM 검토: 제작 전에 레이아웃 오류를 발견할 수 있도록 항상 플렉스 PCB 제조업체에 DFM 검사를 요청하십시오. 많은 제조업체가 고유한 분석 도구를 사용하여 간격 부족, 지지되지 않는 패드, 부적절한 스티프너 커버리지 등의 문제를 식별할 수 있습니다.
• 크로스 해치 평면: 유연성을 저해하지 않으면서도 EMI 차폐 기능을 유지하기 위해 플렉스 영역의 단단한 구리 퍼우를 크로스 해치 형태의 필링으로 대체하십시오.

신뢰할 수 있는 리지드-플렉스 PCB를 위한 스택업 설계

정교하게 설계된 플렉스 PCB 스택업 은 신뢰성 있는 강성-유연 기판 기계적 유연성과 전기적 성능을 조화시키는 것으로, 적절한 층 수, 두께 및 소재를 선택하면 굽힘성, 신호 무결성, 전자기 간섭(EMI) 차폐 성능 및 제조 용이성을 최적화할 수 있습니다. 본 섹션에서는 제품의 기계적 및 전기적 요구사항에 부합하는 효과적인 적층 구조 설계 방법을 설명합니다.

설계 고려사항: 정적 사용 대 동적 사용

정적 플렉 소자용 적층 구조: 조립 후 한 번 또는 소수 회수만 굽힘되는 경우를 위한 것으로(예: 외함 내부의 고정된 접힘), 조립 후 기계적 부하가 제한적이므로 비교적 많은 층 수(8층 이상 가능)와 보통의 굽힘 반경을 허용할 수 있습니다.

동적 플렉 소자용 적층 구조: 수십만 내지 수백만 회의 반복적인 주기적 굽힘이 가해지는 플렉 회로용으로, 이러한 설계는 다음을 요구합니다:

• • 적은 층 수(응력을 최소화하기 위해 일반적으로 1~2층)
  • 큰 굽힘 반경(예: 플렉 두께의 100배 초과)
  • 롤드 어니일드(Rolled Annealed) 구리 사용
  • 고유리전이온도(Tg) 폴리이미드 필름의 얇은 유전체층

균일한 레이어 수와 대칭 스택업

대칭 구조의 짝수 레이어는 비틀림과 기계적 응력을 최소화합니다. 적절히 균형 잡힌 내층은 다음을 유지하는 데 도움이 됩니다.

• 기계적 안정성: 제작 중 휘거나 현장에서 굽힘 현상 방지
• 전기 성능: 트레이스 간 임피던스 균형 및 크로스토크 감소

스택업 제조의 특수 기술

제본 기법: 고레이어 수 플렉스 PCB에서 여러 플렉스 레이어를 조합할 때 사용되며, 본드필을 사이에 두고 두 개 이상의 플렉스 회로를 등받이 형태로 적층하는 방식입니다. 이 방법은 유연성을 해치지 않으면서 기계적 강도를 향상시킵니다.

에어갭 구조: 플렉스 레이어 사이 또는 플렉스와 엄격한 부분 사이에 제어된 공기 갭을 포함하여 유전율과 손실을 줄이고, 고주파 신호 전송 성능과 임피던스 제어를 개선합니다.

신호 무결성 및 EMI/RFI 차폐 고려사항

• 유지하기 위해 제어 임피던스 플렉스 패턴에서 스택업 설계는 유전체 두께, 동박 중량 및 재료의 Dk를 정밀하게 제어해야 합니다.
• 그라운드 및 전원 평면은 크로스해치 동판 채움 을 사용하여 유연성을 해치지 않으면서 EMI/RFI 차폐를 제공해야 합니다.
• 고속 트레이스에 가까이 위치한 차폐층은 항공우주, 의료 및 통신 응용 분야에서 중요한 신호 잡음을 줄입니다.

모형 제작 기술 및 설계 도구

물리적 모형: 종이 또는 마일라 프로토타입은 제작 전 굽힘 구역과 기계적 맞춤을 시각화하는 데 도움이 됩니다.

ECAD/MCAD 통합: Cadence OrCAD, Altium, Siemens NX 등의 도구를 사용하여 스택업 구역, 굽힘 반경 및 기계적 응력을 시뮬레이션합니다.

적층 도구: 많은 PCB 제조업체에서 설계 초기 단계에서 임피던스 계산 및 재료 호환성 검사를 지원하는 온라인 적층 및 재료 선택 도구를 제공합니다.

4층 정적 플렉스 섹션의 예시 적층 구조

유연한 영역과 강성 영역 간의 균형

• 유연한 레이어는 일반적으로 강성 기판을 통과하여 확장됨 전이 구역에서.
• 신뢰성을 향상시키기 위해 강성 영역은 유연한 코어를 샌드위치처럼 감싸야 하며, 찢어짐을 방지하기 위해 유연한 레이어가 외층에 오는 것을 피해야 합니다.
• 사용 둥근 모서리 (필렛) 응력 집중을 줄이고 제조 수율을 높이기 위해 강성-유연 기판의 외곽선에 적용

IPC 설계, 제조 및 테스트 표준 준수

산업 표준을 준수하는 것은 귀하의 제품이 품질, 신뢰성 및 양산성 측면에서 요구사항을 충족하도록 보장하는 데 매우 중요합니다. 강성-유연 PCB iPC 표준은 전자 산업 전반에 걸쳐 일관된 설계, 제작, 검사 및 조립 방식의 핵심 역할을 합니다. 아래에서는 강성-유연 PCB 프로젝트를 기획 단계부터 생산까지 원활히 진행할 수 있도록 핵심 IPC 표준들을 소개합니다.

강성-유연 PCB 설계를 위한 주요 IPC 표준

이러한 표준들이 강성-유연 설계에 미치는 영향

굽힘 반경 및 기계적 응력 제어: IPC-2223은 유연 레이어 수와 적층 두께에 기반한 최소 굽힘 반경 가이드라인을 정의하며, 도체 피로 및 비아 균열 방지를 위해 중요합니다.

전이 구역 설계 규칙: IPC-2223 및 IPC-6013은 유연부에서 강성부로 전환되는 부분 주변의 금지 영역 전도 패드, 비아, 트레이스가 모서리 근처에 위치하지 않도록 하여 박리나 파손을 최소화해야 한다고 강조합니다.

라미네이트 및 접착제 사양: IPC 규격에 부합하는 재료를 선택하면 장기간 열 순환, 굽힘 응력 및 습기에 걸렸을 때 성능을 보장할 수 있으며, IPC-FC-234가 접착제 사용을 안내합니다.

검사 및 허용 기준: IPC-600 및 IPC-610 기준을 활용하면 제조업체와 조립업체가 결함을 적절히 분류하고 플렉스 회로 기판의 요구사항에 맞춘 허용 오차 수준을 설정할 수 있습니다.

조립 지침: IPC-A-610 및 J-STD-001에 따르면, 강성-유연 혼합 PCB 조립 시 납땜 공정과 습기 제어 기술(사전 베이킹)을 철저히 수행해야 하며, 폴리이미드의 습기 민감성을 고려할 때 특히 중요합니다.

품질 관리 및 시험

IPC 표준은 또한 다음을 규정합니다:

• 테스트 항목 무결성 검증을 통한 그리고 배선 추적 준수 광학, X선 및 미세단면 시험을 통해.
• 리플로우 중 '팝코닝(popcorning)'을 방지하기 위한 플렉스 회로 조립용 저습기 사전 베이크 공정.
• 환경 스트레스 시험: 열순환, 진동 및 굽힘 수명 인증.

요약: 강성-유연(Flexible) PCB 프로젝트에서의 IPC 표준과 그 역할

비용 요인 및 납기 시간에 영향을 미치는 요소

설계 및 제조 유연한 PCB 그리고 강성-유연 결합 기판(Rigid-flex PCB) 비용과 리드타임에 직접적인 영향을 미치는 복잡한 변수들을 포함한다. 이러한 요인들을 이해함으로써 엔지니어와 제품 관리자는 품질이나 신뢰성을 희생하지 않으면서도 더 빠르고 경제적인 생산을 위해 설계를 최적화할 수 있다.

플렉스 및 리지드-플렉스 PCB 설계의 주요 비용 요인

납기 지연의 일반적인 원인

부적절한 벤딩 요구사항 제작 능력 또는 IPC 가이드라인보다 작은 벤딩 반경을 명시하면 제조 리워크 및 지연이 발생합니다.

불완전하거나 모호한 설계 데이터 유연-강성 전이 사양, ZIF 커넥터 세부 정보, 적층 정의, 드릴-구리 클리어런스 등 주요 문서 누락 시 엔지니어링 반복 조정과 지연이 발생합니다.

설계 관련 문제 예로는 벤딩 구간에서 부적절한 트레이스 배선, 비아 배치 오류, 또는 제출 후 DFM 툴에서 지적된 플렉스 영역의 과도한 코퍼 평면 등이 있습니다.

불명확한 조립 지시서 플렉스 조립은 사전 베이킹/습기 제어, 적절한 스티프너 사용 및 고정 장치 가이드라인이 필요합니다. 이러한 세부 정보가 누락되면 조립 업체가 혼동을 겪고 시간이 소요될 수 있습니다.

프로 팁: 제공하는 완전한 제조 도면 및 포괄적인 사양 , 초기 단계와 결합하여 DFM 상담 플렉스 PCB 제조업체로부터 제공받는 이 서비스는 납품 기간을 크게 단축시키고 비용이 많이 드는 재설계를 줄여줍니다.

비용과 품질의 균형

납기 시간을 고려하여 비용을 최적화할 때 다음을 기억하세요:

• 주문 신속 제작 프로토타입 은 단가를 높일 수 있지만 제품 개발 주기를 가속화합니다.
• 제작이 시작된 후 변경 사항을 줄이기 위해 설계 반복 작업을 통합하면 상당한 비용을 절약할 수 있습니다.
• 투자 턴키 제조 단일 공급업체가 제작과 조립 모두를 처리함으로써 커뮤니케이션 지연과 품질 리스크를 최소화합니다.
• Sierra Circuits와 같은 제조업체와 초기 단계에서 협업하면 Sierra Circuits 온라인 견적 도구 및 DFM 지원을 제공하는 업체는 가격과 납기 예측의 정확성을 높이는 데 기여합니다.

빠른 참조 표: 설계 고려사항 대비 비용 및 납기 영향

적합한 플렉스 및 리지드-플렉스 PCB 제조업체를 선택하는 방법

올바른 flex PCB 또는 리지드-플렉스 PCB 제조업체 와의 파트너십은 정교한 설계가 고품질이며 신뢰할 수 있는 제품으로, 제시간에 납품되도록 보장하기 위해 매우 중요합니다. 표준 리지드 기판과 달리 플렉스 및 리지드-플렉스 회로는 전기적·기계적 사양을 충족하기 위해 특수한 제조 공정, 정밀한 소재 취급 및 엄격한 품질 관리가 요구됩니다.

검토해야 할 주요 제조업체 자격 요건

경험 및 생산 역량

• • 다음 분야에서 실적이 입증된 플렉서블 PCB 및 리지드-플렉스 제조 , 특히 동적 굽힘 및 다층 고밀도 플렉스 설계의 경우
  • 재고 상태 신속한 PCB 프로토타입 제작 개발 주기를 가속화하기 위해
  • 경험 복잡한 적층 구조 , 접착제 없는 구조 및 다층 유연 회로
  • 생산 능력 턴키 어셈블리 , IPC-A-610 및 J-STD-001 기준에 따른 습기 프리베이크, 고정장치 취급 및 부품 납땜을 포함

재료 및 기술

• • 프리미엄 소재 접근 가능 폴리이미드 필름 , 롤 앤닐드 구리 포일 , 그리고 우수한 FCCL 적층재 .
  • 접착제 기반 및 비접착제 기반 유연한 구조물에 대한 전문성 유연한 구조물.
  • 고급 표면 마감 옵션(ENIG, OSP 등) 및 적절한 보강재(Kapton, FR-4, 금속) 선택.

제조성을 위한 설계(DFM) 지원

• • 설계 검토 시 굽힘 반경, 배선 라우팅, 비아 배치 및 적층 구조를 검증하기 위한 강력한 엔지니어링 협업.
  • 온라인 견적 및 DFM 도구 접근 가능 , 설계 문제의 조기 발견과 정확한 납기 예측을 가능하게 함.
  • 상세한 제작 도면 및 조립 체크리스트 제공 유연 회로에 맞게 설계됨.

인증서 및 품질 보증

• • 주요 표준 준수: IPC-2221, IPC-2223, IPC-6013, IPC-600, IPC-A-610, J-STD-001 .
  • 강력한 품질 시스템을 나타내는 ISO 9001 또는 AS9100 인증.
  • 베이킹 및 습도 제어 처리와 같은 습기 관리 프로토콜.

단일 시설 원스톱 생산

• • 모든 제조 공정을 자체 시설에서 수행하며 유연 회로 기판 제작 및 조립을 모두 처리 , 물류 복잡성과 의사소통 누락을 최소화함.
  • 신속한 피드백 루프 제공 및 신속한 문제 해결 능력.

유연한 PCB 제조업체에 문의해야 할 질문

제조업체와 초기 단계에서 협업하는 장점

• 맞춤형 적층 구조 권장 사항 자사의 재료 라이브러리와 공정 전문 지식을 활용하여
• 더 좋네요 위험 완화 금형 제작 전에 제조 가능성 문제를 사전에 해결함으로써
• 최적화된 비용 및 납기 시간 정보 기반의 타협을 통해
• 더 높은 성공 확률의 원스톱 생산 프로토타입에서 대량 생산까지 원활한 진행

사례 연구: 시에라 서킷츠의 접근 방식

시에라 서킷츠는 산업 최고의 사례를 보여주며 다음을 제공합니다:

• 유연 회로 기판(Flex) 및 강성-유연 복합 회로 기판(Rigid-Flex)의 완전한 내부 제조 및 어셈블리
• 제작 전 철저한 DFM(설계가능성 검토) 상담 서비스
• 첨단 온라인 견적 및 재료 선택 도구
• IPC 규격 준수 생산 공정 및 습기 관리
• 신속한 프로토타이핑과 검증된 정시 납품 실적

최종 체크리스트: 유연/강성-유연 복합 PCB 제조업체 선정

• 동적 유연 회로 및 다층 강성-유연 복합 PCB 생산에 대한 입증된 경험
• 폴리이미드 및 FCCL 옵션을 포함한 첨단 소재 재고
• 포괄적인 DFM 및 설계 컨설팅 서비스
• ISO 및 IPC 인증과 투명한 품질 관리 시스템
• 단일 공장에서 완료되는 원스톱 제조 및 조립 역량
• 신속한 프로토타입 개발 주기 달성 실적
• 명확한 항목별 가격 책정 및 생산량 확대 옵션

핵심 요약 및 모범 사례

설계 및 제조 강성-유연 결합 기판(Rigid-flex PCB) 지능적인 소재 선정과 적층 설계부터 정밀한 레이아웃, 신뢰할 수 있는 제조 파트너십에 이르기까지 종합적인 접근이 필요한 고도화된 공정입니다. 아래는 차세대 고효율 플렉시블 회로 설계 성공을 위해 업계 표준과 현장 경험에서 도출한 핵심 포인트와 모범 사례를 간략히 정리한 내용입니다.

주요 요점 요약

• 응용 분야 요구사항 이해: 설계가 정적 또는 동적 플렉스 동적 굽힘은 훨씬 더 큰 굽힘 반경과 더욱 강화된 구리 및 소재를 필요로 합니다.
• IPC 표준 준수: 따라하기 IPC-2221, IPC-2223, IPC-6013, IPC-600, IPC-A-610, 및 J-STD-001 설계, 제작, 조립이 엄격한 산업 요건을 충족하도록 보장합니다.
• 굽힘 반경 및 굽힘 비율 최적화: 층 수와 플렉스 두께에 따라 권장되는 최소 굽힘 반경을 사용하여 조기 파손을 방지하십시오.
• 소재는 중요합니다: 응용 환경에 맞는 소재를 선택하세요. 예를 들어 폴리이미드 유전체, 압연 어닐링 구리, 접착제 없는 FCCL , 그리고 적합한 강성 보강재 등이 있습니다.
• 배치 및 라우팅: 라우트는 벤드와 평행하게 배치하며 부드러운 곡선을 사용하고, 다중 레이어 라우트는 계단식으로 배열하며, 적절한 어너링 링, 눈물 모양 패드를 사용하고, 최소 드릴-구리 간격을 유지하십시오.
• 적층 설계: 대칭적이고 짝수 레이어의 적층을 사용하고, 책자형 적층 또는 에어갭 레이어와 같은 특수 기술을 적용하며, 적절한 커버레이로 플렉 레이어를 보호하십시오.
• 조기 전문 제조업체 협의: 전문 홀로그램 제조사와 플렉스 PCB 제조업체 턴키 및 퀵턴 생산 경험이 풍부하며, 설계 지원을 제공하고 IPC 표준을 준수하는 업체.
• 비용 및 납기 관리: 완전하고 상세한 제조 도면과 조기 DFM 검토를 통해 비용 초과 및 생산 지연을 줄입니다.

모범 사례 체크리스트

추천 리소스 및 도구

• 다운로드하세요 제조를 위한 설계 핸드북 sierra Circuits와 같은 신뢰할 수 있는 공급업체로부터 제공
• 사용 온라인 스택업 및 재료 선택 도구 임피던스와 기계적 성능을 정밀하게 조정하기 위해
• PCB CAD 소프트웨어 활용 시 다중 영역 스택업 및 굴곡 시각화 기능 기능.

마무리 의견

리지드-플렉스 PCB 설계 전기적 정밀성과 기계적 요구를 결합하여 — 다층 스택업, 신중한 재료 선정, 우아한 라우팅을 균형 있게 조화시켜 가장 까다로운 산업 분야를 위한 강력한 솔루션을 창출합니다. 표준에 대한 세심한 적용, 경험이 풍부한 제조업체와의 협업, 입증된 설계 규칙 준수를 통해 다음 번 플렉스 또는 하이브리드 플렉스-릿지드 PCB가 내구성, 성능, 양산성 측면에서 뛰어난 성과를 거둘 수 있습니다.