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리지드-플렉스 PCB의 측면에 대한 깊은 통찰

Keywords: Flex Circuits Board, Rigid Flex PCB

전자 분야에서는 때때로 과거에 뿌리를 둔 새로운 기술이 등장하는 것으로 보입니다. 약 50년 전, 우주선의 배선 하네스를 대체하기 위한 필요를 충족시키기 위해 경성-연성회로기판 기술이 사용되기 시작했습니다. 경성-연성 기술은 최초의 상업용 휴대용 컴퓨터에 사용되었습니다.

오늘날 경성-연성회로기판을 사용하는 응용 분야로는 위성, 웨어러블 기술, 노트북 컴퓨터, 테스트 장비 및 의료 기기 등이 있습니다.

경성-연성회로기판

경성-연성회로기판은 경성 회로와 연성 회로 기판을 함께 적층한 것입니다. 경성-연성회로기판은 연성회로기판과 기존 경성회로기판의 고유한 특성의 경계를 넘나듭니다.

연성회로는 구리와 노튼 또는 캡톤과 같은 폴리이미드 재료를 함께 적층하여 제작됩니다. 이 과정에는 압력, 아크릴 접착제 및 열을 이용한 라미네이션이 포함됩니다.

기존의 경성회로기판에서는 부품을 기판의 양면에 모두 실장할 수 없습니다. 경성-연성 설계에서는 연성회로기판과 경성회로기판 간의 통합이 이루어지기 때문에 섹션 사이에 연결 케이블이나 커넥터가 사용되지 않습니다. 대신, 연성회로 내에서 시스템이 전기적으로 연결됩니다.

연결 케이블과 커넥터가 없음으로써 여러 가지 이점이 있습니다:

다른 부품을 수용할 수 있는 더 많은 공간 확보
제어된 임피던스 구현 가능
회로 내 신호 손실 없는 전송 개선
무게 감소
냉납과 같은 연결 문제 제거

모든 경성-연성회로기판은 영역으로 나뉘어집니다. 각 영역은 서로 다른 층 수와 재료를 포함합니다. 연성 영역에 비해 경성 영역에는 더 많은 층이 존재합니다. 전이 영역에서는 재료가 FR-4에서 폴리이미드로 변경됩니다.

복잡한 설계는 종종 경성에서 연성으로, 다시 경성으로 여러 번 전환됩니다. 이러한 교차점이 발생함에 따라 겹치는 경성-연성 재료로 인해 전이 영역에서 멀리 구멍을 배치해야 합니다. 이렇게 함으로써 무결성이 유지됩니다. 또한, 경성-연성 설계에는 부품과 커넥터에 추가적인 지지를 제공하기 위해 알루미늄 또는 스테인리스 스틸 보강재가 포함됩니다.

경성-연성회로기판 제조

기존 회로 기판을 개발하는 것과 비교하여 경성-연성 설계를 개발하는 것은 매우 복잡하고 까다롭습니다.

PCB 레이아웃 설계와 함께, 제조 공정은 PCB 설계 소프트웨어의 도움으로 시작됩니다. 필요한 PCB 설계를 생성하기 위해 소프트웨어를 배우는 것은 쉬우며, 기술적 경험이 없거나 거의 없는 사람도 작업을 시작할 수 있습니다.

경성-연성회로기판은 연성 및 경성 기판 재료 층을 도금된 스루홀과 함께 순서대로 적층하여 제조됩니다. 이는 층 간의 적절한 연결을 제공합니다.

하네스와 커넥터로 인해 발생하던 강한 접촉 및 열 문제는 경성-연성 설계의 강도와 신뢰성으로 인해 제거됩니다.

경성-연성회로기판은 오랫동안 존재해 왔습니다. 시간이 지남에 따라 기판 제조 공정이 향상되었습니다. 최근에는 경성-연성회로기판 제조 공정에서 유리 섬유 에폭시 수지(FR4)가 외부 경성 기판으로 사용됩니다. 회로의 경성 패턴을 보호하기 위해 경성 층에 솔더 마스크가 도포됩니다. 그리고 연성 기판의 재료는 폴리이미드(PI) 이중층 기판으로 구성됩니다. 이 이중층 기판은 구리로 덮여 있습니다. 설계의 연성 패턴은 아크릴 필름으로 보호됩니다.

경성-연성 회로 제조에는 다음 단계가 포함됩니다:

기재 준비
회로 패턴 생성
동박 에칭
정밀 기계 드릴링
스루홀 도금
커버 플레이트를 이용한 기판 보호

Rigid-Flex 기판은 뛰어난 전기적 성능과 기계적 지지력을 제공하며, 연성 재질은 어떤 형태로든 구부릴 수 있는 능력을 부여합니다. 고주파 신호 전송 및 임피던스 제어에 완벽하게 적합한 이 기판은 기판의 연성 재질이 우수한 유전 안정성과 유연성을 제공합니다.

치수 공차, 도금, 효과적인 회로 패턴, 적층, 레이어 업 및 드릴링을 보장하는 기판의 연성 재질은 높은 열팽창 계수와 높은 흡습 능력을 나타냅니다.

Rigid-Flex PCB 설계를 위한 재료

설계를 시작하기 전에 PCB 제조업체와 상담하는 것이 좋습니다. 오버레이의 선택, 개수, 동박 유형 및 굽힘 반경은 PCB가 안정적인 굽힘용인지 동적 굽힘용인지에 따라 달라질 수 있습니다.

동적 굽힘용 Rigid-Flex PCB는 기판이 지속적으로 구부러지는 환경에 설치됩니다. 따라서 2층 이하로 사용하는 것이 권장되며, 굽힘 반경은 항상 재료 두께의 100배 수준으로 유지해야 합니다.

한편, 안정적인 굽힘 설치에 사용되는 Rigid-Flex PCB는 최대 10~20층까지 가능합니다. 반복적인 굽힘 힘이 가해지지 않습니다. 이는 두께의 10배에 해당하는 작은 굽힘 반경을 사용할 수 있음을 의미합니다.

Rigid-Flex PCB의 장점

Rigid-Flex 설계는 연성 회로와 경성 회로의 이점을 모두 제공합니다. 제조업체와 소비자가 누릴 수 있는 몇 가지 장점은 다음과 같습니다.

역동성: 기판은 패키징 설계에 더 큰 유연성, 반복성 및 고정밀도를 제공합니다.
기계적 안정성: 여러 개의 연성 기판 층이 Rigid-Flex 설계를 구성합니다. 까다로운 장소에 설치하기 위한 유연성과 안정성을 모두 제공하는 이 층들은 하나 또는 그 이상의 경성 기판에 부착됩니다.
극한 환경 견딤: 전기 프로젝트 실행 중 중전자 부품에서 진동 및 충격 문제가 발생합니다. 그러나 Rigid-Flex PCB로 전기 부품을 납땜할 때는 이러한 문제에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 이 기판은 극한 환경, 열, 고온, 충격 및 방사선을 견딜 수 있기 때문입니다.
연결 신뢰성: 뛰어난 기판 극성과 안정성은 다른 전기 부품과의 안전하고 확실한 연결을 보장합니다.

Rigid-Flex PCB 응용 분야 및 예시

다양한 응용 분야에서 Rigid-Flex 설계가 사용됩니다. 설계의 강성을 손상시키지 않으면서 기판의 유연성이 필수적인 곳입니다.
군사, 산업 및 상업용 응용 분야에서 사용됩니다. 휴대폰, 디지털 카메라와 같은 스마트 기기에 사용됩니다. 의료 산업의 심박 조율기는 유연성, 공간 및 무게 감소를 위해 이를 사용합니다.
높은 신뢰성을 제공하고 연결 문제를 줄이는 이 기판은 취약하고 섬세한 배선을 지원합니다. Rigid-Flex 설계에서는 더 많은 연결 신뢰성을 확보하기 위해 적은 수의 납땜 접합부가 필요하며, 측정, 테스트 및 자동차 응용 분야에서 높은 연결 신뢰성을 가능하게 합니다.
이 기판의 제조는 조립 및 물류 비용이 적게 들어 매우 경제적입니다. 크기가 작고 무게가 가벼워 컴퓨터 서버 및 바코드 스캐너 응용 분야에 완벽하게 적합합니다.

마무리

이 글은 Rigid Flex PCB에 대한 상세한 지식을 얻고자 하는 분들에게 큰 도움이 될 것입니다. 이제 여러분의 지식이 더욱 확장되었기를 바랍니다.