플렉서블 PCB 설계 및 EV 설계에서의 활용
Keywords: Flexible PCB, Flexible PCB Manufacturer
플렉서블 PCB는 플렉스 프린트(flex prints) 또는 플렉스 회로(flex circuits)라고도 불리는 특수한 유형의 회로 기판입니다. 원하는 모양으로 구부릴 수 있습니다. 고온 및 고밀도 애플리케이션에 널리 사용됩니다. 기판 재료로서 플렉스 디자인은 투명한 폴리에스터 또는 폴리이미드 필름으로 구성되며, 높은 내열성을 갖추고 있어 솔더 실장 부품에 적합합니다.
구리와 폴리이미드 유전체 층이 결합된 플렉서블 회로는 도전성 트레이스 층을 가지고 있습니다. 구리 도전성 층의 두께는 0.0001인치에서 0.010인치까지 다양하며, 유전체 재료의 두께는 0.0005인치에서 0.010인치까지 다양합니다. 도전성 구리 층을 기판에 접착하기 위해 접착제가 필요하며, 때로는 증착(vapor deposition)도 구리를 기판에 부착하는 데 유용하게 사용됩니다.
재료 선택은 기계적 및 화학적 저항성, 정전용량, 온도, 전류, 굴곡 유형 등 여러 요인에 따라 달라지며, 플렉서블 회로 기판을 제조하는 데 있어 다소 까다로운 부분입니다.
플렉서블 디자인은 상호 연결이 적기 때문에 접촉 크림프와 솔더 조인트가 더 적어 신뢰성이 더 높습니다. 또한, 단단한 회로 기판과 비교해 면적의 10%만 차지하고 유연한 굴곡 기능 덕분에 이러한 회로는 더 적은 공간을 필요로 합니다.
현대 세계에서의 중요성
이들은 정적 애플리케이션과 동적 굴곡에 널리 사용되므로, 플렉서블 기판은 어떤 모양으로든 구부릴 수 있습니다. 정적 애플리케이션에 사용되는 회로 기판은 최소한의 굴곡을 제공하는 반면, 동적 회로 기판은 정기적인 굴곡을 위해 설계되었습니다.
고온을 견디기 위해 플렉서블 회로 디자인은 -200°C에서 400°C 사이로 제작됩니다. 이것이 석유 및 가스 산업의 시추공 측정에 적합한 이유입니다.
많은 애플리케이션에서 플렉서블 기판은 플렉서블 PCB 제조업체로부터 유용하게 제공되지만, 단단한 회로 기판의 대체품으로 사용할 수는 없습니다. 대량 자동화 제조 애플리케이션에서는 단단한 기판을 저렴하게 설치할 수 있기 때문입니다.
정기적인 굴곡, 높은 정확도, 더 나은 성능 및 정밀도가 필요한 애플리케이션에는 플렉서블 회로 기판이 적합합니다. 플렉서블 회로 기판의 애플리케이션은 다음과 같습니다:
- 안티록 브레이크
- 카메라
- 초음파 프로브
- 연료 펌프
- 바코드 장비
- 의료 기기
- 반도체 테스트
- 위성
- 모션 시스템
- 배터리 팩
- 항공 전자 장비
- 에어백 시스템
- 제조 장치
넓은 구리 트레이스에서 얇은 구리 트레이스까지
굴곡에 대한 저항을 줄이려면, 더 많은 유연성을 원할 경우 더 얇은 구리 트레이스를 사용해야 합니다. 동시에 가장자리에서 넓은 끝부분을 사용하여 플렉스 케이블을 다른 곳에서 납땜할 수 있도록 할 수 있습니다. 전환이 급격하게 이루어지면 납땜 시 이 부분이 약점으로 간주됩니다. 따라서 넓은 트레이스와 얇은 트레이스 사이의 폭에서는 점진적인 변화를 주는 것이 좋습니다.
EV 디자인, 플렉서블 PCB로 향상되다
자동차 산업의 미래 발전을 위해 신에너지 차량이 주류를 이루고 있습니다. 자동차 와이어 하네스는 전통적인 라인 캐리어와 연결 시 상대적으로 복잡하고 무거우며, 전자 부품의 양이 지속적으로 증가함에 따라 신에너지 차량의 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 그러나 플렉스 PCB(Flex PCB)는 수백만 번의 동적 굽힘을 견딜 수 있으면서도 설계 자유도를 제공하여, 와이어를 손상시키지 않고 와이어 하네스를 대체할 수 있는 이상적인 선택입니다. 또한, 플렉스 PCB는 혹독한 환경에서 내구성, 내열성, 높은 신뢰성 및 자동차 전자 부품에 적합한 특성을 보여줍니다. 현재는 신에너지 차량의 엔터테인먼트 시스템, 기어박스, LED 자동차 라이트, BMS, 센서, 내비게이션, 자동차 디스플레이 및 기타 자동차 기기에 사용됩니다.
센서 기술의 지속적인 발전과 혁신으로 자동차 전자 분야의 잠재력이 점점 더 명확해지고 있으며, 이는 플렉스 PCB 시장의 중요한 성장 동력이 될 것으로 예상됩니다.
PCB 설계
FPCB는 포토리소그래피 기술을 사용하여 제조됩니다. 두 층의 폴리에스터(PET) 사이에 매우 얇은 구리 스트립(0.07mm)을 적층하는 것이 또 다른 방법입니다. 라미네이션 공정 중 열 경화되는 접착제를 사용하여 일반적으로 0.05mm 두께의 PET 층을 코팅합니다. 정상 작동 중 전기적 연결을 구부릴 수 있는 능력, 예를 들어 하위 시스템 간의 배선을 대체하는 것은 자동차 및 항공우주 분야에서 주요 장점입니다.
우리는 전자 분야의 많은 영역에서 점점 더 작은 무게와 크기로 더 높은 성능을 요구하는 제품에 대한 수요가 증가하는 것을 목격하고 있습니다. 높은 밀도의 전자 부품을 수용할 수 있는 PCB 솔루션의 경우, 이러한 엄격한 요구 사항은 더욱 좁은 공간을 필요로 합니다. FPCB의 잠재적 사용 가능성을 보여주는 많은 중요한 예가 자동차 산업에서 제공되며, 여기에는 디스플레이, 대시보드 제어 시스템, 푸시 버튼, 인포테인먼트 및 오디오 시스템, 그리고 더 많은 스티어링 휠 및 로터리 엔코더가 포함됩니다. 납땜을 최소화하기 위해 이러한 애플리케이션은 높은 단순성, 견고성 및 배선의 신뢰성이 필요하며, 기계적 및 노화 스트레스로 인해 잘못된 접촉이나 고장이 발생할 수 있습니다. 높은 충격과 진동이 있는 상황에서도 FPCB 기반 장치는 높은 저항성을 제공하며, 더 높은 회로 밀도와 더 낮은 무게를 가지며 고장 발생 가능성이 더 낮습니다.
전기 자동차(EV)에서 배터리 관리 시스템은 작동 중 배터리 상태를 모니터링합니다. 배터리 수명을 연장하기 위해 지능형 기능이 필요하며, 이는 총 소유 비용에 근본적인 영향을 미칩니다. 배터리 관리 시스템의 방전 깊이, 충전 수준 및 건강 상태를 지속적으로 모니터링해야 합니다. 배터리가 노화됨에 따라 개별 셀의 다양한 건강 상태는 공칭 용량의 변화에 대응할 수 있습니다. 감독 회로를 통해 셀 사용을 최적화하는 것이 작동 중 수동 또는 능동 에너지 수준의 균형을 보장하는 과제입니다. 각 셀의 센서를 BMS에 연결함으로써 플렉서블 회로는 완벽하고 콤팩트하며 가벼운 방법을 제공합니다.
하네스 기술 개선
특허를 받은 공정 혁신은 임의 길이의 플렉서블 다층 PCB 제조 능력을 확장하여 세계에서 가장 큰 플렉서블 다층 PCB를 만들었습니다. 도금, 스크린 인쇄, 드릴링, 프레싱과 같은 많은 전통적인 플렉서블 PCB 제조 공정 단계는 고정되어 있습니다. 기업의 혁신은 이를 동적 및 정적 프로세스로 변화시킵니다. 기존 제조 기술과 PCB 및 롤투롤 전기 라미네이트 장비의 혁신적인 수정입니다. 그 결과, 한계는 제조 공정 및 공급망이 한계를 정의하는 것이 아니라 애플리케이션 자체에 의해서만 결정됩니다.