경성-연성 PCB 설계의 장점과 도전 과제
키워드: 경성-연성 PCB 제조사, 경성-연성 PCB
전자 분야에서는 때때로 과거에 뿌리를 둔 새로운 기술이 등장하는 것을 볼 수 있습니다. 약 50년 전, 우주선에서 경성-연성 PCB 기술은 배선 하네스를 대체해야 할 필요성에서 비롯되었습니다. 최초의 상업용 휴대용 컴퓨터에도 경성-연성 기술이 사용되었습니다.
오늘날 위성, 노트북 컴퓨터, 경성-연성 PCB, 의료 기기, 웨어러블 기술 및 테스트 장비 등 소수의 애플리케이션이 이 기술에 의존하고 있습니다.
경성-연성 PCB
이름에서 알 수 있듯이, 경성-연성 PCB는 경성 기판과 연성 기판의 조합입니다. 경성 PCB의 서브 회로를 연결하기 위해 하나 이상의 연성 회로가 사용됩니다. 경성-연성 PCB는 일반적으로 구리 클래딩 기판 위에 연성 폴리이미드 재질로 제작되며, 경성 FR4 보드에 연결됩니다.
경성-연성 PCB의 연성 부분은 패딩된 스루 홀이 있는 다층 구조로 제작되어 층 간의 상호 연결성을 확보합니다. 경성-연성 PCB는 단순히 연성 기판을 사용하는 것에서부터 연성 영역 자체에 실제 서브 회로를 구축하는 것까지 발전하여, 와이어 하네스를 대체하는 역할을 하고 있습니다.
경성-연성 PCB의 장점
기존의 경성 PCB와 비교할 때, 경성-연성 PCB 설계는 상당히 까다롭습니다. 그럼에도 불구하고 일부 설계, 특히 좁은 공간에 보드를 장착해야 하는 설계에서 경성-연성 PCB가 사용되는 데는 몇 가지 좋은 이유가 있습니다.
- 공간 절약
종종 경성-연성 PCB가 필요한 설계에서 공간은 사치입니다. 예를 들어, 휴대용 열 스캐너는 경성-연성 PCB 설계의 이점을 얻을 수 있는데, 이는 높이가 높은 커넥터와 와이어 하네스를 장착할 공간이 많지 않기 때문입니다. 대신, 연성 기판에 내장된 상호 연결 회로를 통해 트레이스를 라우팅할 더 많은 공간을 확보할 수 있습니다.
- 향상된 신뢰성
PCB에서 와이어 하네스를 정기적으로 분리해야 할 때 커넥터가 그 목적을 수행합니다. 그러나 인클로저 내에서 여러 개의 상호 연결된 서브 회로를 포함하는 설계의 경우, PCB에 커넥터를 추가하면 고장 위험이 증가합니다. 경성-연성 설계를 구현하면 보드 간 커넥터의 필요성이 사라집니다. 이는 또한 때때로 고장 나기 쉬운 납땜 접합부를 줄여줍니다.
- 테스트 용이성
모든 서브 회로가 이미 상호 연결되어 있기 때문에, 경성-연성 PCB가 제조될 때 자동화된 테스트를 수행하기도 쉽습니다. 부품이 조립되기 전에 연결 문제를 제거하여 불필요한 비용과 낭비를 방지할 수 있습니다.
- 비용 절감
경성-연성 PCB 제조사로부터 공급받는 경성-연성 PCB는 일반적으로 경성 PCB보다 제조가 더 까다롭기 때문에 가격이 더 저렴한 경우가 많습니다. 그러나 경성-연성 PCB를 사용함으로써 제품의 전체 비용은 절감됩니다. 경우에 따라 수작업이 필요한 와이어 상호 연결을 연성 재질의 전도성 레이어가 대체하므로 조립 비용을 절약할 수 있습니다. 또한 경성-연성 PCB는 그 자체로 완전한 회로이기 때문에 장착되는 인클로저에 와이어 하네스를 설치할 필요가 없습니다. 제품의 각 단위에 대해 이러한 배선 작업은 추가 비용이 발생하고 소중한 시간을 차지합니다.
경성-연성 PCB 설계 과제
다양한 과제로 인해 유연성과 다용도성이 상쇄되지만, 3차원 제품과 설계를 구축할 수 있게 해줍니다. 전통적인 경성-연성 PCB 설계의 도움으로 제품의 물리적으로 더 강한 경성 부분에 섀시, 커넥터 및 부품을 장착합니다. 또한 전통적인 설계 측면에서 연성 회로는 진동에 대한 내성을 개선하고 질량을 낮추면서 상호 연결 역할만을 수행했습니다.
경성-연성회로기판에 대한 새로운 설계 규칙이 신제품 설계와 향상된 연성 회로 기술의 결합으로 도입되었습니다. 이제 귀하의 설계 팀은 연성 회로 영역에 부품을 배치할 자유를 가지게 되었습니다. 귀하와 귀하의 팀은 이러한 자유를 경성-연성 설계에 대한 다층 접근 방식과 결합함으로써 설계에 더 많은 회로를 구축할 수 있게 되었습니다. 그러나 홀 및 라우팅 측면에서 이러한 자유를 얻는 데 몇 가지 과제가 추가됩니다.
경성-연성 설계에 능숙한 PCB 설계자에게는 제품에서 소형화 단계가 목격됨에 따라 절실한 수요가 있습니다. 경성-연성 PCB를 설계하려면 다른 기술 세트가 필요하다는 것을 도전에 나서기 전에 인식하는 것이 필수적입니다.
3차원 환경에서는 순수한 전기적 접근 방식 대신 설계를 구상하기 시작해야 합니다. 경성-연성 설계는 일반적으로 인클로저에 맞춰지며 기계적 요소를 고려해야 합니다.
어느 정도까지는 PCB의 연성 부분이 때때로 구부러집니다. 이는 재료에 가해지는 기계적 응력을 평가해야 함을 의미합니다. 조기 파손을 방지하기 위해 굽힘 영역 또는 굽힘 라인을 주의 깊게 처리해야 합니다.
패드가 기계적 응력으로 인해 약해지므로 굽힘 영역에서 패드와 비아를 피해야 합니다. 구조적 안정성을 위해 트레이스는 굽힘 라인에 수직으로 라우팅되어야 합니다. 굽힘 영역을 강화하기 위해 기존 트레이스와 함께 더미 트레이스를 추가할 수 있습니다.
연성 영역의 접지면은 단단한 구리면 대신 해치 처리된 다각형을 사용해야 합니다. OrCAD PCB Designer를 사용하는 경우 쉽게 수행할 수 있습니다. 경성-연성 설계를 위해 설계자는 최적화되어야 합니다.
전기기계적 요인에 의해 영향을 받는 설계
경성-연성 PCB를 설계할 때 경성 기판과 연성 회로 모두에 영향을 미치는 전기기계적 요인의 관점에서 생각하십시오. 설계를 구축할 때 굽힘 반경과 두께의 비율에 초점을 맞추십시오. 연성 회로의 굽힘 영역에서 두께 증가나 좁은 굽힘은 파손 가능성을 증가시킵니다. 제조업체는 굽힘 반경을 연성 회로 재료 두께의 최소 10배로 유지할 것을 권장합니다.
연성 회로를 외부 굽힘을 따라 늘리거나 내부 굽힘을 따라 압축하는 것을 피해야 합니다. 굽힘 각도를 90° 이상으로 증가시키면 연성 회로의 한 지점에서 압축이 발생하고 다른 지점에서 신장이 증가합니다.
굽힘 영역에서 발견되는 도체 유형과 두께는 경성-연성 신뢰성의 또 다른 핵심 문제입니다. 패드 전용 도금을 사용하고 도체의 도금 양을 줄이면 기계적 응력과 두께를 줄일 수 있습니다. 두꺼운 니켈, 금 또는 구리 도금을 사용하면 기계적 파괴 및 응력이 발생하고 굽힘부의 유연성이 감소합니다.
경성-연성 PCB 설계에 필요한 팀워크
새로운 PCB 설계 도구는 연성 회로의 작동을 시뮬레이션하고, 3D 전기기계적 설계를 시각화하고, 여러 레이어 스택을 관리하고, 설계 규칙을 확인할 수 있는 기능을 설계 팀에 제공합니다. 이러한 도구를 보유하고 있더라도 경성-연성 PCB의 성공적인 설계는 제조업체와 팀 간의 팀워크에 달려 있습니다.
경성-연성 PCB 프로젝트의 초기 단계에서 팀워크는 시작 후 일관된 의사소통을 통해 설계 과정과 핵심 요소 전반에 걸쳐 지속되어야 합니다.