플렉서블 PCB의 재료적 특징은 무엇인가요?

전자 회로 기판은 제조에 사용되는 재료 측면에서 상당한 발전을 이루었습니다. 시중에 출시된 다양한 PCB는 고성능 적층 재료를 기반으로 제작됩니다. 이 글에서는 플렉서블 인쇄 회로 기판과 그 구조를 구성하는 데 사용되는 재료에 대해 중점적으로 살펴보겠습니다.

플렉서블 인쇄 회로 기판(PCB)은 유연한 절연 기판으로 구성된 기판입니다. 이 기판은 뛰어난 전기적 성능과 높은 조립 밀도, 최소 두께, 경량성 등의 특징을 가지고 있습니다. 디지털 카메라, 휴대폰, 레이저 집적 회로(LCM), 항공우주 제품 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있습니다.

PCBgogo의 플렉서블 PCB

연성회로기판의 재료

PI

이 소재는 주로 커버 필름과 베이스 필름으로 사용됩니다. 고온에 대한 내성이 뛰어나며 용접을 통해 강화할수 있습니다. 가장 널리 사용되는 소재이며 두께가 두꺼워질수록 가격이 상승합니다.

애완 동물

고온 조건이 적합하지 않은 연성 기판 제조에 PET가 사용됩니다. PET는 PI보다 치수 안정성과 수분 흡수율이 우수합니다. 또한 PI와 달리 PET는 무색입니다.

PET는 일반적으로 기본 필름으로 사용되지만 PCB를 보강하는 데에도 사용할 수 있습니다.

P1과 PET의 비교

PTFE

이 제품은 듀폰 사에서 테플론 상표로 생산하는 제품입니다. 이 절연체는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

• 화학적 불활성; 이 물질은 거의 모든 강염기, 강산, 강유기 용매 및 강산화제에 의해 용해되지 않습니다. 다시 말해, "플라스틱의 왕"이라고 불립니다.

• 탁월한 전기 전도성 ; 이는 알려진 모든 플라스틱 중에서 최고의 절연체이며, 체적 저항이 최대 10¹⁸Ω·cm에 달합니다. 유전 상수 2.1로 최상의 전기적 성능을 보이며, 온도 및 주파수 변화에 대한 영향도 최소화됩니다.

• 열 안정성 : 327°C의 높은 융점을 가지며 약 -200°C에서 260°C까지의 온도 범위에서 안정적인 특성을 보입니다.

• 가연성 : 산소 제한 지수가 약 95%입니다.

• 점착성이 없어 점성 물질이 달라붙지 않습니다. 물과의 접촉각은 약 114°입니다.

• 우수한 내후성 ; 이 소재는 기계적 특성을 유지하면서 20년 이상 실외에서 견딜 수 있습니다.

PTFE는 우수한 유전 특성 덕분에 유연한 구리 피복 적층판 제작에 사용됩니다. 또한, 이 소재의 유기적 특성은 신호 처리 속도를 향상시키는 데 도움이 됩니다.

단자 성능 향상을 위한 플렉서블 PCB 제작 재료 및 공정

플렉시블 PCB는 제품에 다양한 용도로 사용되지만, 기본적으로는 리드선, 인쇄 회로, 커넥터 및 다기능 통합 시스템으로 구성됩니다. 공간 설계, 형태 변경, 접힘 및 굴곡 설계 조립을 통해 기능을 구분할 수 있으며, 플렉시블 PCB 설계는 전자 장비의 정전기 간섭 문제를 방지하는 데 사용할 수 있습니다. 플렉시블 회로 기판을 사용하면 비용 측면에서도 유리하며, 제품의 품질을 연질 기판 구조에 직접 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 설계 부피가 상대적으로 작을 뿐만 아니라 기판의 특성으로 인해 전체 제품 크기도 크게 줄일 수 있습니다.

플렉시블 PCB 기판 구조는 비교적 간단하며, 주로 상부 보호층과 중간 배선층으로 구성됩니다. 대량 생산되는 플렉시블 회로 기판은 생산 공정 및 후처리 과정에서 위치 고정용 홀을 사용하여 제작됩니다. 플렉시블 PCB는 필요한 공간에 따라 기판 모양을 변경하거나 접이식 형태로 사용할 수 있으며, 외층에 EMI 방지 및 정전기 방지층을 설계하는 등 다층 구조를 적용하여 EMI 문제를 효과적으로 개선할 수 있습니다.

플렉서블 PCB 구조의 최상층인 핵심 회로 기판에는 구리가 사용되는데, 구리는 RA(압연 소둔 구리)와 ED(전해 도금 구리)로 나뉩니다. ED 구리는 제조 비용이 저렴하지만, 재질이 쉽게 파손되거나 깨질 수 있습니다. RA는 생산 비용이 높지만 유연성이 뛰어나기 때문에, 굴곡이 심한 플렉서블 회로 기판에는 대부분 RA 재질이 사용됩니다.

연성 PCB를 제작하기 위해서는 커버층, 캘린더링된 동판, 기판 등 각 층을 접착제로 접착해야 하는데, 일반적으로 사용되는 접착제는 아크릴(Acrylic)과 에폭시 수지(Mo-Epoxy) 두 가지가 있습니다. 에폭시 수지는 아크릴보다 내열성이 낮아 주로 가정용품에 사용되는 반면, 아크릴은 내열성과 강도가 높지만 절연성이 떨어집니다. 연성 PCB 제작 구조에서 접착제의 두께는 전체 두께의 20~40μm(마이크론)를 차지합니다.

플렉서블 PCB의 한계점

• 높은 초기 비용; 이 기판은 특수 용도로 제작되며, 사진판 및 회로 설계 비용이 상대적으로 높습니다. 따라서 플렉서블 PCB를 반드시 사용해야 하는 특별한 경우가 아니라면 소규모 애플리케이션에는 사용하지 않는 것이 좋습니다.

• 플렉시블 인쇄 회로 기판은 교체 및 수리가 매우 어렵습니다.

• 크기가 제한적입니다. 제조 공정이 배치 공정 방식이기 때문에 생산 설비의 크기 제한으로 인해 더 길거나 넓게 만들 수 없습니다.

• 부적절하게 작동할 경우 쉽게 손상되므로, 이 기판을 작동하고 납땜하려면 교육을 받은 인력이 필요합니다.

높은 굽힘 하중이 가해지는 용도의 경우, 재료 성능 향상을 위해 보강재 및 통합 설계가 가능합니다.

플렉시블 PCB 제작 공정에서는 동박 및 기판 생산, 절단 가공 후 천공, 도금 작업을 진행하고, 플렉시블 PCB 홀을 대략적으로 사전 가공한 다음, 포토레지스트 재료 코팅 공정을 거칩니다. 코팅이 완료되면 플렉시블 PCB 노광 및 현상 공정을 진행하고, 에칭 라인 처리를 위한 사전 준비 작업을 합니다. 노광 및 현상 공정이 완료되면 용매 에칭 작업을 진행합니다. 이때 전도성 라인이 형태를 갖추도록 일정 정도 에칭한 후, 표면의 용매를 제거하여 세척합니다. 그런 다음 플렉시블 PCB 기판과 에칭된 동박 표면에 접착제를 고르게 도포하고, 마지막으로 커버 레이어 접착 공정을 진행합니다.

위의 작업을 완료하면 플렉시블 PCB는 대략 80% 정도 완성된 상태입니다. 이때 플렉시블 PCB의 연결 부위, 예를 들어 홀 가이드 용접 가공 등을 처리해야 하며, 레이저 커팅을 이용한 특정 형상 가공도 필요합니다. 만약 플렉시블 PCB가 연질 및 경질 복합 기판이거나 기능 모듈과의 납땜 가공이 필요한 경우, 2차 가공이나 보강판 설계 등의 추가 가공이 필요할 수 있습니다.

플렉시블 PCB는 활용도가 매우 다양하고 생산 난이도도 높지 않습니다. 다만 플렉시블 PCB 자체로는 너무 복잡하고 정밀한 회로를 구현하기 어렵습니다. 구리 호일의 단면적이 너무 작아 PCB가 휘어질 경우 내부 회로가 쉽게 끊어질 수 있기 때문입니다. 따라서 복잡한 회로는 대부분 HDI 고밀도 다층 기판을 사용하여 관련 회로를 처리하고, 다수의 데이터 전송 인터페이스나 다양한 기능의 캐리어 보드 데이터 I/O 전송 연결에만 플렉시블 PCB를 사용합니다.

PCBgogo에서 제조한 플렉스-리지드 PCB

결론

플렉시블 회로 기판은 기판의 유연성을 확보하기 위해 다양한 재료를 사용하여 제작됩니다. 앞서 언급한 재료들을 적절히 사용해야 합니다. PCBgogo는 이러한 기판을 제작해 드립니다. PCBgogo는 최첨단 설비를 갖추고 있어 고객에게 만족스러운 결과물을 제공할 수 있습니다.