정적 및 동적 플렉스 설계 비교: 리지드 플렉스 PCB 굽힘 반경 및 기타 기계적 고려 사항

원하든 원하지 않든, 유연 회로기판(Flex PCB)과 유연-강성 회로기판(Rigid-Flex PCB)은 여기에 머물러 있으며, 점점 더 유연한 전자제품이 연구 단계에서 산업으로 이동하고 있습니다. Flex PCB는 이제 당신의 자기 하드 드라이브에서 모터를 구동하는 것 이상으로 사용됩니다. 접히거나 이동하는 요소를 포함하는 모든 장치는 동적 Flex PCB를 포함할 가능성이 높습니다.

Flex PCB 시장의 성장이 수십억에 달함에 따라, PCB 설계자들은 정적 및 동적 Flex PCB 설계에 대해 가능한 한 많이 배울 수 있는 모든 동기를 가지고 있습니다. 귀사의 다음 제품이나 기존 제품의 재설계가 이에 달려 있을 수 있습니다.

정적 대 동적 Flex PCB

모든 Flex PCB는 유연한 층에 사용되는 재료가 같다는 점에서 유연-강성 PCB와 관련이 있습니다. 강성 부분이 폴리이미드 코어로 둘러싸인 구리와 프리프레그를 가지고 있는 대신, Flex PCB는 전적으로 유연한 재료로 구성됩니다. 폴리이미드는 유연-강성 제조 공정에 쉽게 적용될 수 있고 비교적 저렴하기 때문에 일반적으로 사용되지만, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 아라미드와 같은 고분자 재료도 Flex 리본에 사용될 수 있습니다.

Flex PCB는 동적 또는 정적 PCB로 설계될 수 있습니다. 어느 종류의 Flex PCB를 설계하든, 그것은 전기적인 작업만큼이나 기계적인 작업입니다. ECAD/MCAD 협업 기능이 있는 PCB 설계 소프트웨어는 어느 종류의 Flex PCB를 설계하는 데에도 훌륭합니다. 스택업을 계획하고 Flex PCB의 트레이스를 배치할 때, 보드의 구부러진 부분은 기계적 분석 중에 구부러진 직사각형 판으로 취급되어야 합니다. 이는 균열과 실패를 방지하기 위해 올바른 트레이스 두께를 결정하는 데 필수적입니다.

정적 또는 동적 Flex PCB를 설계하든, 전체적으로 두꺼운 유연한 스택업은 더 큰 굽힘 반경을 요구합니다. 이는 PCB를 원하는 각도로 형성하면서 굽힘을 따라 집중되는 인장 및 압축 스트레스의 양을 줄입니다. 두꺼운 PCB에 더 작은 굽힘 반경을 배치하면 커버레이가 굽힘 내부의 표면층에서 뭉칠 수 있습니다. 이는 중립 굽힘 축 내부에 있는 트레이스에 더 많은 압축 전단 스트레스를 가합니다. 전체 두께를 줄이고 싶다면, 접착제가 필요 없는 유연한 커버레이가 있습니다.

정적 Flex PCB: 제조 고려 사항

정적 플렉스 PCB가 제조되면, 보통 조립 시 원하는 곡률 반경과 굽힘 각도로 압축 성형 도구를 사용하여 구부립니다. 이 도구는 바이스처럼 작동하며, 맞춤형 성형 도구를 사용하여 단일 플렉스 리본에 동시에 여러 굽힘을 적용할 수 있습니다.

정적 플렉스 PCB는 일반적으로 수율점을 넘어 과도하게 형성되어, 의도된 굽힘 반경을 넘어 구부려져 형성 중에 일부 플라스틱 변형이 보장됩니다. 이는 성형 도구에서 제거된 후에 플렉스 PCB가 원래 모양으로 되돌아가는 것을 방지합니다. 정적 굽힘 반경과 각도가 정적 PCB에 지정되어 있을 때, 과도한 형성 중에 미세 균열과 실패를 방지하기 위해 회로 두께에 안전 여유를 계획해야 합니다.

의료 기기용 정적 플렉스 리본, Electronics Weekly에 소개됨.

직관적으로는 과도한 형성 중에 필요한 스트레스를 견딜 수 있도록 회로가 더 두꺼워야 한다고 생각할 수 있지만, 직관이 항상 옳은 것은 아닙니다. 간단히 말해서, 회로가 더 두꺼울수록 손상 없이 구부릴 수 있는 능력이 더 적습니다. 더 두꺼운 플렉스 PCB는 원하는 굽힘 반경과 각도에 맞추기 위해 더 큰 과도한 형성이 필요합니다. 이는 형성 중에 회로에 더 많은 스트레스를 가합니다.

마치 구부러진 직사각형 판처럼, 휘어진 보드 전체에 중립 굽힘 축이 있으며, 이는 종방향 인장 또는 압축 응력이 없는 곡선을 정의합니다. 더 얇은 트레이스는 더 큰 압축 응력을 견딜 수 있으므로, 더 얇은 트레이스는 중립 굽힘 축 내부에 배치될 수 있습니다. 중립 굽힘 축의 이동은 굽힘 반경에 따라 달라집니다. 최소 굽힘 반경에 대한 좋은 경험칙은 다음 방정식을 사용하는 것입니다:

스택업과 트레이스 두께가 적절하게 선택되면, 이 규칙을 따름으로써 중립 굽힘 축이 PCB의 중심선에서 크게 이동하지 않을 것임을 보장할 수 있습니다. 레이어 수가 증가함에 따라, 이는 IPC 2223C 표준에 따라 플렉스 PCB에서의 굽힘 비율(굽힘 반경 나누기 두께)을 준수하게 됩니다.

동적 플렉스 PCB: 내구성

정적 플렉스 PCB에 적용되는 많은 같은 설계 고려 사항이 동적 플렉스 PCB에도 적용됩니다. 동적 플렉스 PCB에서 중요한 문제는 반복된 굽힘 동안의 작업 경화입니다. 구리는 반복된 사이클링 하에서 작업 경화되어 결국 취약해지고 파손되기 쉬워집니다. 내구성을 연장하기 위해 더 큰 굽힘 반경을 허용하는 것이 일반적으로 권장됩니다. 동적 플렉스 PCB가 90° 굽힘 각도를 초과하지 않는 것이 일반적으로 권장됩니다.

PCB가 구부러지면 중립 굽힘 축이 구부림의 내부로 이동하게 됩니다. 이는 동적 플렉스 PCB에서 매우 중요한데, 이는 허용되는 구리 층의 수를 일반적으로 중립 굽힘 축과 일치하는 단일 층으로 제한하기 때문입니다. 구리는 연성이 있지만, 반복적으로 스트레스를 받을 때 경화됩니다. 플렉스 PCB에서 하나 이상의 층을 사용하기로 결정한 경우, 인접한 층에서 겹치지 않도록 트레이스를 교차 배치해야 합니다. 이는 중립 굽힘 축에서 더 멀리 떨어진 트레이스에 불필요한 스트레스를 피하기 위함입니다.

트레이스에 불필요한 스트레스를 방지하기 위해, 충분한 안전 여유를 확보하고 최소 굽힘 반경에 주의를 기울이십시오. 보드의 가장자리에서 스트레스가 발생하지 않도록 의도한 굽힘 반경보다 최소 굽힘 반경이 더 작은지 확인하십시오. 이는 작업 경화를 늦추고 PCB의 사용 가능한 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다.

하드 드라이브용 정적 플렉스 리본

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