열성형 플렉스 PCB가 설계 및 제작되는 방법

유연한 회로는 내구성과 컴팩트한 형태 요소가 필요할 때 계속해서 우수한 솔루션으로 자리잡고 있습니다. 더 얇고 가벼우며 구부리거나 접을 수 있는 명백한 이점은 쉽게 이해할 수 있으며, 이 기술은 수십 년 동안 사용되어 왔습니다.

우리는 종종 재료를 살펴보고, 유연성을 위해 설계하는 방법과 제작 공정을 이해하는 데 시간을 보내지만, 오늘은 특히 열성형 유연 인쇄 회로 기판에 대해 구체적으로 살펴볼 것입니다. 이 기술은 회로를 특정 형태로 성형할 수 있으면서도 성능을 유지할 수 있기 때문에 특히 흥미롭습니다. 유연한 재료에 대한 더 전통적인 응용과 마찬가지로, 열성형은 새로운 기술은 아니지만, 회로 설계와 제작 공정에 또 다른 복잡성을 추가합니다.

회로 설계 고려 사항

열성형 플렉스 PCB는 제조 중에 영구적으로 형태를 갖출 수 있는 특별한 종류의 유연 인쇄 회로 기판입니다. 플렉스 PCB는 원하는 정적 굽힘 반경으로 기계적으로 구부릴 수 있습니다, 이 연결된 기사에서 Zach Peterson이 논의한 바와 같이. 평소처럼 단순히 구부리거나 휘거나, 제작 후 기계적으로 고정되는 플렉스 PCB와 달리, 열성형 플렉스 PCB는 고정된 형태로 성형됩니다.

일반적으로 자동차, 의료 기기, 웨어러블과 같이 공간이 협소하고 정밀한 형태가 필요한 곳에서 설계됩니다. 자동차 대시보드나 최신 웨어러블 건강 모니터와 같은 응용 프로그램을 고려해 보면, 열성형 플렉스 PCB는 컴팩트한 공간에 맞추고 복잡한 형태에 적응함으로써 이러한 슬림한 디자인을 가능하게 합니다.

열성형 플렉스 PCB 예시 FreddieHong19의 github에서 가져온 이미지들

기계 설계와 관련하여, PCB가 형성 과정 중과 최종 사용 시에 어떻게 구부러지고 휠지에 대해 생각해야 합니다. 고스트레스 영역에 트레이스와 구성 요소를 배치하지 마십시오. 곡선 트레이스와 계단식 비아를 사용하면 스트레스를 분산시켜 균열 위험을 줄일 수 있습니다. 이러한 것들은 성형 인터커넥트 장치(MIDs)와 매우 유사하지만, 열성형 PCB의 주요 차이점은 제작이 완료된 후에 구부림이 적용된다는 것입니다.

열성형 플렉스 기술이 많은 응용 분야에서 훌륭한 해결책처럼 보일지라도, 제작 및 설계가 어려운 기술이기도 합니다. 성공적인 결과를 보장하기 위해 고려해야 할 많은 요소들이 있습니다.

열성형 플렉스 PCB의 제작 과정

열성형 플렉스 PCB 제작 공정은 원하는 형태와 기능을 달성하기 위해 여러 정밀한 단계를 포함하며, 열성형이 대부분의 유연 회로 제조업체에게 "표준"이나 일반적인 기능이 아니라는 점을 지적하는 것이 중요하다고 생각합니다. 이는 엄격한 공정 제어와 또 다른 수준의 공정 능력을 요구합니다.

폴리이미드와 폴리에스터(예: 폴리에틸렌 테레프탈레이트)는 유연하며 높은 분해 온도와 높은 유리 전이 온도 덕분에 열을 처리할 수 있어 인기 있는 재료 선택입니다. 폴리이미드는 열성형 공정 중에 고온을 견딜 수 있기 때문에 많은 제작 업체에서 선호하는 재료입니다.

열성형 공구: 유연 회로의 2D 버전 생성은 어떤 유연 회로 제작 공정에서 기대하는 것과 같습니다. 회로 패턴이 생성되고 품질 검토를 통과하면 열성형이 이루어집니다.

가열이 시작되기 전에 PCB를 형성하는 데 사용되는 금형은 준비되어야 합니다. 이 금형은 금속이나 열에 강한 플라스틱/폴리머와 같이 고온에서 변형되지 않는 재료로 일반적으로 만들어집니다. 금형은 최종 PCB 디자인에 필요한 정확한 치수와 형태로 정밀하게 가공되어야 합니다. 열성형에 대한 새로운 접근 방식 중 하나는 3D 인쇄된 금형을 사용하는 것입니다; 예를 들어 아래의 Proto3000에서 나온 금형을 참조하십시오:

Proto3000이 3D 프린트한 열성형 금형. (이미지 출처)

고정 및 가열: 이미 패턴이 형성되고 도금된 유연한 PCB 기판은 금형에 신중하게 배치됩니다. PCB가 원하는 형태에 정확히 맞도록 하기 위해 정렬이 매우 중요합니다. 이 단계는 종종 가열 과정 동안 PCB를 제자리에 고정하기 위해 특별히 설계된 정렬 도구나 고정 장치를 사용하는 것을 포함합니다.

가열 단계와 공정 제어는 매우 중요합니다. 전체 조립체는 기판이 유연해지는 특정 온도까지 가열됩니다. 이 온도는 과열을 피하기 위해 정확하게 제어되어야 합니다. 과열은 재료나 전도성 트레이스를 손상시킬 수 있습니다. 가열은 대류 오븐, 적외선 히터 또는 전문 열성형 장비를 포함한 다양한 방법을 사용하여 수행할 수 있습니다. 중요한 것은 PCB 전체에 열을 고르게 적용하여 균일한 유연성을 보장하는 것입니다.

기판이 필요한 온도에 도달하면 부드럽고 유연해집니다. 그 후 금형이 PCB를 원하는 3차원 형태로 형성합니다. 이 단계는 빠르면서도 신중하게 수행되어야 하며, PCB가 금형에 맞도록 하면서 주름, 기포 또는 기타 결함을 도입하지 않아야 합니다. 성형 중에 적용되는 압력은 재료에 스트레스를 주지 않도록 고르게 분배되어야 합니다.

예를 들어, DuPont는 그들의 Kapton 소재 라인에 대한 열성형 지침을 제공하는데, 이는 성형 금형의 깊이에 기반한 고정 및 압착 시간/온도 값을 포함합니다. Kapton 필름에 대한 그들의 지침을 여기에서 읽어보세요.

냉각 및 응고: PCB가 형태를 갖춘 후, 새로운 형태를 고정시키기 위해 특별히 냉각되어야 합니다. 내부 응력이나 변형, 균열과 같은 결함을 도입하지 않도록 냉각을 제어해야 합니다. 너무 빠르게 또는 충분히 빠르지 않게 냉각하면 최종 설계에 결함이 생길 수 있습니다. 냉각 과정은 제어된 공기 냉각, 물욕, 또는 열성형 장비 내의 통합 냉각 시스템을 사용하여 관리할 수 있습니다. PCB의 무결성을 유지하기 위해서는 점진적이고 균일한 냉각이 필요합니다.

유연 회로를 금형에서 제거하는 것도 매우 주의가 필요합니다. PCB가 금형에서 제거된 후, 다른 철저한 검사와 품질 관리 검사를 거칩니다. 이는 표면 결함에 대한 시각적 검사, 원하는 형태에 맞게 PCB가 일치하는지 확인하기 위한 치수 검사, 구조적 무결성을 평가하기 위한 기계적 시험을 포함합니다.

열성형된 유연 PCB에서의 고급 공정

플렉스 PCB 분야는 일반적으로 발전하고 있으며, 새로운 발전과 혁신이 지평선에 있습니다. 증가된 유연성, 더 나은 열 안정성 및 개선된 전기 성능과 같은 향상된 특성을 가진 새로운 재료를 개발하기 위한 연구가 진행 중입니다. 이러한 발전은 열성형 플렉스 PCB의 잠재적 응용 분야를 확장하고 신뢰성을 향상시킬 것입니다.

레이저 직접 구조화(LDS) 및 부가 제조 공정(mSAP 또는 SAP)과 같은 더 높은 밀도의 제조 기술은 열성형 장치에서도 사용될 수 있는 플렉스 PCB에 고밀도 인터커넥트(HDI) 디자인 접근 방식을 도입할 수 있습니다. 이러한 기술은 더 높은 정밀도, 디자인에서의 더 큰 유연성 및 감소된 생산 시간을 제공합니다.

열성형 공정은 정밀한 온도 제어, 세심한 처리 및 엄격한 품질 보증의 섬세한 균형입니다. 가열부터 냉각까지의 각 단계는 의도된 응용 분야의 요구를 견딜 수 있는 고품질의 열성형 플렉스 PCB를 생산하기 위해 세심하게 관리되어야 합니다. 귀하의 응용 분야에 열성형 유연 회로를 고려하고 있다면, 가장 높은 성공 수준을 보장하기 위해 설계 과정 초기에 제조업체와 협력하십시오.