플렉스 PCB 설계 팁 - JLCPCB
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- 플렉스 PCB 설계를 위한 고려사항
플렉서블 인쇄 회로 기판(Flexible printed circuit boards), 또는 플렉스 PCB(Flex PCBs)는 얇고 가벼우며, 기판의 전기 연결에 손상을 주지 않고도 구부리거나 접거나 비틀 수 있는 특징을 가진 인쇄 회로 기판입니다. 플렉스 PCB는 항공우주, 자동차, 의료 기기, 소비자 전자 제품 등 여러 산업 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이 글에서는 효과적인 제품 개발을 위해 플렉서블 PCB를 설계할 때 고려해야 할 요소에 대해 알아보겠습니다.
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플렉스 PCB 설계를 위한 고려사항
플렉스 PCB를 설계할 때는 재료 선택, 회로 레이아웃, 부품 배치 등 여러 가지 요소를 신중하게 검토해야 합니다.
플렉스 PCB를 제조하는 첫 번째 단계는 회로를 설계하는 것입니다. 설계자들은 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어를 이용해 부품, 신호선, 비아 및 기타 기능의 위치를 지정하는 레이아웃을 작성합니다. 특히 제조업체의 요구 사항에 따라 PCB 층 쌓기(PCB Layers stackup)를 신중하게 설정해야 합니다. 다음은 플렉스 PCB를 설계할 때 고려해야 할 몇 가지 팁입니다.
- 유연성 PCB 타입 결정 : 유연성 PCB에는 단면, 양면, 다층 등 여러 타입이 있습니다. 애플리케이션의 복잡성, 공간 제약, 유연성 요구사항 등을 고려해 적합한 유연성 PCB 타입을 결정하는 것이 중요합니다.
- 층 수 최소화 : 유연성 PCB는 보통 경성 PCB보다 얇기 때문에 두께가 너무 두꺼워지지 않도록 층 수를 줄이는 것이 중요합니다. 또한, 각 층이 추가될 때마다 제조 과정의 복잡성과 비용이 증가한다는 점도 염두에 두어야 합니다.
- 충분한 굽힘 반경 확보 : 유연성 PCB는 일정 반경 내에서 구부러질 수 있도록 설계되었습니다. 보드 손상을 피하려면 충분한 굽힘 반경을 확보해야 합니다. 굽힘 반경은 보드의 두께와 사용된 재료의 특성에 따라 계산해야 합니다. 일부 ECAD 도구는 설계와 제조사의 사양에 따라 자동으로 굽힘 반경을 측정해줍니다. 보드의 두께는 설계 층의 수로 제어되며, 이 측면에서 PCB 층을 기준으로 최소 굽힘 반경을 계산할 수 있습니다.
| PCB 레이어 | 최소 반경 |
| 단면 PCB | PCB 두께 x 6 |
| 양면 PCB | PCB 두께 x 12 |
| 다층 PCB | PCB 두께 x 24 |
최소 굽힘 반경을 준수하지 않을 경우, 생산된 플렉스 PCB는 보드를 구부릴 때 내부 플렉스 층이 압축될 수 있습니다.
- 비아 사용 최소화 : 비아는 제조 과정을 복잡하게 하고 신뢰성 문제를 초래할 수 있습니다. 비아 사용을 최소화하고 가능한 한 블라인드 또는 매립 비아를 사용하는 것이 중요합니다.
- 적절한 재료 사용 : 재료 선택은 플렉시블 PCB의 성능에 매우 중요합니다. 폴리이미드와 구리 같은 재료는 강도, 유연성, 그리고 우수한 열 및 전기적 특성 때문에 플렉시블 PCB에 많이 사용됩니다.
- 신중한 부품 배치 : 부품은 플렉시블 PCB에서 유연성과 굽힘을 허용하는 방식으로 배치되어야 합니다. 과도한 응력이나 변형이 가해질 수 있는 위치에는 부품 배치를 피하는 것이 중요합니다.
- 적절한 도선 폭과 계단식 도선 사용: 도선 폭은 과도한 저항을 피하고 충분한 전류 용량을 보장하도록 신중하게 선택해야 합니다. 플렉시블 PCB는 보드 재료가 단단한 PCB보다 얇기 때문에 좁은 도선을 사용할 수 있지만, 지나치게 좁은 도선을 피하기 위해 주의가 필요합니다. 이중면 및 다층 PCB에서는 적층된 도선을 피하고, 대신 계단식 도선을 사용해 구부릴 때 구리 회로의 두께가 감소하여 응력이 증가하는 것을 막아야 합니다.
- 곡선 배선과 구리 코너 : 곡선 배선은 플렉서블 PCB(flex PCB)에 필수적입니다. 이렇게 함으로써 회로가 굽혀지고 휘어질 때 배선에 가해지는 스트레스를 줄일 수 있습니다. 만약 배선이 너무 직선이거나 각이 져 있으면 PCB가 휘어질 때 배선이 균열이 나거나 끊어질 수 있습니다. 곡선 배선은 PCB가 손상 없이 부드럽게 굽혀지도록 합니다. 따라서, 의도한 굽힘과 휨을 견딜 수 있도록 적절한 반경과 간격으로 곡선 배선을 설계하는 것이 중요합니다.
반면에 구리 코너는 PCB에서 응력이 집중되는 것을 방지하기 위해 필요합니다. PCB가 굽혀질 때, 구리 배선이나 패드의 코너는 상당한 양의 응력을 받을 수 있습니다. 이는 구리가 균열 나거나 끊어져 회로가 실패하는 결과를 초래할 수 있습니다. 구리 코너는 기본적으로 둥근 모서리 형태를 띄고 있으며, 이는 구리 전체에 응력을 고르게 분산시켜 손상이나 실패의 가능성을 감소시킵니다.
- 환경 고려 : 유연한 PCB를 설계할 때는 작동 환경을 철저히 고려해야 합니다. 온도, 습도, 진동 등의 요소가 보드 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
- 부품 배치 : Flex PCB의 부품 배치는 보드에 과도한 스트레스를 가하지 않도록 신중하게 계획해야 합니다. 부품은 휘어지거나 비틀릴 수 있는 영역을 피해서 배치해야 합니다.
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