플렉서블 PCB 설계 필수 가이드 - JLCPCB

플렉서블 인쇄회로기판(Flex PCB)은 얇고 가벼우면서도 구부리거나 접거나 비틀어도 전기적 연결이 손상되지 않는 특수 회로판입니다. 항공우주, 자동차, 의료기기, 소비자전자 등 다양한 산업에서 그 활용도가 빠르게 높아지고 있습니다. 본 글에서는 효과적인 제품 개발을 위한 플렉서블 PCB 설계 시 고려해야 할 핵심 사항들을 알아보겠습니다.

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플렉서블 PCB 설계 시 고려사항

플렉서블 PCB 설계에는 소재 선정, 회로 레이아웃, 부품 배치 등 여러 요소를 신중히 고려해야 합니다.  

플렉서블 PCB 제조의 첫 단계는 회로 설계입니다. 설계자는 CAD 소프트웨어를 사용하여 부품, 트레이스, 비아 등의 위치를 지정한 레이아웃을 작성하며, 이때 제조사의 요구사항에 기반해 PCB 층간 구조(Stack-up) 를 정밀하게 설정해야 합니다. 다음은 설계 시 참고할 주요 팁입니다:

• 플렉서블 PCB 유형 결정: 플렉서블 PCB에는 단면, 양면, 다층 구조 등 여러 유형이 있습니다. 회로의 복잡도, 공간 제약, 유연성 요구사항 등을 고려해 적합한 유형을 선택하는 것이 중요합니다.
• 층 수 최소화: 플렉서블 PCB는 일반 리지드 PCB보다 얇기 때문에, 과도한 두께를 방지하려면 층 수를 최소화해야 합니다. 또한 각 층마다 제조 공정이 복잡해지고 비용이 증가함을 명심하세요.
• 충분한 굽힘 반경 확보: 플렉서블 PCB는 일정 각도까지 휘어지도록 설계되므로, 보드를 손상시키지 않도록 충분한 굽힘 반경(Bend Radius) 을 고려해야 합니다. 굽힘 반경은 보드의 두께와 사용된 소재에 따라 계산됩니다. 일부 ECAD 도구는 설계 및 제조사 사양에 따라 굽힘 반경을 자동으로 측정해 줍니다. 보드 두께는 설계 층 수에 의해 결정되며, 다음 기준에 따라 최소 굽힘 반경을 계산할 수 있습니다:

최소 굽힘 반경이 지켜지지 않으면, 보드가 휘어질 때 내부 플렉스층이 압축되며 손상될 수 있습니다.

• 비아 사용 최소화:비아는 제조 공정을 복잡하게 만들고 신뢰성 문제를 일으킬 수 있습니다. 사용을 최소화하고, 가능하면 블라인드/버라이드 비아를 활용하세요.
• 적절한 소재 사용: 소재 선택은 플렉서블 PCB의 성능을 결정하는 핵심 요소입니다. 강도, 유연성, 우수한 열적/전기적 특성을 갖춘 폴리이미드와 구리가 일반적으로 사용됩니다.
• 부품 신중 배치: 부품은 보드의 유연성과 휨을 고려해 배치해야 합니다. 과도한 스트레스나 변형이 발생할 수 있는 영역에는 부품을 배치하지 않도록 주의하세요.
• 적절한 트레이스 폭 및 엇갈린 배치: 과도한 저항을 피하고 충분한 전류 전달 용량을 확보하기 위해 트레이스 폭을 신중히 선택하세요. 플렉서블 PCB는 기판 재료가 더 얇아 좁은 트레이스 사용이 가능하지만, 지나치게 좁은 트레이스는 피해야 합니다. 또한, 양면 및 다층 PCB에서는 트레이스를 수직으로 겹쳐 배치하면 휨 부위에서 구리 회로가 얇아지는 스트레스가 증가하므로, 대신 엇갈리게 배치(Staggered Traces) 하는 것이 좋습니다.

• 곡선형 트레이스와 모서리 라운딩: 플렉서블 PCB에는 트레이스에 스트레스를 가하지 않으면서 회로를 구부릴 수 있도록 곡선형 트레이스가 필수적입니다. 직선적이거나 각진 트레이스는 PCB가 휠 때 균열이나 단선을 유발할 수 있습니다. 적절한 곡률 반경과 간격으로 설계하여 휨과 구부림을 견딜 수 있도록 해야 합니다.

반면, 구리 패턴의 모서리 라운딩(Copper Corners) 은 PCB의 응력 집중을 방지합니다. PCB가 휘면 구리 트레이스나 패드의 모서리에 큰 응력이 가해져 균열이나 파손으로 이어질 수 있습니다. 모서리를 둥글게 처리하면 응력이 고르게 분산되어 손상 가능성을 크게 줄일 수 있습니다.

• 작동 환경 고려: 플렉서블 PCB를 설계할 때는 작동 환경(온도, 습도, 진동 등)이 보드 성능에 미치는 영향을 반드시 고려해야 합니다.
• 부품 배치 전략: 부품을 배치할 때는 보드에 무리가 가지 않는 위치를 선택해야 합니다. 휘거나 비틀리는 영역이 아닌 안정된 구간에 배치하는 것이 좋습니다.

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