강성 플렉스 PCB 설계: 이점 및 설계 모범 사례

리지드 플렉스 PCB(리지드 FPC)를 사용하면 플렉서블 회로 기판과 리지드 회로 기판이 함께 덮입니다. 리지드 플렉스 PCB는 기존 PCB의 한계를 뛰어넘습니다. 단단한 PCB 그리고 유연성이 뛰어난 전기 도금 또는 이동 강화 구리 도체를 이용한 플렉스 회로의 독특한 특성은 유연한 보호 필름에 사진으로 새겨져 있습니다.

플렉스 회로는 캡톤이나 노튼과 같은 유연한 폴리이미드를 사용하여 생산된 스택업을 통합하고 열, 아크릴 접착제, 무게를 통해 구리로 덮습니다.

마찬가지로, 일반 PCB의 경우, 리지드 보드의 양쪽에 세그먼트를 장착할 수 있습니다. 리지드 회로와 플렉스 회로의 혼합으로 인해, 리지드-플렉스 구성은 세그먼트 사이에 커넥터나 연결 케이블을 사용하지 않습니다. 대신, 플렉스 회로가 프레임을 전기적으로 연결합니다.

커넥터와 연결 케이블이 없기 때문에 다음과 같은 몇 가지 이점이 있습니다.

• 회로의 신호 전송 용량을 향상시켜 사고 없이 신호를 전송할 수 있습니다.
• 제어된 임피던스를 수용합니다
• 예를 들어, 관절 냉각과 같은 연관 문제를 제거합니다.
• 체중 감소
• 다양한 부분을 위한 공간을 확보합니다

각 리지드-플렉스 PCB는 다양한 소재와 서로 다른 층수를 갖는 영역으로 구분됩니다. 리지드 영역은 플렉서블 영역보다 더 많은 층을 갖는 경우가 많으며, 소재는 FR-4에서 폴리이미드로 바뀌면서 상당한 변화 영역을 경험합니다.

복잡한 구조는 종종 강성에서 유연성으로, 그리고 다시 강성으로 변합니다. 이러한 변화가 발생함에 따라, 강성-유연성 소재의 외피는 안정성을 유지하기 위해 변화 구역의 틈새를 막아야 합니다. 마찬가지로, 많은 강성-유연성 설계에는 커넥터와 세그먼트에 추가적인 지지력을 제공하는 경화 강철 또는 알루미늄 보강재가 포함됩니다.

강성 FPC는 실질적으로 동일한 하드보드보다 비용이 훨씬 많이 들고, 일반적으로 강화재가 있는 유연한 회로보다 비용이 몇 배 더 많이 듭니다.

그럼에도 불구하고 확장된 비용은 예를 들어 명시적인 응용 프로그램 및 상황과 관련하여 합법화됩니다.:

• 높은 품질의 애플리케이션. 과도하거나 반복적인 충격 또는 고진동 상황에 노출될 경우, 유연한 케이블 커넥터는 파손될 가능성이 더 높습니다. 경질 FPC는 심한 진동 및 충격에 노출되더라도 뛰어난 신뢰성을 제공합니다.
• 고두께 적용 분야. 울타리가 쳐진 작은 공간 안에서는 전자 PCB 구성에 필요한 모든 케이블과 커넥터를 수용하기 어려울 때가 있습니다. 경질 FPC 시트는 매우 작은 프로파일에 중첩될 수 있어 이러한 경우에 상당한 공간 투자 비용을 제공합니다.
• 5개 이상의 강성 시트. 플렉스 케이블과 연결된 5개 이상의 강성 시트가 ​​애플리케이션에 포함될 경우, 조정된 강성 플렉스 배열이 일반적으로 이상적이고 경제적입니다.

다양한 설계 규칙이 Rigid-Flex PO 설계에 적용됩니다.

다양한 어려움은 3차원 설계도와 제품을 제작할 수 있게 해주는 적응성과 유연성을 상쇄합니다. 기존의 강성-연성 PO 설계도를 사용하면 제품의 세그먼트, 커넥터, 프레임을 물리적으로 더 단단한 부품에 장착할 수 있었습니다. 다시 말해, 기존 설계도의 경우, 연성 회로는 무게를 줄이고 진동으로부터의 보호 기능을 향상시키는 동시에 상호 연결 역할을 하는 데 그쳤습니다.

개선된 플렉스 회로 혁신과 결합된 새로운 품목 구조는 리지드-플렉스 PO에 대한 새로운 설계 규칙을 제시했습니다. 귀사의 구조 그룹은 이제 플렉서블 회로 영역에 부품을 배치할 기회를 갖게 되었습니다. 리지드-플렉스 구성을 처리하는 다층적 방식을 통해 이 기회를 통합하면 귀사와 귀사의 팀은 구조에 더 많은 하드웨어를 통합할 수 있습니다. 그러나 이러한 기회를 포착하는 데는 방향 설정 및 갭 측면에서 몇 가지 어려움이 따릅니다.

플렉시블 회로는 조향에 영향을 미치는 꼬임선이 항상 존재합니다. 재료에 가해지는 압력 때문에 부품이나 비아를 꼬임선 근처에 배치해서는 안 됩니다. 또한, 부품이 적절하게 배치된 경우에도 플렉스 회로가 휘어지면 표면 실장 쿠션과 관통 개구부에 기계적 하중이 다시 가해집니다. 관통 개구부 도금을 사용하고 쿠션을 고정하기 위해 추가 오버레이로 쿠션 지지대를 강화하면 이러한 문제를 줄일 수 있습니다.

팔로우 스티어링을 계획할 때 회로의 무게를 줄이는 연습을 하세요. 플렉스 회로에 전원 또는 접지면을 연결할 때 유연성을 유지하려면 인큐베이션된 폴리곤을 활용하세요. 90° 또는 45° 각도 대신 굽은 팔로우를 사용하고, 찢어진 패턴을 사용하여 팔로우 폭을 변경하세요. 이러한 연습은 초점과 불안정한 부분을 강조합니다. 또 다른 모범 사례는 양면 플렉스 회로의 상단 및 하단 팔로우를 조정하여 팔로우에 대한 부담을 교차로 분산하는 것입니다. 팔로우의 균형을 맞추면 팔로우가 서로 겹치지 않고 PO(Positioning Point)를 강화할 수 있습니다.

압력을 줄이려면 꼬임선 반대 방향으로 코스를 따라가야 합니다. 리지드(Rigid)를 플렉스(Flex)로, 플렉스(Flex)를 리지드(Rigid)로 교체할 때, 각 매체의 층 수가 다를 수 있습니다. 플렉스 회로의 견고성을 높이기 위해 팔로우 디렉션을 사용하여 주변 층들의 스티어링 균형을 맞출 수 있습니다.

강성 FPC 설계 지침

광범위하게 보면, 리지드 플렉스 구성은 하드보드 구조처럼 보이며, 플렉서블 레이어가 보드의 리지드 영역으로 완전히 확장됩니다. 마찬가지로 하드보드 형식에서도 리지드 플렉스 생성 패키지는 거버 레이어, 드릴 파일, 패치 베일 레이어, 분류, 경계선 경로 레코드, 커버 레이어 등을 포함합니다.

일반적으로 강성 FPC와 하드보드 애플리케이션의 제조 패키지 사이에는 몇 가지 주요 차이점이 있습니다.

• 강성 FPC는 일반적으로 더 많은 치수를 포함하며, 이러한 시트는 3D 애플리케이션에 일반적으로 사용되므로 요구 사항을 의도적으로 반영해야 합니다. 또한 거버 레이어만 분석할 때는 강성에서 유연성으로의 진행 영역이 항상 명확하게 드러나지 않으므로, 강성에서 유연성으로의 진행 영역도 정확하게 반영해야 합니다.
• 경성 플렉스 시트의 재료 레이업은 기본이며, 제조업체와 협력하여 결정해야 합니다. 제조업체는 UL 가연성 등급, 최소 비틀림 반경, 기계적 고려 사항, 플렉스 및 경성 층 모두의 임피던스 제어, RoHS 인증, 무연 파티클 유사성 및 기타 고려 사항 등 고객의 요구 사항을 기반으로 적절한 재료 선택을 도와드릴 수 있습니다.
• 일반적으로 경질 플렉스 시트는 거버 문서에서 추가 레이어가 필요합니다. 레이어 1과 X에는 용접 베일 레이어가 있지만, 보드의 커버 레이어와 본드플라이 부분(예상되는 경우)을 나타내는 아트워크 레이어와 각 레이어가 하드보드에 얼마나 들어가는지 나타내는 레이어도 필요합니다. IPC 2223에서는 0.100인치를 권장하지만, 제조업체에 따라 그보다 더 낮은 두께를 요구할 수도 있습니다.

강성-플렉스 PCB 설계에 영향을 미치는 요인

전기 기계적 요소가 설계에 영향을 미칩니다

리지드-플렉스 PCB를 설계할 때는 플렉스 회로와 리지드 보드에 영향을 미치는 전기기계적 요소를 고려하십시오. 구조를 설계할 때는 두께 대비 곡선 폭의 비율을 고려하십시오. 플렉스 회로의 경우, 꼬임 부분의 곡선 폭이 좁거나 두께가 두꺼우면 불량률이 높아집니다. 제조업체는 꼬임 폭을 플렉스 회로 소재 두께의 최소 몇 배로 유지하고, 동일한 회로의 "종이 인형"을 만들어 꼬임이 발생하는 위치를 파악하는 것을 권장합니다.

플렉스 회로를 바깥쪽으로 비틀어 늘리거나 안쪽으로 비틀어 채우는 것은 삼가야 합니다. 곡선 모서리를 90° 이상으로 늘리면 플렉스 회로의 한 지점에서는 늘어나고 다른 지점에서는 압력이 발생합니다.

강성-연성 품질에서 또 다른 중요한 문제는 꼬임 부위에 사용되는 도체의 두께와 종류입니다. 도체의 도금 두께를 줄이고 도금만 하는 쿠션을 사용하면 두께와 기계적 손상을 줄일 수 있습니다. 구리, 금 또는 니켈 도금을 많이 사용하면 곡선 부분의 유연성이 감소하고, 은도금 응력과 균열이 발생할 수 있습니다.

재료 레이업 고려 사항

경성 FPC 소재 레이업은 비용, 제조성, 그리고 최종 PCB 성능에 큰 영향을 미치므로, 최적의 소재 조합을 선택하는 데 시간을 투자하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 제어 임피던스, 저항, 그리고 전류 전달 요건은 구리 부하와 소재 선택 모두에 영향을 미치는 매우 중요한 요소입니다.

PCB 설계자는 보드 제작사와 협력하여 이러한 요소들을 검토하여 후속 계획이 모든 플래그 정직성 요건을 충족하도록 해야 합니다. 설계자가 초기 계산을 완료하면, 제작사는 이를 검토하여 보드의 임피던스 특성과 이러한 특성을 달성하는 데 필요한 재료 세트를 더욱 정확하게 표시할 수 있습니다.

임피던스 특성이 지나치게 단순하지 않다면, 가장 저렴하고 안정적인 리지드 플렉스 설계 제안을 찾고 계실 것입니다. 리지드 플렉스 설계는 리지드 플렉스 설계에 대한 가장 저렴한 일반 자재 비용을 제공하는 동시에, 리지드 플렉스 설계를 처음 접하는 설계자에게 안전한 시작 단계를 제공합니다.

리지드-플렉스 구성에 얼마나 많은 비용이 소요될지 간략하게 알아보고 싶으시다면 리지드-플렉스 비용 추정기를 사용해 보세요. 리지드-플렉스 비용 추정기는 고객님의 필요 사항을 고려하여 저용량 발전량에 대한 예상 비용을 제시해 드립니다. 이는 계획이 프로그램 요건을 충족할 만큼 재정적으로 가능한지 확인하는 좋은 시작점입니다.

경성 플렉스 시트의 경성 부분은 일반적으로 20겹 이하입니다. 16겹 이상인 경우도 있지만, 일반적으로 12겹 이상인 경우는 드뭅니다. 하드보드 영역은 모두 동일한 겹수를 가질 필요는 없습니다. 예를 들어, XNUMX겹의 하드웨어가 있는 경성 부분과 XNUMX겹의 하드웨어가 있는 경성 부분이 있을 수 있습니다. 두 부분의 재료 레이업이 비슷하고 하중의 전체 두께가 비슷하다면 조립 문제는 발생하지 않습니다. 경우에 따라 두께가 다른 하드보드를 사용할 수도 있지만, 이러한 구성은 훨씬 더 복잡하므로 다른 옵션을 고려해야 합니다.

경성 플렉스 시트의 유연한 부분은 일반적으로 1겹(싱글렛), 2겹(더블렛), 3겹(트리플렛) 또는 4겹(쿼드 개발)으로 구성됩니다. 제작업체에서 하중 지지대의 유연한 부분 위에 4겹 이상의 층을 필요로 하지만, 접착되지 않은 경우가 많습니다. 4겹 이상의 강화된 플렉스 부분은 뒤틀림이나 휘어짐에 매우 강할 수 있습니다. 경성 플렉스 시트의 유연한 층에 구리 하중은 일반적으로 0.5온스와 1온스입니다.

전기 부품에는 2온스(약 25g)의 하중이 필요한 경우가 있습니다. 이러한 경우, 제작자는 하드보드의 두꺼운 회로를 충분히 채울 수 있도록 적절한 무스트림(no stream) 프리프레그를 선택하기 위해 제작자와 긴밀히 협력해야 합니다. 무스트림 프리프레그는 구성상 유동을 선호하지 않으며, 2온스 하드웨어는 약간의 어려움을 겪을 수 있습니다. 3온스(약 35g) 구리 중량도 종종 사용되며, 같은 이유로 조립 시 상당한 문제를 일으킬 수 있습니다.

강성-연성 PCB 설계에는 팀워크가 필요합니다.

새로운 PCB 구성 도구를 통해 설계 팀은 다양한 레이어 스택을 처리하고, 3D 전기 기계 구조를 시각화하고, 구성 제어를 확인하고, 플렉스 회로의 동작을 재현할 수 있습니다. 실제로 이러한 도구가 가까이에 있더라도, 리지드 플렉스 PCB의 효과적인 설계는 팀과 제조업체 간의 협력에 달려 있습니다.

팀워크는 사업의 가장 시의적절한 단계에서 시작해서 구조화 절차 전체에 걸쳐 진행되어야 하며 꾸준한 서신 교환에 의존해야 합니다.

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