성공적인 플렉스 회로 설계 지침

휴대폰에서 냉장고, 자동차, 웨어러블 의료 기기에 이르기까지 모든 분야에 센서와 기술이 사용되면서 회로 기판은 다양한 유형의 제품에 포함됩니다. 오늘날의 전자 제품 세계에서 온/오프 스위치가 있는 모든 제품에는 회로 기판이 포함되어 있습니다. 유연성으로 인해 플렉스 회로의 사용은 가장 빠르게 성장하는 제품 시장 부문 중 하나입니다.

플렉스 및 리지드-플렉스 회로의 도입으로 엔지니어는 새롭고 혁신적인 제품을 설계하는 데 더 창의적으로 참여할 수 있는 기회가 주어졌습니다. 플렉스 및 리지드 플렉스 보드는 기계적 마모 및 진동에 대한 내성을 보장하면서 협소한 4차원 공간에 맞도록 제작되었습니다. 엔지니어는 협소한 공간에 맞는 보드가 필요한 제품을 설계하고 패키징을 위해 비틀고 회전하며 보다 역동적인 환경에서 제품을 사용할 수 있습니다. 이러한 연성 회로는 기존의 rigid-FRXNUMX 기판과 동일한 성능 수준을 갖지만 설계, 제조 및 조립과 관련하여 고유한 뉘앙스와 고려 사항이 있습니다.

디자인/레이아웃

플렉스 회로를 설계할 때 기판의 특정 애플리케이션을 아는 것이 중요합니다. 정적 또는 동적 환경에서 사용됩니까? 보드가 움직임이 거의 또는 전혀 없는 정적 환경에 있어야 하는 경우 제품 내에 쉽게 설치할 수 있도록 회로 설계에 적절한 유연성이 있어야 합니다. 또는 보드가 앞뒤로 계속 구부러지는 동적 환경에 보드가 존재하는 경우 지속적인 움직임을 견딜 수 있는 유연성 수준을 설계에서 고려해야 합니다.

응용 프로그램에 플렉스 보드 또는 리지드 플렉스 보드가 필요합니까? 제품에 단면 표면 실장 기술이 필요한 경우 올 플렉스 보드가 최선의 선택입니다. 제품에 양면 표면 실장 기술이 필요한 경우 리지드 플렉스 보드가 필요합니다.

하드웨어 엔지니어든, 기계 엔지니어든, 경험 많은 레이아웃 보드 설계자이든 누구나 처음 플렉스 회로를 배치하는 데 약간의 두려움을 느낍니다. 그들의 가정은 플렉스 회로를 설계하는 접근 방식이 리지드 보드와 매우 다르다는 것입니다. 그러나 문제는 플렉스 회로를 배치하는 것이 몇 가지 차이점만 있을 뿐 리지드 보드와 매우 유사하다는 것입니다. 단단한 보드처럼 소프트웨어에서 모든 레이어를 설정합니다. 출력 파일은 모두 동일합니다. 유일한 실제 차이점은 커버 레이어, 보강재 레이어 및 염두에 두어야 할 몇 가지 기본 설계 규칙입니다. 플렉스 회로가 본질적으로 구부러진다는 것을 이해한다는 것은 비아, 종단 트레이스 및 날카로운 각도와 같은 주요 기능을 굽힘 영역에서 멀리 유지해야 함을 의미합니다. 플렉스 회로는 폴리이미드 소재로 만들어져 처리가 더 어렵기 때문에 트레이스, 비아, 환형 링, 패드 및 간격을 최대한 크게 유지하십시오. 나는 종종 얼마나 작은 추적이나 경유를 사용할 수 있는지 묻습니다. 원하는 만큼 작게 만들 수 있지만 제조하기가 더 어렵고 신뢰성이 중요합니다. 플렉스 회로에서보다 리지드 보드에서 훨씬 더 긴밀한 기능을 사용할 수 있습니다. 일반적으로 단단한 기판에서 솔더 마스크는 구리 피처를 보호하기 위해 외부 레이어에 적용됩니다. 플렉스 보드에서 외부 구리 피처는 일반적으로 커버 레이어로 보호됩니다. 디자인 파일에서 레이아웃 디자이너는 솔더 마스크 레이어와 동일한 이 커버 레이어를 생성해야 합니다. 플렉스 디자인과의 마지막 차이점은 보강재입니다. 보강재는 플렉스 회로 기판의 특정 영역에 지지력을 추가하는 데 사용됩니다. 보강재는 플렉스 회로의 여러 영역에 있을 수 있으며 보드의 양쪽에 있을 수 있습니다. 설계 파일에서 모든 보강재가 하나의 파일에 표시되면 제작 도면에서 보강재를 적용해야 하는 보드의 면을 식별해야 합니다. 그렇지 않으면 플렉스 회로의 상단 및 하단 보강재에 대해 별도의 레이어를 생성해야 합니다.

플렉스 회로 기판의 특정 영역에 대한 추가 지원이 필요하거나 부착된 구성 요소 또는 커넥터에 대한 보호가 필요한 경우 가장 좋은 옵션은 설계에 보강재를 포함하는 것입니다. 이것은 회로가 움직이는 것을 제거하고 솔더 조인트의 무결성을 보호합니다. 보강재는 지지하는 구성요소의 반대쪽에 가장 잘 배치된다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 선택할 수 있는 다양한 유형의 보강재가 있습니다. 폴리이미드, FR4, 스테인리스 스틸, 알루미늄 또는 기타 여러 옵션. 보강재의 두께는 보드가 사용되는 방식에 따라 다릅니다. 스티프너가 두꺼울수록 더 많은 지지를 제공합니다. 보드가 작고 좁은 공간에서 사용되는 경우 보강재의 두께가 더 얇은 보강재가 필요한 문제일 수 있습니다. 보강재 그림을 참조하십시오.

이제 디자이너는 첫 번째 플렉스 회로를 완성했으므로 첫 번째 리지드 플렉스를 레이아웃하는 작업입니다. 혼란과 불안의 수준이 겨우 XNUMX배나 올랐습니다. 엔지니어는 종종 보드의 유연한 부분이 보드의 단단한 부분에 접착되거나 어떻게든 부착되어 있다고 생각합니다. RIGID-FLEX 그림을 참조하십시오. Rigid-Flex는 모든 Rigid 및 Flex 보드와 마찬가지로 레이어 위에 레이어를 쌓는 방식으로 제작됩니다. Rigid-Flex를 설계할 때 접근 방식은 다른 회로 기판과 동일합니다. 주요 차이점은 리지드 레이어의 특정 영역이 디자인 파일에서 비어 있다는 것입니다. 보드 제조업체는 이것을 플렉스 영역으로 인식하고 그에 따라 보드를 계획할 것입니다.

리지드 보드와 달리 플렉스 회로는 변화가 많기 때문에 설계에 따른 세부 제작 도면이 매우 중요합니다. 제작 도면은 제조업체가 간과하지 않도록 모든 세부 사항을 설명해야 합니다. 최악의 상황은 제조업체가 귀하가 필요로 하는 것을 가정하도록 하는 것입니다. 플렉스 회로는 움직이는 변수가 많기 때문에 세부 사항이 매우 중요합니다.

자재

플렉스 회로는 일반적으로 폴리이미드 소재로 제작됩니다. 미국의 대부분의 제조업체는 Dupont에서 만든 폴리이미드를 사용합니다. 미국 이외의 제조업체는 비용 및 가용성으로 인해 다른 재료 공급업체를 사용할 수 있습니다. 그러나 플렉스 회로는 고유하기 때문에 결국 대량 생산에 사용될 프로토타입에 동일한 재료를 사용하는 것이 좋습니다. 테스트하는 동안 플렉스 회로가 견딜 수 있는 사이클 수를 확인하려고 합니다. 다음은 플렉스 회로 굽힘 반경에 대한 일반적인 규칙입니다. 전시 A를.

굽힘 반경 규칙은 일반적인 지침일 뿐입니다. 플렉스 회로가 얼마나 구부러질 수 있는지 또는 얼마나 많은 사이클을 견딜 수 있는지를 결정하는 절대적인 방법은 스트레스 테스트입니다.

몇 가지 요인이 플렉스 회로가 얼마나 유연해질 수 있는지에 영향을 미칩니다. 재료 선택이 매우 중요합니다. 기판의 두께가 유연성을 결정하지만 재료는 플렉스 회로의 품질과 수명 주기에 도움이 됩니다. 플렉스 회로에 사용되는 구리 유형은 매우 중요합니다. 시장에는 ED 구리(증착 구리)와 롤 소둔 구리의 두 가지 유형의 구리가 있습니다. 가능하면 ED 구리는 도금 공정이고 구리가 매우 부서지기 때문에 피해야 합니다. 롤 어닐링된 구리가 선호됩니다. 구리는 플렉스 소재에 감겨서 매우 가단성이 있습니다. 이와 함께 제작 도면에서 결 방향을 호출하는 것도 중요합니다. 곡물이 굽힘 방향과 같은 방향으로 이동하기를 원합니다. 접지면과 같은 솔리드 구리 영역은 가능한 경우 크로스 해치해야 합니다. 이것은 플렉스 회로를 보다 유연하게 만드는 데 도움이 됩니다.

제작

이제 디자인이 완성되었으니 최대한 빨리 플렉스 보드를 만들어 봅시다. 모든 엔지니어링 프로젝트와 마찬가지로 이 플렉스 보드는 일정이 늦어서 내일까지 필요합니다. 결국 리지드 보드는 XNUMX~XNUMX일 만에 구축할 수 있으므로 플렉스 회로를 사용하지 않는 이유는 무엇입니까? 중지! 그렇게 빠르지 않아, 친구.

플렉스 회로를 제작할 때 더 긴 리드 타임이 필요합니다. 플렉스 기판은 기존의 강성 회로 기판보다 제조가 더 어렵기 때문에 더 많은 제조 시간이 필요합니다. 폴리이미드 소재로 제작된 플렉스 회로. 재료가 얇고 깨지기 쉽고 다루기 어렵습니다. 비아의 드릴링은 다릅니다. 비아를 도금하는 화학은 다릅니다. 보강재 및 커버레이와 관련된 많은 수작업이 있을 수 있습니다. 이러한 모든 차이점으로 인해 대부분의 제조업체는 근무일 기준 2일보다 빠르게 플렉스 회로를 구축할 수 없습니다. 여기에서 우리는 XNUMX층 플렉스 회로에 대해 이야기하고 있습니다. 플렉스 회로의 레이어 수가 많으면 회전 시간이 최대 XNUMX~XNUMX주가 소요될 수 있습니다.

이제 리지드 플렉스 회로의 제조에 들어갑니다. Rigid-Flex 회로는 완전히 다른 동물입니다. Rigid-flex의 사전 계획 및 캐밍은 보드가 실제로 제조 현장에 출시되기 전에 수행하는 데 2-3일이 소요될 수 있습니다. 이 선행 엔지니어링 작업은 rigid-flex가 다양한 단계를 거치고 모든 단계가 rigid-flex의 성공적인 제조에 중요하기 때문에 매우 중요합니다. 주목해야 할 가장 중요한 것 중 하나는 rigid-flex가 다양한 스택업으로 제공된다는 것입니다. 비슷한 스택업을 가진 제조 현장에서 여러 개의 리지드 플렉스 작업을 보는 것은 드뭅니다. 리지드 보드의 경우 6개의 레이어 보드가 모두 동일한 방식으로 처리됩니다. Rigid-Flex를 사용하면 제조 현장에서 5개의 레이어로 6개의 작업을 수행할 수 있으며 모두 다르게 처리할 수 있습니다.

예-

보드 #1 - 6레이어 보드 - 4레이어 플렉스와 2레이어 리지드가 있습니다.

보드 #2 – 6레이어 보드 — 3레이어 플렉스와 3레이어 리지드가 있습니다.

보드 #3 - 6 레이어 보드 - 4 레이어 플렉스가 있는 2 레이어 리지드이지만 2 플렉스 레이어는 다른 레이어에 있습니다.

리지드-플렉스 회로 제조의 또 다른 어려움은 두 가지 다른 유형의 재료로 작업하는 조합입니다. Rigid-Flex는 리지드 소재와 플렉스 회로 소재를 결합한 것입니다. 그들은 두 가지 다른 속성을 가지고 있으므로 작업하기가 까다롭습니다. 이것이 너무 많은 회로 기판 제조업체가 동일한 시설에서 리지드 및 플렉스 회로를 구축하는 것을 보지 못하는 이유입니다. 각 회로 기판 제조업체는 각각 가장 잘 만드는 것을 고수합니다. 리지드 플렉스 회로의 가장 흔한 고장은 도금 공정에 기인합니다. 비아 도금이 제대로 이루어지지 않으면 보이드, 균열 및 박리가 발생합니다. 두 개의 서로 다른 재료는 Z축 팽창률이 다르기 때문에 부적절한 도금으로 인해 불량품이 쉽게 노출됩니다.

플렉스 회로의 복잡성, 재료 비용, 처리 시간, 화학, 드릴링 및 취급으로 인해 플렉스 보드를 제조하는 비용은 기존의 강성 회로 보드보다 높습니다. 구매자는 리지드 회로와 플렉스 회로의 가격 차이에 충격을 받습니다. 이제 가격 차이가 있는 이유와 플렉스 회로를 기존의 강성 회로 기판만큼 빠르게 구축할 수 없는 이유를 이해하기를 바랍니다.

전자 제품이 작아짐에 따라 전자 산업에서 플렉스 회로가 더 대중화되고 보편화될 것입니다. 비용은 더 높지만 플렉스 회로에는 유용한 애플리케이션이 많이 있습니다. 플렉스 회로는 접혀서 좁은 공간에 비좁을 수 있습니다. 플렉스 회로는 동적 환경에서 앞뒤로 이동할 수 있습니다. 전자 산업은 더 이상 그렇게 경직될 필요가 없습니다. Flex 회로는 설계자가 상상력을 확장하고 더 시원하고 고급 전자 제품을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.

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