플렉서블 인쇄 회로 기판 소개
유연한 인쇄 회로 기판(플렉스 PCB 또는 플렉스 회로)은 폴리이미드 필름과 같은 유연한 절연 재료로 만든 인쇄 회로 기판의 한 유형입니다. 기존의 단단한 PCB와 달리 플렉스 PCB는 전기적 연결을 유지하면서 구부러지고 휘어질 수 있습니다. 플렉스 PCB의 주요 장점은 다음과 같습니다.
기계적 유연성: 기계적으로 까다로운 공간에 맞게 구부러지고 휘어질 수 있습니다.
경량 및 얇은 프로필: 소형 및 경량 설계에 이상적입니다.
고밀도 상호 연결: 고밀도 상호 연결 어셈블리에 적합합니다.
다재다능한 디자인: 접어서 가장자리에 감쌀 수 있습니다.
내구성: 진동 및 피로에 강하여 장기적인 신뢰성을 보장합니다.
다재다능한 적용: 일반적으로 소형 가전 제품에 사용됩니다.
플렉스 PCB는 가전 제품, 자동차, 항공 우주, 의료 기기 및 산업 장비와 같은 다양한 산업에서 널리 사용됩니다. 전자 제품의 소형화 추세가 지속됨에 따라 플렉스 PCB가 필수적인 상호 연결 솔루션이 되었습니다.
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플렉스 어셈블리
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플렉스 PCB
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2 레이어 플렉스
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4 레이어 플렉스
Flex PCB 조립 공정 개요
플렉스 PCB 조립에는 집적 회로, 저항기, 커패시터와 같은 전자 부품을 플렉서블 보드의 전도성 패드와 트레이스에 납땜하는 작업이 포함됩니다. 이 공정에는 조립 중에 플렉서블 소재를 처리하기 위한 특수 기술과 장비가 필요합니다. 플렉스 PCB 조립 공정의 주요 단계는 다음과 같습니다.
설계 및 제작
설계: PCB 레이아웃은 CAD 소프트웨어를 사용하여 설계되며 굽힘 반경, 레이어 스택업, 제어된 임피던스와 같은 요소를 고려합니다.
제작: 플렉스 보드는 플렉스 기판에 접합된 필요한 수의 전도성 레이어로 제작됩니다. 일반적으로 사용되는 플렉스 소재는 폴리이미드와 폴리에스터 필름입니다.
부품 부착
표면 실장 기술(SMT): SMT 조립 라인에서 솔더 페이스트와 리플로우 솔더링을 사용하여 부품이 보드에 장착됩니다.
스루홀 기술(THT): 더 큰 스루홀 부품은 웨이브 솔더링될 수 있습니다. 접착제는 추가 부품 부착에 사용될 수도 있습니다.
보드 강화
강화판은 종종 조립 중에 플렉스 보드 아래에 사용되어 지지대를 제공하고 휘어짐을 방지합니다. 임시 강화재는 조립 후 제거할 수 있습니다.
상호 연결 케이블 및 커넥터
케이블, 커넥터 및 하네스 어셈블리는 납땜, 크림핑 또는 접착 본딩을 사용하여 플렉스 PCB에 부착되어 전원 및 신호 연결을 제공합니다.
컨포멀 코팅
보호 컨포멀 코팅을 적용하여 조립된 플렉스 회로를 환경 요인으로부터 절연할 수 있습니다.
테스트 및 검사
조립된 보드는 전기 테스트, 자동 광학 검사 및 기능 테스트를 거칩니다. 결함이 발견되면 수리를 수행합니다.
최종 통합
테스트된 플렉스 어셈블리는 힌지 주위에 접거나 인클로저에 삽입하는 등 최종 제품에 통합됩니다. 필요한 경우 스트레인 릴리프가 추가됩니다.
프로세스의 각 단계는 플렉스 PCB가 올바르게 조립되고 최종 제품 내에서 안정적으로 기능하도록 보장합니다.
Flex PCB 조립 공정 단계 설명
이제 각 조립 단계를 자세히 살펴보겠습니다.
플렉스 PCB 설계
회로 분석 및 회로도 작성: 엔지니어링 팀은 회로 요구 사항을 분석하고 회로도를 작성합니다.
PCB 레이아웃 설계:
CAD 소프트웨어를 사용하여 회로도를 기반으로 PCB 레이아웃을 설계합니다.
주요 고려 사항:
굽힘 반경: 트레이스 균열을 방지하기 위해 날카로운 접힘을 피합니다. 최소 굽힘 반경이 정의됩니다.
보강재: 굽힘을 방지하기 위해 특정 영역에 보강재를 추가합니다.
임피던스 제어: 고속 신호에 대한 트레이스 임피던스를 일치시킵니다.
스택업: 전도층과 유전체 재료의 수를 결정합니다.
구성 요소 간격: 구성 요소 밀도와 간격을 고려합니다.
거버 파일 준비: 최종 설계 파일을 준비하여 보드 제조 시설로 보냅니다.
플렉스 PCB 제조
원자재 조달: 폴리이미드 필름, 커버레이, 본드플라이, 구리 호일, 솔더마스크와 같은 필요한 재료를 확보합니다.
회로 제조 공정:
전도성 층은 인쇄 및 에칭 공정을 통해 폴리이미드 필름에 각인됩니다.
접착제 또는 열압착 접합을 사용하여 여러 층을 접합하여 다층 스택업을 형성합니다.
구멍을 뚫고 도금합니다. 산화 보호를 위해 솔더 마스크 층을 적용합니다.
범례 인쇄는 구성 요소 위치를 나타내는 데 사용됩니다.
전기적 테스트는 트레이스의 연속성을 보장합니다.
패널 또는 개별 회로는 더 큰 패널에서 라우팅됩니다.
SMT 조립
표면 실장 기술(SMT) 공정:
솔더 페이스트 인쇄: 솔더 페이스트는 스텐실 정렬 및 스퀴지 작업을 통해 PCB 패드에 증착됩니다.
구성 요소 배치: 자동화된 픽앤플레이스 머신은 구성 요소를 솔더 페이스트에 정밀하게 장착합니다.
리플로우 솔더링: PCB는 리플로우 오븐을 통과하여 솔더 페이스트를 녹이고 구성 요소를 고정합니다.
자동 광학 검사(AOI): 카메라는 구성 요소 배치를 검사하여 결함이나 정렬 오류를 확인합니다.
수동 터치업: 식별된 결함 있는 조인트는 수동으로 수정합니다.
플렉스 보드의 SMT 조립에 대한 특정 과제:
플렉스 보드의 얇고 유연하기 때문에 강화재를 사용해야 합니다.
고온 및 열 충격에 대한 민감성.
더 작은 구성 요소 크기와 간격에 필요한 특수 장비.
휘어짐의 중요한 제어.
관통 구멍 구성 요소 부착
기계적 또는 기계 부착:
리드가 있는 더 큰 구성 요소를 도금된 관통 구멍에 삽입하고 반대쪽에 납땜합니다.
방법에는 각 조인트에 대한 웨이브 솔더링, 선택적 솔더링 또는 수동 솔더링이 있습니다.
추가 지원: 특히 양면 플렉스 PCB의 경우 관통 구멍 구성 요소 근처의 플렉스 보드 아래에 구조물을 지원합니다.
접착제 구성 요소 부착
접착제 사용:
납땜이 아닌 접착제를 사용하여 부착된 구성 요소:
표면 실장 접착제 배치.
액상 접착제 분배.
구성 요소 단자에 미리 도포된 접착제.
이점: 기계적 부착 및 전기적 연결을 제공하며, 플렉스 보드의 까다로운 영역이나 고르지 않은 표면에 적합합니다.
보강재 사용
목적: 플렉스 PCB의 굽힘이나 뒤틀림을 방지하기 위해 조립 중에 기계적 지지를 제공하는 데 사용되는 보강재 또는 강성제.
플렉스 PCB 조립 공정의 각 단계는 정밀한 구조와 안정적인 기능을 보장하여 현대 전자 애플리케이션의 요구 사항을 충족합니다.
강화재의 종류:
제거 가능한 강화재 - 아크릴 또는 금속판은 조립 중에 플렉스 보드 아래에 일시적으로 부착되지만 회로를 굽히기 전에 제거됩니다.
영구 강화재 - 플렉스 회로의 특정 영역에 영구적으로 부착되어 견고해야 하는 FR4 보드 또는 금속판.
개별 강화재 - 특정 대형 구성 요소 또는 커넥터 아래에만 부착된 작은 강화재.
공구 구멍 - 조립 중에 PCB를 평평하게 고정하는 핀에 사용되는 추가 구멍.
강화제 적용 방법:
강화재 부착
나사 고정: 금속 강화재는 구조적 지지를 위해 도구 또는 장착 구멍에 고정됩니다.
클램핑: 플렉스 보드는 조립 중에 평탄도를 유지하기 위해 클램프와 플레이트 사이에 끼워집니다.
접착제 부착: 끈적끈적한 아크릴 또는 에폭시 접착제는 나사 고정이 불가능한 경우 강화재를 부착하는 데 사용됩니다.
납땜: 금속 강화재는 플렉스 보드에 납땜되어 리플로우 온도에 대한 저항성이 필요합니다.
상호 연결 부착
케이블 및 커넥터:
케이블, 와이어 하네스 및 커넥터는 전원, 신호 및 연결을 위해 플렉스 보드의 가장자리에 부착됩니다.
부착 방법:
납땜: 와이어는 플렉스 보드의 지정된 패드에 납땜됩니다.
크림핑: 기계적 크림프는 도체 절연을 관통하여 와이어를 고정합니다.
절연 변위: IDC 커넥터는 와이어 절연을 뚫어 접촉을 확립합니다.
이방성 접착제: 전도성 접착제 필름 또는 페이스트는 전기적 연결을 용이하게 합니다.
Z축 전도성 엘라스토머: 유연한 연결을 위해 전도성 고무를 사용합니다.
보강:
열 수축 튜브는 납땜된 와이어 연결을 보강하여 장기적인 신뢰성을 보장하고 변형을 완화합니다.
컨포멀 코팅 적용
목적:
컨포멀 코팅은 다음을 제공하여 조립된 PCB를 보호합니다.
환경적 차폐(습기, 먼지).
구성 요소를 결합하여 기계적 지원.
트레이스 사이의 전기적 절연.
인기 있는 코팅 재료:
아크릴: 일반적이고 비용 효율적이며 적용 및 수리가 쉽습니다.
실리콘: 고온 저항성, 유연성.
우레탄: 내마모성.
파릴렌: 초박형, 핀홀이 없지만 비쌉니다.
에폭시: 단단하고 내구성이 있지만 적용 및 수리가 어렵습니다.
적용 프로세스:
세척: 보드에 오염 물질이 없는지 확인합니다.
마스킹: 커넥터나 테스트 포인트와 같은 영역을 코팅으로부터 보호합니다.
코팅: 디핑, 스프레이 또는 브러싱을 통해 적용합니다.
경화: 열 또는 자외선으로 액체 코팅을 경화시켜 단단한 보호 필름으로 만듭니다.
테스트 및 검사
검증 테스트:
다중 테스트로 플렉스 PCB 어셈블리의 신뢰성을 보장합니다.
시각적 검사: 결함이 있는지 부품 배치와 솔더 접합부를 확인합니다.
인서킷 테스트(ICT): 프로브는 넷리스트에 따라 전기적 연속성을 테스트합니다.
플라잉 프로브 테스트: 부품을 배치하기 전에 베어 보드의 연결을 확인합니다.
기능 테스트: 의도한 작업을 시뮬레이션하여 보드 기능을 검증합니다.
자동 X선 검사: BGA와 같은 부품 아래에 숨겨진 결함을 감지합니다.
내시경 검사: 카메라를 사용하여 여러 각도에서 어셈블리를 검사합니다.
저항 측정: 멀티미터 프로브는 보드 전체에서 저항 값을 측정합니다.
결함 수정:
식별된 결함은 오류가 없을 때까지 진단, 구성 요소 교체 및 솔더 조인트 재작업을 거칩니다.
최종 통합
최종 제품으로의 조립:
완전히 조립 및 테스트된 플렉스 보드는 최종 제품에 통합됩니다.
설계 사양에 따라 조심스럽게 접거나 구부리거나 감쌉니다.
기계적 응력을 방지하기 위해 커넥터 또는 케이블에 스트레인 릴리프를 추가합니다.
구멍이나 접착제를 통해 인클로저에 장착합니다.
제품 내의 결합 커넥터에 연결합니다.
추가 기계 부품:
실드, 홀더 및 기타 기계 구성 요소는 필요에 따라 조립합니다.
결론: 플렉스 PCB 조립 프로세스 전반에 걸친 적절한 계획과 세심한 솜씨는 까다로운 애플리케이션에 적합한 안정적이고 기능적이며 내구성 있는 회로 조립을 보장합니다.
플렉스 PCB 조립 장비
플렉스 PCB 조립을 위한 특수 장비
SMT 조립 장비:
플렉시블 보드 핸들링 컨베이어: 조절 가능한 진공 컨베이어는 조립 라인 운송 중에 플렉스 보드를 안전하게 잡습니다.
플렉시블 보드 지지 툴링: 보드의 평탄도를 유지하기 위한 진공 플레이트 또는 특수 클램핑 시스템이 포함됩니다.
얇은 보드를 처리할 수 있는 픽 앤 플레이스 머신: 얇은 보드와 작은 구성 요소를 효율적으로 처리합니다.
듀얼 레인 운송 레일: 최적화된 처리를 위해 강화된 보드와 강화되지 않은 보드를 분리합니다.
전용 플렉시블 보드 리플로우 오븐: 휘어짐을 방지하기 위해 가열 및 냉각을 정밀하게 제어합니다.
예열기: 제어된 리플로우를 보장하기 위해 온도를 점진적으로 높입니다.
스루홀 조립 장비:
핀 스루홀 플레이팅: 양면 보드에서 SMT 조립 후 스루홀 구성 요소를 삽입할 수 있습니다.
프레스핏 조립: 납땜 없이 일부 스루홀 구성 요소를 부착합니다.
로봇 납땜: 스루홀 구성 요소의 일관된 납땜 및 검사를 위한 자동화된 프로세스
기타 장비:
전용 플렉시블 보드 웨이브 솔더링 시스템: 열 노출 및 솔더 접촉에 대한 정밀한 제어를 보장합니다.
컨포멀 코팅 시스템: 정밀 스프레이 또는 로봇 코팅은 플렉스 보드에 일관된 적용을 보장합니다.
플렉시블 광학 검사 시스템: 검사 중에 플렉스 보드 휘어짐을 처리할 수 있는 고급 시스템입니다.
플라잉 프로브 테스터: 구성 요소를 배치하기 전과 후에 트랙의 전기적 테스트를 허용합니다.
X선 검사: 솔더링 후 BGA 아래의 공극과 같은 숨겨진 결함을 감지합니다.
테스트 시스템:
Bed of Nails 테스트 고정 장치: 플렉스 회로를 테스트하기 위한 안정적인 임시 연결을 제공합니다.
플라잉 프로브 테스터: 테스트 고정 장치 없이 전기 노드를 테스트하기 위한 자동 프로브입니다.
기능성 보드 테스트 스탠드: 실제 로딩 조건을 시뮬레이션하여 보드 기능을 검증합니다.
플렉스 재료에 맞게 조정된 특수 도구와 프로세스를 적절히 선택하고 활용하면 조립 품질과 수율이 크게 향상됩니다.
플렉스 PCB 조립 과제
유연한 인쇄 회로를 조립하는 것은 단단한 PCB 조립에서는 발견되지 않는 고유한 과제를 제기합니다.
휘어짐 및 주름
유연한 얇은 재료는 조립 작업 중에 휘어지고 주름이 생기기 쉽습니다.
원인
납땜 중 열 구배
구성 요소의 불균일한 분포
경화 중 접착제 수축
재료의 내부 응력
해결책
리플로우 중 가열 및 냉각 속도 최적화
지지를 위한 강화재 및 캐리어 플레이트 추가
응력을 균형 있게 조절하기 위해 구성 요소를 고르게 분배
접착제 경화 공정을 신중하게 제어
등록 및 허용 오차 제어
플렉스 보드 재료는 수축 및 확장되어 등록 오류 문제가 발생할 수 있습니다.
원인
열 팽창 계수 불일치
플렉스 재료의 늘어짐 및 수축
조립 공정에서 허용 오차 누적
해결책
공차가 엄격한 툴링 핀 및 고정 장치
정확한 배치를 위한 비전 정렬 시스템
최소화를 위한 패널 기반 조립 취급
공차 누적을 개선하기 위해 조립 후 레이저로 트리밍한 보드
납땜 문제
얇고 구부러지는 소재에 작은 조인트를 납땜하는 것은 어려울 수 있습니다.
원인
보드 두께로 인한 열 전달 부족
솔더 페이스트의 모세관 작용 감소
구성 요소 아래의 조인트 그림자
패널 가장자리를 따라 솔더 비딩
해결책
플렉스 보드용 특수 솔더링 장비
솔더 페이스트 분배 최적화
솔더 확산을 제한하는 솔더 마스크
그림자 조인트를 위한 집중 열 기술
세척 및 오염
얇은 플렉스 회로는 오염되기 쉽고, 이는 조립 결함으로 이어질 수 있습니다.
원인
플렉스 소재 질감이 오염 물질을 가두어둘 수 있음
세척 용매가 구성 요소 아래에 남을 수 있음
세척 과정에서 구성 요소가 손상될 수 있음
해결책
플렉스 보드에 맞게 조정된 특수 세척 방법
납땜 후 및 조립 후 세척 프로세스
가능한 한 클린룸 환경에서 조립
Via 신뢰성
플렉스 보드의 도금 관통 구멍은 균열:
원인
굽힘 응력은 도금 균열을 전파할 수 있음
유연한 기본 소재와 도금 배럴 사이의 접착력 부족
조립 중 열 충격에 노출
해결책
가능하면 도금 관통 구멍과 비아 사용을 줄임
도금 두께와 표면 처리 최적화
적합성 코팅으로 비아를 강화
온도 램프 속도를 신중하게 제어
플렉스 PCB 조립 결함
플렉스 PCB 조립에서 발견되는 일반적인 결함은 다음과 같습니다.
패드 크레이터링 - 조립 중 얇은 라미네이트가 과도하게 구부러져 패드에 균열이 생기고 기본 구리에서 분리될 수 있습니다.
솔더 볼 - 과도한 솔더는 단락으로 이어질 수 있는 원치 않는 솔더 볼을 남깁니다.
그림자가 진 조인트 - 커넥터와 같은 구성 요소가 아래쪽 조인트에 그림자가 생겨 적절한 솔더 필렛이 형성되지 않을 수 있습니다.
고립된 조인트 - 구부러짐으로 인해 솔더 조인트가 나머지와 분리되어 균열이 생기는 경우입니다.
솔더 비딩 - 솔더가 플렉스 보드 가장자리를 따라 고르지 않게 쌓입니다.
오등록 - 재료 팽창 및 수축으로 인해 구성 요소가 잘못 배치된 경우입니다.
묘비석 - 솔더 리플로우가 고르지 않아 SMT 구성 요소가 수직으로 서 있는 경우입니다.
접착제 스며들기 - 구성 요소 아래에서 과도한 접착제가 흘러나옵니다.
폴드 손상 - 플렉스 폴드 라인을 따라 균열 또는 끊어진 흔적이 있습니다.
비아 균열 - 도금된 관통 구멍 배럴에 응력 균열이 생겨서 열리게 됩니다.
오염 – 부품 아래에 끼어 있거나 솔더 흐름을 막는 이물질.
이러한 결함 중 다수는 플렉스 보드의 최적화된 조립 공정과 정기적인 검사를 통해 예방할 수 있습니다.