PCB 기판의 기본에 대해서

다음은 중국 매체의 기사를 번역/ 요약한 것입니다.

원문: https://mp.weixin.qq.com/s/JPTJQU8sCl3k3j_09pUrww

https://mp.weixin.qq.com/mp/wappoc_appmsgcaptcha?poc_token=HOZAO2mj8n9-zWd2pRi5NObarMe3W7aNh2d0x3iR&target_url=https%3A%2F%2Fmp.weixin.qq.com%2Fs%2FJPTJQU8sCl3k3j_09pUrww

 

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점점 더 소형화되고 고밀도로 제작되는 오늘날의 전자 제품에서

유연 PCB와 경성-연성 PCB는 구부리고 접을 수 있는 특성 덕분에 현대 전자 기기의 필수 핵심 부품으로 자리 잡았습니다.

스마트폰부터 의료 기기, 항공우주 분야부터 웨어러블 기기에 이르기까지 유연 PCB는 어디에나 사용되고 있습니다.

이 글에서는 유연 PCB의 종류, 비용 구조, 제조 공정 및 향후 발전 동향에 대해 심층적으로 분석합니다.

 

I. 플렉서블 PCB 재료의 종류 및 비용 분류

1. 기판 유형: 접착제 코팅 vs. 접착제 미코팅

PCB(플렉서블 회로 기판)의 주요 기판은 폴리이미드입니다.

폴리이미드는 고온 내성 및 고강도 고분자 소재로, 최대 10초 동안 섭씨 400도의 온도를 견딜 수 있으며

인장 강도는 평방 인치당 15,000~30,000파운드에 달합니다.

 

3층 FCCL(접착식)  은 동박, 접착제, 기판의 3층 구조로 이루어져 있습니다.

FCCL은 비교적 저렴하며 주로 일반적인 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB) 제품에 사용됩니다.

주요 제조업체로는 듀폰, 토레이, 아리사와, 로저스, 타이홍 등이 있습니다.

 

접착제가 필요 없는 기판(2층 FCCL)  은 "구리 호일 + 기판"의 두 층으로 구성됩니다.

접착제가 필요 없는 기판은 가격이 더 높지만 성능이 우수하며 10만 회 이상의 굽힘 수명이 요구되는 제품은 물론

COF 및 HDI와 같은 고급 공정에 적합합니다.

 

주요 제조업체로는 일본제철, 신양, 미쓰이화학, 닛토덴코, 3M, 듀폰, LG 등이 있습니다.

비용 영향 : 접착제가 없는 기판은 접착제가 있는 기판보다 약 30~50% 더 비싸지만

내열성, 유연성 및 치수 안정성이 뛰어나 고주파 및 고속 응용 분야에 특히 적합합니다.

 

접착제 사용 동박 기재 과 미사용 동박 기재

2. 동박 종류: 압연 동박 vs. 전해 동박

압연 열처리 동박은  높은 강도와 ​​뛰어난 굽힘 저항성을 자랑하지만 가격이 더 비쌉니다.

주로 동적 굽힘(10만 회 이상 굽힘)이 요구되는 용도에 적합합니다.

 

전기 도금된 구리 호일  은 훨씬 저렴하지만 강도가 약하고 쉽게 끊어집니다.

일반적으로 굽힘 횟수가 적은 용도 (3만 회 미만) 에 사용됩니다 .

 

비용 영향 : 압연 구리는 전해 구리보다 약 20~35% 더 비싸지만

자주 구부려야 하는 제품의 경우 압연 구리가 더 긴 수명을 제공할 수 있습니다.

 

압연동박과 전해동박

 

3. 두께 규격 및 브랜드 영향력

기판 두께 : 일반적으로 1/2밀, 1밀, 2밀의 세 가지 유형이 있습니다.

                 25μm 두께의 기판이 가장 저렴하고 가장 흔하게 사용됩니다. 회로 기판이 더 견고해야 하는 경우

                 50μm 두께의 기판을 사용해야 합니다.

                 반대로 회로 기판이 더 유연해야 하는 경우 13μm 두께의 기판을 사용해야 합니다.

 

브랜드 프리미엄 : 듀폰, 로저스 등 일본과 미국의 국제적으로 유명한 브랜드 제품은 상대적으로 가격이 높지만

                           품질이 안정적이고 성능이 신뢰할 수 있습니다.

                           반면 대만산 및 중국산 제품은 가격이 저렴하여 가성비가 뛰어납니다.

 

비용 영향 : 기판 두께가 50% 증가하면 비용이 약 15~25% 증가합니다.

                  해외 브랜드 소재는 중국 브랜드보다 약 20~40% 더 비쌉니다.

II. 공장 규모, 설비 및 제조 공정이 가격에 미치는 영향

1. 공장 규모 및 설비 투자

PCB(플렉서블 회로 기판) 생산 설비에 대한 투자는 막대하며, 이는 제품의 최종 가격에 직접적인 영향을 미칩니다.

 

패널 절단기 : 반자동 패널 절단기의 가격은 5만 위안에서 20만 위안 사이이며,

                     완전 자동 고정밀 패널 절단기의 가격은 30만 위안에서 80만 위안 이상입니다.

드릴링 머신 : 일반적인 기계식 드릴링 머신(신제품)의 가격은 30만 위안에서 200만 위안 사이이며,

                    고급 기계식 드릴링 머신(히타치, DC 등 수입 브랜드)은 200만 위안에서 300만 위안에 달할 수 있습니다.

                    레이저 드릴링 머신은 주로 HDI 보드 및 플렉시블 보드의 미세 홀 가공에 사용되며,

                    가격은 일반적으로 60만 위안에서 300만 위안 이상입니다.

 

노광기 : 기존 노광기는 30만 위안에서 150만 위안 사이의 가격대를 형성하는 반면,

             LDI 레이저 직접 이미징 노광기는 일반적으로 300만 위안에서 1,000만 위안 이상입니다.

도금 구리선 및 DES선 : 반자동/소형 도금 구리선 설비의 투자 비용은 약 50만 위안에서 150만 위안이며,

                                     완전자동 대형 도금 구리선 설비는 200만 위안에서 500만 위안 사이입니다.

                                     DES선 가격은 소형/반자동 설비의 경우 40만 위안에서 100만 위안, 완전자동 대형 설비의 경우

                                     150만 위안에서 400만 위안까지 다양합니다.

2. 제조 공정 및 기술 선정

플렉서블 인쇄회로기판(FPCB)의 제조 공정은 기본적으로 리지드 기판과 동일하지만,

가장 큰 차이점은 커버 필름(CVL) 처리 기술, 즉 "윈도잉, 본딩, 라미네이션" 공정입니다.

FPCB는 (굽힘에 약하기 때문에) 솔더 레지스트 대신 커버 필름을 사용하며, 완성을 위해서는

"윈도잉, 본딩, 라미네이션" 공정을 거쳐야 합니다.

 

생산 방식 선택 : 플렉시블 인쇄 회로 기판(FPCB)은 시트별 생산, 연속 롤투시트(롤 웹) 생산 또는

                        연속 릴투릴(R2R) 생산 방식을 사용하여 생산할 수 있습니다.

                        R2R 연속 생산 기술은 비용 및 수율 측면에서 더 유리하지만,

                       소량 생산되는 고도로 복잡한 제품의 경우 여전히 시트별 생산 방식이 필요합니다.

 

공정 복잡성 : 리지드-플렉스 PCB 생산은 내부 레이어 패턴 제작, 라미네이션, 드릴링, 동 도금 및 전체 보드 전기 도금,

                    외부 레이어 패턴 제작, 솔더 마스크 제작, 문자 인쇄, 표면 처리, 성형 및 테스트를 포함한 여러 단계를 거칩니다.

                    각 단계는 시간과 비용을 증가시킵니다.

 

III. 플렉서블 PCB 및 리지드-플렉서블 PCB의 미래 발전 동향

1. 시장 전망

QYResearch의 연구에 따르면, 리지드-플렉스 PCB 시장은 향후 몇 년 동안 꾸준한 성장을 유지할 것으로 예상됩니다.

5G, IoT, 웨어러블 기기 등 신흥 시장의 빠른 발전으로 플렉스 및 리지드-플렉스 PCB에 대한 수요는 지속적으로 증가할 것입니다.

2. 기술 개발 방향

• 고밀도 : 선폭/간격이 현재 50μm에서 25μm 또는 그 이하로 더욱 줄어들 것입니다.
• 향상된 성능 : 고주파 및 고속 소재에 대한 수요 증가로 특수 소재 개발이 촉진되고 있습니다.
• 통합성 : 리지드-플렉스 보드는 더 많은 임베디드 부품과 수동 부품을 통합하여 시스템 통합 수준을 높일 것입니다.
• 박막화 : 기판과 커버 필름은 초박형 기기의 요구를 충족하기 위해 더욱 얇은 형태로 지속적으로 발전할 것입니다.

3. 리지드-플렉스 PCB가 상당한 시장 점유율을 확보하지 못하게 하는 주요 요인

리지드-플렉스 PCB 기술은 수많은 장점을 지니고 있음에도 불구하고 아직 대규모 생산에 이르지 못했습니다.

주요 원인은 다음과 같습니다.

 

설계 복잡성 : 하드웨어와 소프트웨어 설계의 결합으로 인해 설계자는 3D 공간에서 사고하고 작업해야 합니다.

기존 PCB 설계 도구는 3D 회로 기판 설계나 강체 부품의 굽힘 및 주름 시뮬레이션을 지원하지 않으며,

연성 부품을 포함한 다양한 적층형 부품의 정의조차 지원하지 않습니다.

 

높은 제조 비용 : 리지드-플렉스 PCB 생산에는 특수 장비와 기술이 필요하고, 제조 공정이 복잡하며,

                         수율이 상대적으로 낮아 비용이 많이 듭니다.

 

기술 인력 부족 : 하드웨어-소프트웨어 통합 설계에는 최종 제품의 플렉시블 설계 및 PCB 통합을 지원할 기계 설계팀이

                         필요한 경우가 많습니다.

                         이 과정은 시간이 많이 소요되고 비용이 많이 들며 오류 발생 가능성이 높습니다.

 

낮은 표준화 수준 : 기존의 경질 보드와 비교했을 때, 연질 보드 및 경질-연질 보드는 표준화 수준이 낮으며

                             제조업체마다 공정에서 상당한 차이가 있습니다.

IV. 플렉시블 회로기판 및 리지드-플렉서블 회로기판 및 리지드 회로기판의 비용 비교 분석

1. 재료비

경성 PCB : 주로 FR-4 재질을 기반으로 하며, 비교적 저렴하고 재질 표준화가 잘 되어 있습니다. 

연성 PCB : 폴리이미드와 같은 특수 연성 재질이 필요하며, 경성 PCB보다 비용이 약 30~50% 높습니다. 

경성-연성 PCB : 경성 및 연성 PCB 부품을 모두 포함하며, 재질 선택의 폭이 넓고,

                           일반 경성 PCB보다 비용이 약 50~100% 높습니다.

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2. 제조 공정 비용

경성 PCB : 기술이 성숙되어 자동화 수준이 높고 생산 효율이 우수하며 비용이 비교적 저렴합니다. 

연성 PCB : 커버 필름에 창을 내거나, 접착 및 라미네이션과 같은 특수 가공 기술이 필요합니다.

                  대부분 수작업으로 진행되어 생산 효율이 낮고 비용이 높습니다. 

경성-연성 PCB : 여러 번의 라미네이션과 정렬 작업이 필요한 가장 복잡한 공정으로, 수율이 낮고 비용이 가장 높습니다.

 

 

3. 전체 비용 비교 분석

연구 데이터에 따르면, 100세트 이상을 제조할 경우

리지드-플렉스 설계가 기존 케이블 연결 방식보다 시간과 효율성을 크게 절감해 줍니다.

이는 리지드-플렉스 회로에 커넥터 부품이나 케이블이 포함되어 있지 않아 커넥터 조립이 필요 없기 때문입니다.

 

전체 시스템 비용 관점에서 볼 때, 리지드-플렉스 PCB는 직접 비용이 더 높지만 커넥터, 케이블 및 조립 비용을 절감하고

시스템 신뢰성을 향상시키며 사후 서비스 비용을 줄일 수 있습니다.

따라서 크기, 무게 및 신뢰성에 대한 요구 사항이 높은 애플리케이션에서는 생산량이 증가함에 따라 리지드-플렉스 PCB의 전반적인 비용 이점이 더욱 분명해질 것입니다.

결론적으로

전자 산업의 중요한 분야인 플렉서블 PCB와 리지드-플렉서블 PCB는 기술 발전과 시장 수요 증가에 힘입어

적용 범위가 더욱 확대될 것입니다.

재료 측면에서는 무접착 기판, 압연 구리 등 고성능 재료의 사용이 점차 증가할 것이며,

제조 측면에서는 자동화 및 생산 효율성이 지속적으로 향상되어 비용이 점차 절감될 것으로 예상됩니다.

설계 측면에서는 3D 설계 도구의 보급 확대로 리지드-플렉서블 PCB 설계 과정이 간소화될 것입니다.

 

플렉서블 PCB 또는 리지드-플렉서블 PCB를 사용할 계획이 있는 기업을 위해 다음과 같은 권장 사항을 제시합니다.

1. 소량 생산되는 고도로 복잡한 제품의 경우 , 비용 절감을 위해 접착식 기판과 전해 구리를 사용하는 것을 고려해 보세요.
2. 대량 생산 및 높은 신뢰성이 요구되는 제품의 경우 , 제품 수명 향상을 위해 접착제가 필요 없는 기판과 압연 구리를 사용하는 것이 좋습니다.
3. 고도로 통합된 제품 : 공간 절약 및 신뢰성 향상을 위해 리지드-플렉스 보드가 선호됩니다.
4. 비용에 민감한 제품 : 단일 보드의 비용뿐만 아니라 전체 시스템 비용을 고려해야 합니다.

지속적인 기술 발전과 비용 절감에 힘입어, 플렉서블 PCB와 리지드-플렉서블 PCB는 더욱 다양한 분야에서

그 가치를 입증하며 전자 제품의 소형화, 고밀도화 및 고신뢰성 구현에 필수적인 기반을 제공할 것입니다.