연성 인쇄 회로 기판의 가시층을 도금하고 있습니다.

맨손으로 검사할 때 유연한 회로 기판을 사용 하면 밝은 금속 표면을 볼 수 있습니다. 이러한 반짝이는 부분은 종종 보드의 외부 구조에 대한 일반적인 오해를 불러일으킵니다. 도금이 외부 전체를 덮고 있다고 가정할 수도 있습니다. 아니요, 도금은 일반적으로 주요 가시층이 아닙니다. 지배적인 가시층은 실제로 일반적으로 폴리이미드 필름인 커버레이입니다. 도금은 표면 마감 역할을 하며 특정하고 선택적으로 노출된 영역에만 나타납니다.

구리 베이스, 커버레이, 표면 도금 간의 정확한 관계를 이해하는 것은 엔지니어와 조달 팀에게 매우 중요합니다. 도금재질이나 노출부위를 잘못 지정하면 굽힘 시 미세균열이 발생할 수 있습니다. 또한 조립 수율을 감소시키거나 현장에서 조기 고장을 일으킬 수도 있습니다. 이 가이드에서는 플렉스 회로의 구조를 살펴보겠습니다. 도금이 선택적으로 적용되는 이유, 표면 마감 옵션을 평가하는 방법, 스택업에서 도금을 지정하는 방법을 배우게 됩니다.

주요 시사점

• 대부분의 유연한 회로에서 눈에 보이는 주요 절연층은 도금이 아닌 폴리이미드 커버레이입니다.

• 표면 도금(ENIG, Hard Gold 또는 Tin 등)은 노출된 패드, 비아 및 커넥터 핑거에만 선택적으로 적용되어 납땜성을 보장하고 산화를 방지합니다.

• 동적 굽힘 영역 전체에 도금을 적용하면 강성이 증가하고 기계적 고장 위험이 높아집니다.

• 적합한 표면 마감 선택 유연한 인쇄 회로 기판은 보관 수명, 커넥터 호환성 및 조립 온도 제약의 균형을 맞춰야 합니다.

FPC 해부: 커버레이와 표면 도금

베어 플렉스 회로에서 실제로 보는 내용을 이해하려면 기본 레이어를 살펴봐야 합니다. 각 레이어는 서로 다른 기계적, 전기적 목적을 수행합니다.

기본 구리

제조업체는 고체 구리 호일에서 전도성 트레이스를 에칭합니다. 일반적으로 두 가지 유형의 구리를 접하게 됩니다. 압연-어닐링(RA) 구리는 길쭉한 입자 구조를 특징으로 합니다. 이는 동적 굽힘에 이상적입니다. 전착(ED) 구리는 수직 입자 구조를 가지고 있습니다. 정적 플렉스 애플리케이션에 더 적합합니다. 유형에 관계없이 순동은 산화에 매우 취약합니다. 보호하지 않고 방치하면 환경의 습기와 공기로 인해 구리가 급속히 분해됩니다. 이로 인해 전도성이 저하되고 납땜성이 손상됩니다.

커버레이(진정한 가시 레이어)

순동은 쉽게 분해되기 때문에 제조업체는 이를 보호해야 합니다. 그들은 흔적을 보호하기 위해 커버레이를 적용합니다. 커버레이는 견고한 보드의 솔더 마스크와 같은 유연한 역할을 합니다. 일반적으로 아크릴 또는 에폭시 접착제로 접착된 폴리이미드(PI) 필름으로 구성됩니다. 플렉스 회로를 보면 이 폴리이미드 레이어가 주로 보입니다. 보드 표면의 90% 이상을 덮고 있습니다. 커버레이는 중요한 전기 절연 기능을 제공합니다. 또한 긁힘, 먼지 및 습기로부터 강력한 물리적 보호 기능을 제공합니다.

표면 도금(노출된 금속층)

폴리이미드 커버레이를 통해 부품을 직접 납땜할 수는 없습니다. 제조업체는 커버레이의 '창'을 의도적으로 열어야 합니다. 구성 요소 패드, ZIF(Zero Insertion Force) 커넥터 접점 및 테스트 지점에서 기본 구리를 노출합니다. 표면 도금은 이러한 노출된 영역에만 적용되는 최종 화학적 또는 전해 마감입니다. 이는 국부적인 구리를 산화로부터 보호하는 동시에 납땜이나 기계적 접촉을 위한 안정적인 표면을 보장합니다. 도금은 만능코팅이 아닙니다. 이는 고도로 타겟화된 금속 마감입니다.

도금을 선택적으로 적용하는 이유(엔지니어링 및 비용 현실)

커버레이를 적용하기 전에 왜 전체 구리층을 도금하지 않는지 궁금하실 것입니다. 표면 마감을 전체적으로 적용 유연한 회로 기판은 심각한 기계적, 전기적 패널티를 초래합니다.

기계적 유연성 위험

도금 금속은 기본 구리와 다른 물리적 특성을 가지고 있습니다. 니켈이나 금과 같은 금속은 본질적으로 부서지기 쉽습니다. 압연 단련된 구리는 아름답게 구부러집니다. 동일한 응력 하에서 니켈이 파손됩니다. 전체 트레이스 실행을 플레이트하면 보드의 동적 굽힘 반경이 파괴됩니다. 완전히 도금된 트레이스를 구부리면 단단한 니켈 하층에 균열이 발생합니다. 이러한 미세 균열은 구리 베이스까지 전파됩니다. 결국 트레이스가 완전히 끊어져 치명적인 개방 회로가 발생합니다.

비용 효율성

귀금속은 표면 마감 비용을 유발합니다. ENIG(무전해 니켈 침지 금) 또는 Hard Gold와 같은 프로세스는 값비싼 요소를 사용합니다. 팔라듐과 금은 원자재 가격이 높습니다. 선택적 도금은 이러한 고가의 금속을 기능적 접점에만 제한합니다. 패드와 커넥터 핑거에 도금을 국한시켜 제조 비용을 최적화합니다. 비기능적 추적 영역에 금을 적용하면 자본이 낭비됩니다.

신호 무결성 및 임피던스

연속 도금은 전도성 트레이스의 물리적 치수를 변경합니다. 이는 제어된 임피던스 설계를 방해합니다. 모든 곳에 도금을 적용하면 세 가지 변수가 예측할 수 없게 변합니다.

1. 추적 두께: 도금은 구리선에 수직 높이를 추가합니다.

2. 트레이스 형상: 화학적 도금은 트레이스의 단면 모양을 변경할 수 있습니다.

3. 유전체 거리: 트레이스 표면과 기준 평면 사이의 간격이 이동합니다.

도금을 구성 요소 패드로 제한함으로써 고속 신호 추적이 균일하게 유지됩니다. 이는 초기 에칭 공정 중에 정의된 정확한 구리 치수를 유지합니다.

연성 인쇄 회로 기판의 표면 도금 옵션 평가

모든 표면 마감이 동일한 목적으로 사용되는 것은 아닙니다. 조립 환경, 보관 수명 요구 사항 및 기계적 인터페이스를 기반으로 마감재를 선택해야 합니다.

무전해 니켈 침지 금(ENIG)

ENIG는 업계에서 가장 인기 있는 마감재 중 하나입니다. 구리 위에 니켈 층을 증착한 다음 얇은 침지 금 층을 증착합니다.

• 최적의 용도: 미세한 피치 부품, 평평한 표면 및 안정적인 납땜 가능성. 금은 산화를 방지하고 니켈은 차단층 역할을 합니다.

• 한계: 니켈 하층은 단단합니다. ENIG를 굴곡 영역에서 엄격하게 보호해야 합니다. 커버레이 개구부가 접히는 부분까지 확장되면 구부리는 동안 니켈이 파손됩니다.

하드 골드

경질 금은 전해 공정을 활용하여 더 두껍고 단단한 금 합금을 증착합니다. 내구성을 높이기 위해 코발트와 같은 미량 원소가 포함되어 있습니다.

• 최적의 용도: ZIF 커넥터 핑거, 슬라이딩 접점 및 높은 물리적 내마모성이 요구되는 영역. 수백 번의 삽입 주기를 견뎌냅니다.

• 한계: 비용이 많이 들고 부서지기 쉽습니다. 굽힘 영역이 단단한 골드 핑거와 물리적으로 분리된 상태로 유지되도록 하려면 특정 설계 규칙이 필요합니다.

침수 주석 및 침수 은

이 마감재는 노출된 구리 패드에 얇은 주석 또는 은 층을 직접 증착합니다.

• 최적의 용도: 대용량, 비용에 민감한 애플리케이션. 이는 미세 피치 납땜을 위한 우수한 평면 표면을 제공합니다.

• 제한 사항: 유통 기한이 짧습니다. 둘 다 취급 손상 및 변색에 취약합니다. 조립하기 전에 고도로 통제되고 진공 밀봉된 환경에 보관해야 합니다.

유기 납땜성 보존제(OSP)

OSP는 수성 유기화합물입니다. 이는 구리에 선택적으로 결합하여 미세한 보호층을 형성합니다.

• 최적의 용도: 매우 저렴한 무연 납땜. 금속 두께를 추가하지 않고도 패드를 완벽하게 평평하게 유지합니다.

• 제한 사항: 물리적 마모에 대한 보호 기능이 전혀 없습니다. OSP는 첫 번째 열 주기 이후 급속히 저하됩니다. 다중 패스 리플로우 어셈블리에는 적합하지 않습니다.

표면 마감 비교 차트

관통 구멍 도금(PTH)과 표면 마감 도금 비교

엔지니어들은 종종 표면 도금과 관통 구멍 도금을 혼동합니다. 두 가지 모두 금속 증착과 관련되어 있지만, 두 가지 방식은 완전히 다른 구조적 역할을 합니다. 유연한 인쇄 회로 기판 디자인.

두 프로세스 차별화

구조적 도금은 보드의 여러 레이어를 연결합니다. 제조업체는 드릴링된 비아 홀 내부에 구리를 증착합니다. 이는 상단 레이어와 하단 레이어 사이에 전기적 연속성을 설정합니다. 우리는 이것을 도금 스루홀(PTH) 기술이라고 부릅니다. 표면 보호 도금이 다릅니다. 이는 구리를 산화로부터 보호하기 위해 패드와 PTH 환형 링 위에 적용되는 최종 마감재입니다. PTH는 회로 구조를 구축합니다. 표면 마감 처리로 인터페이스를 보호합니다.

플렉스 보드의 PTH

유연한 기판의 비아 도금은 독특한 제조 문제를 야기합니다. 플렉스 보드는 아크릴 또는 폴리이미드 접착제를 사용합니다. 이 접착제는 높은 열팽창계수(CTE)를 나타냅니다. 어셈블리 리플로우 중에 보드가 가열됩니다. 접착제는 Z축을 따라 빠르게 팽창합니다. 이 확장으로 인해 비아홀 내부의 구리 배럴이 당겨집니다. 구리 도금이 너무 얇으면 배럴이 파열됩니다. 이 Z축 응력을 관리하려면 고도로 제어된 전해 구리 증착이 필요합니다.

설계 규칙 확인(DRC) 모범 사례

도금 구멍 파손을 방지하려면 비아의 위치를 ​​주의 깊게 설정해야 합니다. 레이아웃 중에 다음과 같은 특정 규칙을 따르십시오.

• 굽힘 영역 방지: 동적 또는 정적 굽힘 영역에 비아를 배치하지 마십시오. 굽힘은 견고한 구리 배럴에 압력을 가해 즉각적인 고장을 유발합니다.

• 강성 섹션 활용: 가능할 때마다 보강재로 지지되는 영역에 비아를 배치합니다. 보강재는 움직임을 제한하고 PTH 무결성을 보호합니다.

• 환형 링 증가: 플렉스 소재는 제조 과정에서 수축 및 늘어납니다. 더 큰 환형 링을 사용하여 레이어 간의 등록 이동을 보상합니다.

사양 및 조달: 스택업에서 도금을 정의하는 방법

도금 결정을 우연에 맡길 수는 없습니다. 모호한 제조 파일로 인해 조립 수율이 저하됩니다. 제작 메모에서 표면 마감과 커버레이 개구부를 명시적으로 정의해야 합니다.

커버레이 개구부 정의

커버레이 등록에 대한 적절한 공차를 지정해야 합니다. 커버레이는 보드에 적층되기 전에 드릴링, 펀칭 또는 레이저 절단됩니다. 때로는 정렬 이동이 발생합니다. 커버레이가 부품 패드와 과도하게 겹치면 마스크가 생성됩니다. 도금 화학물질은 갇힌 구리에 도달할 수 없습니다. 이로 인해 '도금 생략'이 발생합니다. 도금이 없으면 순동은 산화됩니다. 조립하는 동안 땜납은 산화된 구리에 젖는 것을 거부하여 결함 있는 접합부를 만듭니다. 항상 밑에 있는 구리 패드보다 큰 커버레이 개구부를 설계하십시오. 표준 간격은 일반적으로 측면당 0.05mm~0.10mm입니다.

조립 전략에 맞춰 마감 조정

선택한 마감재는 계약 제조업체(CM)의 역량과 일치해야 합니다. 스택업을 마무리하기 전에 리플로우 프로파일을 확인하십시오. CM이 여러 공격적인 열 주기를 사용하는 경우 OSP가 실패합니다. 유기층은 첫 번째 통과 동안 연소됩니다. 후속 패스에서는 순동이 산화에 노출됩니다. 다중 패스 시나리오에서는 ENIG가 훨씬 더 탄력적입니다. 또한 마감재가 웨이브 또는 선택적 납땜 기계에 사용되는 플럭스 유형과 호환되는지 확인하십시오.

규정 준수 및 공급업체 확인

제조업체를 선택할 때 업계 표준 준수 여부를 평가하십시오. IPC-6013 기능을 엄격히 준수해야 합니다. 이 표준은 유연한 인쇄 배선에 대한 자격 및 성능 사양을 관리합니다. 화학적 관리에 관해 구체적인 질문을 하십시오.

예를 들어, ENIG 공정에서 니켈 두께에 대한 제어를 확인하십시오. 공급업체가 금 침지 수조를 제대로 관리하지 않으면 기본 니켈이 과부식될 수 있습니다. 우리는 이것을 '블랙 패드' 증후군이라고 부릅니다. 플렉스 응용 분야에서 검은색 패드는 치명적인 부서지기 쉬운 납땜 접합부 파손을 초래합니다. 신뢰할 수 있는 공급업체는 도금 두께가 엄격한 IPC 허용 오차 범위 내에 있음을 입증하는 단면 미세 단면 보고서를 제공할 것입니다.

결론

도금은 순전히 연결 및 납땜을 위해 설계된 기능적이고 고도로 국부화된 레이어입니다. 눈에 보이는 커버레이는 보드의 대부분을 덮는 구조적 및 환경적 보호 기능을 제공합니다. 이러한 차이점을 이해하면 더 나은 재료 선택을 하는 데 도움이 됩니다.

표면 마감을 선택하기 전에 항상 필요한 굽힘 반경, 접는 영역 및 커넥터 유형을 마무리하십시오. 미세 균열을 방지하려면 ENIG 및 Hard Gold와 같은 견고한 마감재를 동적 응력 영역에서 멀리 두십시오. 높은 조립 수율을 보장하려면 도금 선택을 제조업체의 열 프로필에 맞춰 조정하세요.

재료 누적에 관해서는 추측하지 마십시오. 포괄적인 제조 가능성 설계(DFM) 검토를 위해 Gerber 파일 및 스택업 요구 사항을 제조 파트너에게 제출하십시오. 철저한 DFM 검토를 통해 도금 사양이 장기적인 신뢰성 목표와 완벽하게 일치하는지 확인합니다.

FAQ

Q: 연성회로기판의 전체 표면을 도금할 수 있나요?

A: 기술적으로는 가능하지만 매우 권장되지 않습니다. 니켈이나 금과 같은 도금 금속은 단단합니다. 전체 표면을 코팅하면 유연성이 극도로 손실됩니다. 보드가 단단해져서 구부릴 때 트레이스가 심하게 깨질 위험이 높아집니다. 또한 기능적 가치를 추가하지 않으면서 엄청난 재료 비용이 발생합니다.

질문: 플렉스 보드의 커넥터 끝이 구성 요소 패드와 다르게 보이는 이유는 무엇입니까?

A: 각 영역은 다른 기능을 수행합니다. 핑거라고 알려진 커넥터 끝부분에는 일반적으로 하드 골드가 필요합니다. 이 두꺼운 합금은 ZIF 소켓에 반복적으로 삽입할 때 탁월한 내구성을 제공합니다. 부품 패드는 물리적 내마모성보다는 최적의 납땜성을 요구하므로 일반적으로 ENIG 또는 OSP 마감 처리됩니다.

Q: 도금 두께가 굽힘 반경에 영향을 줍니까?

답: 그렇습니다. 두꺼운 도금은 허용 가능한 굽힘 반경을 크게 제한합니다. 단단한 층, 특히 ENIG 마감재의 두꺼운 니켈 하부층은 기본 구리처럼 늘어날 수 없습니다. 두꺼운 도금은 보드를 연속적인 동적 굽힘 시나리오가 아닌 단순한 'flex-to-install' 응용 프로그램으로 제한합니다.