두 개의 웨어러블 프로그램은 동일한 회로도로 시작하여 매우 다른 위치에서 끝날 수 있습니다. 한 팀은 "구리가 많을수록 신뢰성이 높아진다"는 이유로 어디에서나 1온스 구리를 선택했습니다. 그런 다음 EVT 중에 8,000회 힌지 주기 후에 동적 꼬리가 갈라지는 것을 발견했습니다. 또 다른 팀은 정적 전력 섹션에서만 1온스를 사용하고 굽힘 면적을 압연 어닐링 구리 0.5온스로 낮추고 안정적인 저항으로 100,000사이클을 넘었습니다. 그 차이는 운이 아닙니다. 구리 두께 규율입니다.
15년간의 플렉스 회로 견적 및 DFM 검토에서 구리 결정은 현장 반환 프로젝트에서 제조 가능한 설계를 분리하는 가장 빠른 방법 중 하나였습니다. 굽힘 변형률, 최소 트레이스 폭, 식각 허용 오차, 스택업 두께, 적층 난이도, 최종 단가 등을 한 번에 설정합니다. 늦게 선택하면 다른 모든 디자인 선택이 당신과 싸우기 시작합니다.
이 가이드에서는 전류 용량, 굽힘 수명, 임피던스 및 비용이 반대 방향으로 당겨질 때 플렉스 PCB 구리 두께를 선택하는 방법을 설명합니다. 목표는 하나의 "최고의" 구리 무게를 기억하는 것이 아닙니다. 이는 우리가 구리 무게 함정이라고 부르는 것을 피하는 것입니다. 라우팅, 스택업 구역화 또는 기계적 아키텍처로 해결해야 하는 전기적 문제를 해결하기 위해 두꺼운 구리를 지정하는 것입니다.
구리 두께가 1차 Flex PCB 결정인 이유
구리 두께는 전기적 및 기계적 거동에 즉각적으로 영향을 미치기 때문에 1차 설계 변수입니다. 견고한 PCB에서 설계자는 종종 구리 무게를 추가하고 약간의 비용 증가를 수용할 수 있습니다. 플렉스 PCB에서는 동일한 변화로 강성이 증가하고 구리가 중립 축에서 더 멀리 밀리고 최소 굽힘 반경이 증가하며 미세 형상 에칭이 더 어려워졌습니다. 전기적으로 보수적으로 보이는 선택이 기계적으로는 공격적이 될 수 있습니다.
그 긴장은 네 가지 상황에서 가장 중요합니다.
- 10,000~1,000,000사이클을 견뎌야 하는 동적 굽힘 부분
- 과도한 온도 상승 없이 1A 이상을 전달해야 하는 전력 트레이스
- 구리 프로파일이 임피던스 허용 오차를 변경하는 제어된 임피던스 트레이스
- 모든 추가된 미크론이 강성을 강화하는 다층 플렉스 또는 리지드 플렉스 스택업
실제 규칙은 간단합니다. 전류를 안전하게 처리할 수 있는 가장 얇은 구리를 선택한 다음, 구리 질량을 추가하기 전에 기하학적 구조로 전류 마진을 추가하는 것입니다. 우리의 플렉스 PCB 설계 가이드라인과 굽힘 반경 가이드는 모두 동일한 진실을 가리킵니다. 즉, 움직이는 회로에서는 두께가 결코 자유롭지 않다는 것입니다.
"플렉스 PCB에서 구리는 단순한 도체가 아닙니다. 스프링, 피로 요소 및 비용 동인입니다. 계산이 아닌 습관적으로 구리 무게를 늘리면 일반적으로 굽힘 신뢰성, 에칭 수율 및 리드 타임에서 해당 결정에 대한 세 배의 비용을 지불하게 됩니다."
— Hommer Zhao, FlexiPCB 엔지니어링 이사
표준 구리 무게와 실제 의미
대부분의 플렉스 PCB 논의에서는 온스라는 용어를 사용하지만, 엔지니어링 결정은 미크론 단위로 생각할 때 더 쉽습니다. 일반적인 시작 옵션은 12um, 18um, 35um, 70um, 때로는 105um입니다. 각 단계는 용량보다 훨씬 더 많은 것을 변경합니다.
| 공칭 구리 중량 | 대략. 두께 | 일반적인 플렉스 사용 | 주요 장점 | 주요 페널티 |
|---|---|---|---|---|
| 1/3온스 | 12 음 | 동적 신호, 미세 피치 카메라 및 디스플레이 테일 | 최고의 굽힘 수명과 미세한 라인 성능 | 제한된 현재 마진 |
| 1/2온스 | 18음 | 대부분의 단면 및 양면 플렉스 디자인 | 균형 잡힌 굽힘 수명 및 경로성 | 여전히 고전류 버스에는 적합하지 않습니다 |
| 1온스 | 35 음 | 정적 전력 영역, 리지드-플렉스 리지드 존, 혼합 신호 플렉스 | 강력한 전류 용량 및 공통 가용성 | 눈에 띄게 높은 강성 |
| 2온스 | 70 음 | 정전력 분배, 히터, 배터리 탭 | 높은 전류와 낮은 DC 저항 | 어려운 에칭 및 열악한 굽힘 성능 |
| 3온스 | 105 음 | 특수 파워 플렉스, 버스바 교체 섹션 | 극한 전류 처리 | 일반적으로 동적 굽힘과 호환되지 않습니다 |
많은 팀이 제품에 역동적인 움직임이 있는지 묻지 않고 0.5온스에서 1온스로 직접 점프하기 때문에 테이블이 중요합니다. 조립 중에만 사용되는 정적 접기에서는 1oz가 완벽하게 합리적일 수 있습니다. 웨어러블 힌지에서는 환경 스트레스 검사 후 프로토타입이 실패하는 정확한 이유가 될 수 있습니다.
두 번째 실용적인 점: 실제 완성된 구리는 가공 후에 달라질 수 있습니다. 기본 구리, 도금 및 표면 마감은 모두 최종 도체 프로필에 영향을 미칩니다. 그렇기 때문에 임피던스 및 굽힘 계산에서는 라미네이트 카탈로그 값뿐만 아니라 완성된 구리 가정을 사용해야 합니다.
현재 용량과 굽힘 수명: 핵심 절충안
구리가 두꺼울수록 단면적이 증가함에 따라 저항이 떨어지기 때문에 전류 용량이 향상됩니다. 그러나 구리가 두꺼울수록 외부 구리 층의 변형이 두께와 전체 스택 높이에 따라 증가하기 때문에 굽힘 수명도 감소합니다. 따라서 Flex 디자인은 단일 지표에 대한 최적화가 아니라 통제된 절충안입니다.
선택의 틀을 잡는 가장 쉬운 방법은 설계 의도를 고려하는 것입니다.
| 설계조건 | 굽힘 영역에서 선호되는 구리 | 실질적인 현재 전략 | 이것이 작동하는 이유 |
|---|---|---|---|
| 동적 웨어러블 꼬리 | 12-18 음 RA 구리 | 트레이스를 넓히고 도체를 평행하게 만들고 전원을 굽히지 않도록 | 원시 구리 질량보다 피로 수명이 더 중요합니다 |
| 소비자 장치의 정적 접기 | 18-35 음 구리 | 적당한 추적 폭 증가 | 일회성 굽힘으로 더 많은 전기 마진 허용 |
| Rigid Zone에서 강력한 힘을 발휘하는 Rigid-Flex | 플렉스 18um, 리지드 35-70um | 기능별로 누적 영역 지정 | 강력한 전력을 유지하면서 움직임을 얇게 유지 |
| 반복되는 구부러짐이 없는 배터리 연결 | 35-70 음 구리 | 짧은 경로, 보강재 지원 | 낮은 저항이 지배적 |
| 곡률이 고정된 히터 또는 LED 플렉스 | 35-105 음 구리 | 정적 아키텍처만 사용 | 열 부하는 강성을 정당화합니다 |
| 혼합 신호 카메라 모듈 | 12-18 음 구리 | 별도의 전원 및 고속 라우팅 | 임피던스 제어 및 반복 조립 처리에 도움 |
이것이 구리 무게 함정이 나타나는 곳입니다. 엔지니어들은 좁은 트레이스에서 전압 강하 또는 온도 상승을 확인한 다음 구리를 두 배로 늘려 문제를 해결합니다. 종종 더 나은 해결 방법은 트레이스를 20%에서 40%까지 넓히고, 경로를 단축하고, 복귀 경로를 추가하거나, 하나의 굵은 선을 굴곡 영역 외부의 두 개의 평행 도체로 분할하는 것입니다. 이는 전기 예산을 충족하면서 회로의 유연성을 유지합니다.
더 폭넓은 재료 관점을 위해 당사의 플렉스 PCB 재료 가이드에서는 공칭 온스 값이 동일하게 유지되는 경우에도 폴리이미드 두께, 접착 시스템 및 구리 유형이 결과를 어떻게 변화시키는지 설명합니다.
실제 임계값을 갖춘 실용적인 선택 프레임워크
사용 가능한 구리 규칙은 숫자로 시작해야 합니다. 아래 임계값은 보편적인 법칙은 아니지만 대부분의 Flex 프로그램에 대한 DFM 검토의 강력한 시작점이 됩니다.
- 플렉스 섹션이 반복적으로 구부러지고 트레이스당 전류가 0.5A 미만인 경우 12~18um RA 구리에서 시작합니다.
- 설치 후 섹션이 고정되어 있고 트레이스당 전류가 0.5
1.5A인 경우 1835um 구리에서 시작하여 굽힘 반경을 검토합니다. - 이동 영역의 도체에 지속적으로 1.5A 이상이 필요한 경우 기본적으로 70um 구리로 설정하기 전에 아키텍처를 다시 설계하십시오.
- 굽힘 부분의 마감 스택 두께가 약 0.20mm를 초과하는 경우 필요한 굽힘 반경이 여전히 인클로저에 맞는지 다시 확인하십시오.
- 1Gbps 이상의 고속 차동 쌍이 플렉스를 교차하는 경우 더 무거운 포일을 요청하기 전에 구리를 더 얇고 기하학적으로 더 단단하게 유지하십시오.
전류, 열 및 굽힘이 동일한 위치에서 정점에 도달하는 경우가 거의 없기 때문에 이러한 임계값이 중요합니다. 의료용 웨어러블용 플렉스 보드에는 하나의 정적 분기에 1.2A의 충전 전류가 필요할 수 있으며 움직이는 목에는 50mA의 센서 전류만 필요할 수 있습니다. 두 지역 모두에 하나의 전역 구리 가중치를 사용하는 것은 게으른 엔지니어링입니다. 디자인 구역화는 제품을 안전하고 제조 가능하게 유지하는 것입니다.
"고객이 한 지점이 1.8A를 전달하기 때문에 전체 플렉스에 2온스의 구리가 필요하다고 말하면 아키텍처를 재설계할 것이라는 것을 알고 있습니다. 전력 밀도는 로컬입니다. 플렉스 페널티는 전역적입니다. 좋은 스택업은 보드가 움직이지 않는 과도한 전류를 격리합니다."
— Hommer Zhao, FlexiPCB 엔지니어링 이사
구리 유형이 구리 두께만큼 중요한 이유
35um 구리 콜아웃은 구리 유형도 다루지 않으면 불완전합니다. 다이나믹 플렉스의 경우 압연 어닐링 구리와 전착 구리는 동일한 방식으로 동작하지 않습니다. 압연 어닐링 구리는 연신율과 피로 저항이 더 우수하므로 이동 회로에 대한 기본 권장 사항입니다. 전착된 구리는 정적 플렉스 및 비용에 민감한 빌드에 적합할 수 있지만 회로가 반복적인 사이클을 견뎌야 하는 경우에는 좋지 않습니다.
| 구리 속성 | 압연소둔(RA) | 전착(ED) | 디자인 결과 |
|---|---|---|---|
| 곡물 구조 | 길쭉한 단련 | 원주형 예금 | RA는 반복적인 굴곡을 더 잘 견딥니다 |
| 일반적인 동적 사용 | 선호 | 제한 | 힌지 및 웨어러블 기기용 RA 선택 |
| 미세한 라인 에칭 | 아주 좋아 | 좋아 | 둘 다 이미지가 단단하지만 RA가 피로를 이깁니다 |
| 비용 | 더 높은 | 낮은 | ED는 현장 위험이 아닌 라미네이트 비용 절감 |
| 가장 잘 맞는 | 다이나믹 플렉스, 의료, 자동차 | 고정식 접기, 주기가 짧은 소비자 제품 | 실제 움직임에 소재를 매치 |
요점은 ED 구리가 나쁘다는 것이 아닙니다. 두께와 구리 종류가 상호 작용한다는 것입니다. 18um RA 설계는 동일한 이동 애플리케이션에서 35um ED 설계보다 훨씬 더 오래 지속될 수 있습니다. 온스 값만 비교하면 실제로 현장 생활을 결정하는 변수를 놓치게 됩니다.
더 넓은 IPC 지침에서도 동일한 아이디어를 볼 수 있습니다. 도체 주변의 기계적 맥락은 도체 자체만큼 중요합니다.
두께가 제조 수율과 비용을 어떻게 변화시키는가
구리 두께는 구매자가 종종 과소평가하는 방식으로 제조에 영향을 미칩니다. 구리가 두꺼울수록 깨끗한 에칭을 위해 더 넓은 간격이 필요하고 미세 피치 이미징이 더 어려워지며 보다 공격적인 보상이 필요할 수 있으며 커버레이 정렬 및 라미네이션 압력에 대한 추가 프로세스 제어가 필요할 수 있습니다.
| 구리 두께 | 일반적인 DFM 효과 | 상업적 영향 |
|---|---|---|
| 12 음 | 100um 이하의 미세 피치를 더 쉽게 지원 | 컴팩트한 신호 밀도의 플렉스 테일에 가장 적합 |
| 18음 | 가장 넓은 제조 안전 지대 | 비용과 신뢰성의 가장 강력한 균형 |
| 35 음 | 트레이스/공간 및 커버레이 개구부에 더 많은 여유가 필요함 | 적당한 수율 압력 및 비용 증가 |
| 70 음 | 에칭 언더컷 및 등록이 더욱 중요해짐 | 명확한 가격과 리드타임 프리미엄 |
| 105 음 | 종종 특수 빌드로 취급됨 | 공급업체 풀 제한 및 검토 시간 연장 |
인용하자면, 18um에서 35um으로 이동하면 비용이 약간 증가할 수 있습니다. 35um에서 70um로 이동하면 전체 대화가 바뀌는 경우가 많습니다. 즉, 패널 활용도가 떨어지고 최소 형상 크기가 느슨해지며 스크랩 위험이 증가하고 프로토타입 리드 타임이 며칠까지 늘어날 수 있습니다. 소싱 팀을 위해 당사의 플렉스 PCB 비용 가격 가이드에서 재료 비용이 최종 프리미엄의 일부에 불과한 이유를 설명합니다.
다음은 실제적인 시사점입니다. 설계 문제가 트레이스 형상, 구리 구역화 또는 별도의 강화된 전력 분기로 해결될 수 있는 경우 해당 경로는 일반적으로 전역적으로 증가하는 구리 두께보다 저렴합니다. 더 무거운 구리는 첫 번째가 아니라 마지막 전기적 수정이어야 합니다.
고속 신호, 임피던스 및 구리 프로필
구리 두께도 신호 무결성을 변경합니다. 고속 플렉스 설계에서 완성된 구리 프로파일은 트레이스 폭 목표, 임피던스 허용 오차 및 삽입 손실에 영향을 미칩니다. 더 두꺼운 구리는 저손실 전력에 유용할 수 있지만 도체 구조가 이미 빡빡한 경우 정밀한 임피던스 제어가 더 어려워집니다.
50옴 단일 종단 또는 90100옴 차동 라우팅의 경우 일반적으로 1218um 구리가 더 쉬운 시작점입니다. 이는 더 좁은 보상 범위와 더 부드러운 에칭 제어를 가능하게 합니다. 35um 이상으로 올리면 추적 프로필의 영향력이 더욱 커지며, 스택업 창이 엄격하게 제어되지 않으면 처리 후 동일한 공칭 너비가 공차를 벗어날 수 있습니다.
이것이 바로 많은 고속 제품이 기능을 분리하는 이유 중 하나입니다. 카메라, 디스플레이 및 센서 상호 연결을 위한 얇은 구리; 더 무거운 구리는 전력 공급이 정적 분기 또는 견고한 섹션에 있는 경우에만 가능합니다. 즉, 한 네트 클래스에 대한 전기적 응답이 다른 모든 네트 클래스의 기계적 부담이 될 필요는 없습니다.
두꺼운 구리가 정답일 때
얇은 구리는 도덕적 미덕이 아닙니다. 더 무거운 구리가 정확히 맞는 경우가 있습니다.
- 한 번 설치된 후 보강재로 고정되는 배터리 인터커넥트 플렉스
- 저항성 부하와 열 확산이 설계 우선순위를 좌우하는 히터 회로
- 사이클 수가 적고 굽힘 반경이 넉넉한 산업 장비의 전력 분배 테일
- 플렉스 점퍼를 얇게 유지하면서 견고한 부분에 35-70um 구리를 유지하는 리지드 플렉스 디자인
규칙은 동작에 대한 정직성입니다. 회로가 실제로 정적이고 인클로저가 충분한 반경을 제공하는 경우 35um 또는 심지어 70um 구리가 가장 위험이 낮은 선택이 될 수 있습니다. 조립 기술자가 섹션을 반복적으로 구부리거나, 서비스 팀이 수리 중에 섹션을 접거나, 최종 사용자가 매일 제품을 이동하더라도 팀이 해당 섹션을 정적이라고 설명하면 문제가 시작됩니다.
"대부분의 플렉스 구리 실수는 계산 실수가 아닙니다. 분류 실수입니다. 제품 사양에 나와 있기 때문에 팀은 굽힘을 정적인 것으로 표시하지만, 조립 라인에서는 이를 다섯 번 굽히고, 서비스 매뉴얼에서는 다시 굽히고, 사용자는 실제 생활에서 비틀립니다. 구리 두께는 낙관적인 주기가 아니라 실제 주기 수에서 살아남아야 합니다."
— Hommer Zhao, FlexiPCB 엔지니어링 이사
스택업을 릴리스하기 전 DFM 체크리스트
제작 데이터를 공개하기 전에 모든 플렉스 구리 결정에 대해 이 체크리스트를 실행하십시오.
- 어느 영역이 동적, 반정적, 진정한 정적인지 식별
- 전체 보드 전류뿐만 아니라 도체당 전류 정의
- 수십 개의 의미 있는 굴곡을 초과할 것으로 예상되는 모든 지역에 대해 RA 구리를 선택하십시오.
- 구리 두께, 폴리이미드 및 접착제가 함께 여전히 굴곡 반경 목표를 충족하는지 확인
- 공칭 CAD 폭뿐만 아니라 식각 보상 후 최소 트레이스 및 간격을 검토합니다.
- 비아, 패드 및 보강재 가장자리를 활성 벤드 아크에서 멀리 유지하십시오.
- 가능한 경우 고속 신호 구역과 대전류 구역을 분리하십시오.
- 선택한 구리가 디자인을 특수 공정 영역으로 밀어넣는지 여부를 제작자에게 문의하십시오.
- RFQ에 구리 중량과 구리 유형이 모두 명시되어 있는지 확인합니다.
이 체크리스트는 지루하지만 비용이 많이 드는 오류를 잡아냅니다. 제작자는 위험한 플렉스 보드를 놀라울 정도로 많이 제조할 수 있습니다. 더 어려운 질문은 열 사이클링, 조립 처리 및 6개월 간의 현장 사용 후에도 보드가 계속 작동할 것인지 여부입니다.
구매자와 디자이너를 위한 간단한 의사결정나무
견적 또는 초기 누적 계획 중에 빠른 규칙이 필요한 경우 이 짧은 의사 결정 트리를 사용하십시오.
- 일반적인 제품 사용 시 플렉스가 반복적으로 움직이나요? 그렇다면 12-18um RA 구리로 시작하십시오.
- 1.5A를 초과하는 해당 이동 영역의 전류 요구 사항이 연속입니까? 그렇다면 구리를 늘리기 전에 도체 경로를 재설계하거나 전원 분기를 분리하십시오.
- 설치 후 지역이 고정되어 있나요? 그렇다면 일반적으로 18-35um 구리가 정상 범위입니다.
- 한 가지 지점의 전압 강하 때문에 35um를 초과합니까? 그렇다면 먼저 트레이스 확장, 병렬 라우팅 또는 RIGID-Flex 구역화를 비교하십시오.
- 70이 넘으셨나요? 그렇다면 설계를 특수 파워 플렉스로 간주하고 조기에 제조 가능성을 검토하십시오.
해당 프레임워크는 전체 스택업 검토를 대체하지는 않지만 가장 일반적인 과도한 사양 실수, 즉 움직이는 상호 연결에 전원 보드 사고방식을 적용하는 것을 방지합니다.
참고자료
자주 묻는 질문
다이나믹 플렉스 PCB에 가장 적합한 구리 두께는 얼마입니까?
대부분의 동적 플렉스 회로의 경우 12-18um 압연 어닐링 구리가 가장 안전한 출발점입니다. 변형률은 낮추고 피로 수명은 높게 유지하기 때문입니다. 설계가 10,000 또는 100,000 사이클을 견뎌야 하는 경우 먼저 거기에서 시작한 다음 35um 구리로 이동하기 전에 트레이스 폭, 병렬 도체 또는 구역화로 전류 요구 사항을 해결하십시오.
조립 중 한 번만 구부러지는 플렉스 PCB에 1온스 구리를 사용할 수 있나요?
예. 굽힘 반경이 충분히 넉넉하고 스택업이 기계적으로 균형을 유지하는 경우 일회성 또는 저주기 접기에는 종종 35um 구리를 사용할 수 있습니다. 핵심은 실제 취급 프로필을 확인하는 것입니다. 조립, 테스트, 재작업 및 서비스는 제품이 고객에게 도달하기 전에 10개 이상의 굽힘을 추가할 수 있습니다.
연성 회로에 2온스 구리가 현실적입니까?
정적이거나 심하게 지지되는 영역에는 현실적이지만 일반적으로 동적 굽힘 영역에는 적합하지 않습니다. 70um로 마감된 구리에서는 에칭이 더 단단해지고 강성이 급격히 증가하며 필요한 굽힘 반경이 커집니다. 2온스를 기본 플렉스 옵션이 아닌 특수 목적의 전력 솔루션으로 취급하십시오.
구리가 두꺼울수록 트레이스 폭 압력이 줄어들기 때문에 항상 전체 플렉스 PCB 비용이 낮아지나요?
아니요. 구리가 두꺼울수록 DC 저항이 줄어들 수 있지만 더 넓은 트레이스 및 간격 규칙을 적용하고 패널 효율성을 낮추며 작업을 더욱 엄격하게 DFM 검토하게 하여 총 보드 비용이 증가하는 경우가 많습니다. 많은 경우 라우팅 폭이 더 넓은 18um 구리는 수율 저하가 있는 35um 구리보다 저렴합니다.
플렉스 PCB 제조를 위한 RFQ에 구리를 어떻게 지정해야 합니까?
구리 두께와 구리 유형을 모두 명시하고 각각 적용되는 위치를 명시합니다. 예: 다이나믹 플렉스 테일에 18um RA 구리, 리지드 파워 섹션에 35um 구리. 위치나 재료 유형 없이 "구리 1온스"만 말하면 공급업체는 실제 신뢰성 목표와 일치하지 않을 수 있는 더 간단한 가정을 인용하게 됩니다.
구리 두께가 플렉스 회로의 임피던스 제어에 영향을 줍니까?
예. 완성된 구리 두께는 트레이스 형상을 변경하여 임피던스를 변경합니다. 대략 1Gbps 이상의 50Ω 또는 100Ω 플렉스 상호 연결에서 에칭 보상 및 도체 프로파일이 최종 결과에 미치는 영향이 적기 때문에 일반적으로 12-18um 구리가 35um 구리보다 제어하기가 더 쉽습니다.
최종 추천
본능적으로 구리 두께를 선택하는 경우 문제를 멈추고 이동 영역, 정적 영역, 전류 밀도 및 임피던스 클래스로 분리하십시오. 가장 성공적인 플렉스 스택업은 단일 숫자 답변이 아닌 혼합 전략입니다. 이동 구간의 작업에 안전하게 맞는 가장 얇은 구리를 사용하고, 큰 전류와 두꺼운 구리를 구부러지지 않는 구역으로 이동시킵니다.
출시 전 제조 적합성 검토를 원하시면 플렉스 PCB 엔지니어에게 문의하거나 견적 요청하세요. 첫 번째 툴링 출시 전에 구리 구역화, 스택업 두께, RA 및 ED 선택, DFM 제한을 검토할 수 있습니다.
