먼저 알아둘 용어
정적 굽힘(static flexing)·동적 굽힘(dynamic flexing) — 정적 굽힘은 설치 때 한 번 형상을 잡는 경우이고 동적 굽힘은 사용 중 반복해서 움직이는 경우입니다. 같은 재료도 요구 수명과 허용 반경이 다를 수 있습니다.
I형 보 효과(I-beam effect)·엇갈린 배선(staggered traces) — 양면 도체가 같은 위치에 포개지면 해당 구간의 굽힘 강성이 달라질 수 있습니다. 두 층을 겹쳐 보고 도체를 엇갈리게 배치하는 선택을 검토합니다.
무접착 적층(adhesiveless laminate)·굽힘 반경(bend radius) — 무접착 적층은 구리와 PI(Polyimide) 사이의 별도 접착층을 생략하는 구조입니다. 굽힘 반경은 휘어지는 곡선의 크기이며 재료·두께·구리·반복 횟수에 맞춰 정합니다.
계속 움직이는 영역에는 비아와 급격한 형상 변화가 없도록 배치를 검토하고 커넥터(connector)에는 필요한 지지를 마련합니다. 먼저 허용 굽힘 반경을 확보한 뒤 두 층의 도체가 정확히 포개지는지 확인합니다. 현재 적층 구조와 회로 연결을 유지하면서 양면 배선을 엇갈리게 놓을 수 있는지 확인합니다.
설치 때 한 번 굽는 영역과 반복해서 굽는 영역을 나눕니다. 비아·패드·폭 급변을 동적 영역 밖으로 옮길 여지를 검토하고 배선 곡선·양면 겹침을 조정합니다. 커버레이(coverlay)와 보강판 경계를 겹쳐 실제 움직일 부분을 다시 표시합니다. 한 번 굽힌 뒤 작동했다고 해서 반복 수명을 확정하지 않습니다.
굽힘 축을 먼저 표시한 뒤 배선을 통과시킵니다
굽힘 축(bend axis)은 기판을 구부릴 때 그 둘레로 회전하는 가상의 선입니다. 펼친 도면에는 이 축과 실제로 휘어지는 구간을 함께 표시합니다. 배선은 가능한 한 축을 직각으로 가로지르게 하고, 그 구간 안에서 축과 나란히 길게 이어지거나 갑자기 방향을 바꾸는 경로를 피합니다. 굽힘부에 비틀림이나 폭 변화가 겹치지 않도록 하려는 배치입니다.
굽힘 반경 R을 기판 전체 두께 t의 배수로 표현할 때는 어떤 적층과 사용 조건의 값인지 확인합니다. 예를 들어 t=0.10 mm에서 R=10t를 계산하면 1.0 mm이지만, 10배라는 계산이 반복 굽힘의 합격 기준을 정해 주지는 않습니다. 구리 층수·압연 또는 전해 동박·도금·접착층과 반복 횟수에 따라 더 큰 반경이나 다른 적층이 필요할 수 있습니다. 실제 구조의 허용 반경으로 도면을 수정한 뒤 그 조건에서 반복 시험합니다.
곡선 배선은 굽힘 구간 밖의 방향 전환부터 조정합니다
배선의 모서리를 둥글게 만들 때도 먼저 굽힘 축과 구간을 표시합니다. 급격한 방향 전환을 그 구간 밖으로 옮긴 다음, 남은 모서리를 완만한 곡선으로 연결합니다. 배선만 곡선으로 바꾸었다고 기판을 더 작은 반경으로 접어도 되는 것은 아닙니다. 펼친 도면에서 배선이 휘는 모양과, 조립된 기판 자체가 휘는 반경은 서로 다릅니다.
기판 설계 도구인 KiCad 9에서는 배선 중 모서리 모드(Track Corner Mode)를 바꾸어 각진 모서리와 둥근 모서리를 전환할 수 있습니다. 기본 단축키는 Ctrl+/입니다. 직접 바꾼 단축키나 다른 버전에서는 명령 이름으로 설정을 확인합니다. 단순한 그림용 호를 그리는 대신, 실제 배선이 패드와 같은 넷으로 이어지는지 확인합니다. 여기서 넷(net)은 전기적으로 연결돼야 하는 단자와 배선의 묶음입니다.
곡선으로 바꾼 구간을 확대해 배선 폭과 주변 구리까지의 간격을 확인합니다. 양면 기판이면 반대층도 켜서 겹침이 어떻게 바뀌었는지 봅니다. 설계 규칙 검사(Design Rule Check, DRC)로 간격과 연결 오류를 확인한 뒤, 실제 굽힘 요구는 다음의 반복 시험으로 따로 검증합니다.
잘 휜다고 해서 사용 중 진동을 견디는 것은 아닙니다
손으로 쉽게 구부러지는 기판이라도 한쪽이 고정되고 다른 쪽이 계속 흔들리는 조건을 견딘다고 볼 수는 없습니다. 진동(vibration)은 위치나 힘이 반복해서 변하는 상태입니다. 조립 때 한 번 접어 둔 기판도 사용 중 진동으로 같은 부분이 계속 굽혀지면 반복 굽힘 조건으로 평가해야 합니다. 외형과 배선, 커넥터가 같더라도 고정 방법과 사용 환경이 달라지면 재료·적층·모서리 형상을 다시 검토해야 하는 이유입니다.
도면에는 고정되는 위치와 움직이는 위치, 그 사이에서 자유롭게 휘는 길이를 표시합니다. 진동이 전달되는 방향과 크기, 주파수 범위와 사용 시간을 정하고, 절개 끝이나 보강판 경계에 변형이 몰리는지 확인합니다. 기판을 부드럽게 만들기만 하거나 반대로 무조건 두껍게 보강하면 충분하다고 판단하지 않습니다. 보강한 곳의 끝으로 꺾임이 옮겨갈 수도 있기 때문입니다.
리지드 플렉스(rigid-flex)는 단단한 회로 부분과 유연한 회로 부분을 하나의 적층 구조로 연결한 기판입니다. 플렉스에 보강판을 붙인 구조와 구분하지만, 리지드 플렉스라는 이름 자체가 진동 수명을 보장하지는 않습니다. 실제 고정 상태에서 요구된 반복·진동 조건으로 검사하고 도체의 연결, 접합부와 절연층 상태를 확인합니다. 손으로 한 번 흔들어 정상 작동했다고 해서 수명 시험을 생략하지 않습니다.
재료와 실제 반복 조건으로 검증합니다
구리와 PI 사이에 별도 접착층이 없는 무접착형 동박 적층판(adhesiveless copper-clad laminate)을 고르면, 같은 구리·PI 두께의 접착형 적층판보다 원재료를 얇게 설계할 여지가 있습니다. 하지만 완성된 FPC에는 커버레이(coverlay)나 보강판을 붙인 접착층, 도금 등 다른 층이 남을 수 있습니다. 재료 이름만 보고 최종 두께를 정하지 말고, 실제 단면에서 구리·PI·커버레이·접착층·보강판의 두께를 합쳐 비교합니다.
치수 안정성(dimensional stability)은 식각이나 가열 뒤 길이와 폭이 얼마나 변하는지로 확인합니다. 후보 재료의 자료에서 필름이 생산되는 방향(MD, machine direction)과 그에 직각인 방향(TD, transverse direction)의 치수 변화율을 찾고, 두 값이 식각 후인지 열처리 후인지 구분합니다. 납땜 열 내성(solder heat resistance)도 재료 이름으로 단정하지 않습니다. 실제 납땜 공정의 온도·시간을 재료가 허용하는 조건과 대조하고, 가열 뒤 구리와 기재의 박리 강도(peel strength)나 들뜸 여부를 확인합니다. 비교 제품의 두께·구리 종류·시험법이 다르면 수치의 우열을 그대로 제품 수명 차이로 옮기지 않습니다.
접착층이 있다는 이유만으로 불량이라거나, 무접착 구조라서 모든 균열을 육안으로 볼 수 있다고 판단하지 않습니다. 표면 사진만으로 내부 접합 계면의 박리를 배제할 수 없습니다. 무접착 기재로 바꾸더라도 최종 적층과 실제 가열·굽힘 조건에서 도체 연결과 접착 상태를 확인합니다.
반복 굽힘에서는 도체가 놓인 위치와 굽힘 방향에 따라 구리가 당겨져 늘어나는 인장 변형(tensile strain) 또는 눌려 짧아지는 압축 변형(compressive strain)을 반복해서 받습니다. 이런 변형이 쌓이면 구리에 피로(fatigue)가 생겨 미세 균열(crack)이나 간헐적인 접속 불량으로 이어질 수 있습니다. 예상 굽힘 횟수를 설계 조건으로 정하되, 그 횟수를 넘기면 반드시 끊어진다는 임계값으로 취급하지 않습니다.
검증에는 사용 반경·방향·반복 횟수·온도 등 요구 조건을 정의합니다. 실제 조건으로 굽힌 전후에 도체의 연결과 저항 변화를 확인하고, 손상·박리·패드 주변 변형도 살펴봅니다. 최종 기록에 굽힘 영역과 두 층의 도체 배치, 경계 위치와 시험 조건을 남깁니다.
뒤로 맞붙는 두 기판은 접힌 단면부터 확인합니다
두 리지드 부분을 뒤로 맞붙이면 연결 플렉스(flex)가 좁은 공간에서 180도로 돌아야 할 수 있습니다. 최종 상태의 두 기판과 플렉스 출발점, 밖으로 돌아 나갈 공간, 부품·하우징과의 간섭을 단면으로 그립니다. 실제 완성 두께와 해당 적층·정적 또는 반복 굽힘 조건에서 허용되는 반경으로 가능한 경로인지 확인합니다. 특정한 두께 배수 하나를 모든 구조의 굽힘 규칙으로 사용하지 않습니다.
고정 구간, 자유롭게 움직이는 구간과 굽힘을 유도하는 지지면을 따로 표시합니다. 도면에 직선 길이와 굽힘 위치를 적어도 플렉스가 저절로 그곳에서 꺾이지는 않습니다. 조립 순서를 따라 어느 구간이 고정되고 어느 구간이 자유롭게 움직이는지 확인합니다.
덮개를 닫으면서 경로가 바뀌거나 지지면 끝에서 급하게 꺾이면 공간·자유 길이·고정 구조를 다시 검토합니다. 두 기판 간격을 좁히는 변경도 플렉스의 설계 변경입니다. 기구 목업에서 공간이 맞는지와 전기적 연속성·반복 수명을 만족하는지는 따로 확인합니다.
작업 순서를 다시 확인합니다
양면 배선의 이점과 굽힘 부담을 함께 비교합니다
단면 구조를 양면 구조로 바꾸고 도금홀로 층을 연결하면 교차 배선과 연결 경로를 확보할 수 있습니다. 대신 구리·절연·접착층이 달라져 완성 두께와 굽힐 때의 변형 분포도 달라집니다. 연결이 쉬워졌다고 해서 반복 굽힘 신뢰성까지 높아졌다고 볼 수는 없습니다.
층수를 바꿀 때에는 완성 적층, 구리 위치, 굽힘 구역의 배선·홀 위치, 고정 방식과 실제 반복 동작을 함께 검토합니다. 제조자의 해당 구조 조건과 시험 결과가 없으면 임의의 반경·횟수·방열 개선 수치를 제시하지 않습니다.
A second copper layer and plated holes can solve routing constraints while changing thickness and bending strain. Routing convenience alone does not establish flex life or thermal improvement.
구리층의 위치는 실제 적층의 중립면을 기준으로 봅니다
굽힐 때 길이 변화가 0이 되는 면을 중립면이라고 합니다. 단순 굽힘에서는 그 면에서 멀리 떨어진 도체일수록 변형률의 절댓값이 커집니다. 하지만 구리·접착제·보호층의 두께와 강성이 다른 복합 적층에서 중립면이 항상 전체 두께의 한가운데에 있는 것은 아닙니다.
북바인딩 구조의 층별 경로 길이와 연결해, 실제 적층표에서 각 구리층과 굽힘 방향을 표시합니다. 도체 위치를 바꿀 때에는 배선·절연·커버레이 조건도 함께 제조사와 검토하고 반복 굽힘 시험으로 확인합니다. 인장·압축의 기존 설명을 단일 반경이나 수명 보증으로 바꾸지 않습니다.