먼저 알아둘 용어
FPC(Flexible Printed Circuit)·보강판(stiffener) — FPC는 굽혀 쓸 수 있는 인쇄회로입니다. 보강판은 그중 커넥터에 끼우는 부분이나 부품이 올라가는 부분만 단단하게 받쳐 줍니다. 기판 전체를 딱딱하게 만드는 것이 목적은 아닙니다.
PI(Polyimide)·FR-4·커버레이(coverlay) — PI는 폴리이미드이며, FR-4는 유리섬유로 강화한 수지 계열의 기판 재료입니다. 커버레이는 유연 회로의 구리를 덮는 절연층입니다. 보강판을 설계할 때는 커버레이의 구멍과 끝나는 위치도 함께 확인합니다.
응력 집중(stress concentration) — 힘이 좁은 부분에 몰리는 현상입니다. 보강판과 커버레이가 같은 선에서 끝나면 그곳에서 집중적으로 꺾일 수 있으므로, 두 경계와 실제 굽힘 위치를 함께 살펴야 합니다.
보강판의 역할을 정한 뒤 두께와 붙일 면을 지정합니다
먼저 커넥터에 필요한 삽입 두께를 맞출 것인지, 부품 아래를 지지할 것인지 정합니다. 그다음 PI, FR-4, 금속 중에서 하중과 절연 조건에 맞는 재료를 고릅니다. 도면에는 보강판의 외곽뿐 아니라 두께와 붙일 면도 표시해야 합니다. 패드(pad)와 커버레이 구멍, 굽혀 쓸 구간을 가리지 않는지도 함께 확인합니다.
보강판 두께에 접착층도 포함합니다
커넥터에 끼울 끝단의 두께를 맞출 때에는 PI 보강판 하나의 두께만 계산하지 않습니다. 구리·기재·커버레이와 보강판, 접착층을 합친 완성 두께를 커넥터의 허용 범위와 비교합니다. ZIF(Zero Insertion Force) 커넥터는 잠금 장치를 열고 유연 기판을 끼운 뒤 고정하는 구조이며, 이름에 관계없이 지정된 삽입 두께와 접점 방향을 맞춰야 합니다.
감압성 접착제(PSA, Pressure-Sensitive Adhesive)는 압력을 가해 붙이는 접착재이고, 열경화성 접착제(thermoset adhesive)는 지정한 열 공정으로 경화하는 접착재입니다. 둘은 접착 과정과 사용 온도·강도 조건이 다르므로 서로 임의로 바꾸지 않습니다. 접착층의 두께와 붙일 면을 도면에 함께 적고, 개구나 접점 쪽으로 접착제가 밀려 나올 여유도 확인합니다.
FR-4는 부품 아래의 강성을 확보하는 데, PI는 삽입부의 두께를 맞추는 데 검토할 수 있습니다. 금속 보강판은 강성이나 열 전달에 도움이 될 수 있지만, 금속이라는 이유만으로 방열 성능이나 전기적 절연이 확보되지는 않습니다. 접착층을 포함한 열 경로와 주변 도체의 절연 조건까지 확인합니다.
커넥터에 넣고 뺄 때 접점 끝을 받쳐야 한다면 PI 보강판의 완성 두께를 검토합니다. 부품 아래를 단단하게 받쳐야 한다면 FR-4를, 넓은 실장부를 평평하게 받쳐야 한다면 스테인리스강 판(stainless-steel sheet)을 후보로 비교합니다. 이때 평탄도(flatness)는 부품을 놓을 면이 한 평면에 얼마나 가깝게 유지되는지를 뜻합니다. 선택한 판과 접착층이 두꺼워지면 커넥터의 허용 두께를 넘거나 굽힘이 보강판 끝에 몰릴 수 있습니다. 재료 이름만으로 PI가 얼마나 유연한지, 금속판이 휘지 않는지 또는 어느 쪽이 오래 가는지 단정하지 않습니다. 판의 두께·형상·붙일 면·하중과 조립 후 상태를 함께 확인합니다.
실제 접촉 위치의 적층과 보강판 파일을 확인합니다
같은 케이블에서도 구리가 있거나 커버레이를 벗긴 위치는 몸통과 두께가 다를 수 있습니다. 커넥터가 누르는 접점 자리의 적층을 따로 그려 완성 두께를 계산하고, 접착층과 제조 공차를 포함해 허용 범위에 들어오는지 확인합니다. 예를 들어 몸통 두께와 보강판 두께를 단순히 더한 값이 맞더라도, 접점 자리에는 빠진 층이 있다면 실제 삽입 두께는 달라집니다.
한 제작 사례에서는 끝단의 완성 두께를 0.30 mm로 목표 삼고 뒷면에 0.225 mm PI 보강판을 골랐습니다. 두 값의 차이인 0.075 mm를 곧바로 FPC 몸통 두께라고 볼 수는 없습니다. 접점 자리에는 커버레이 개구가 있고, 구리·기재·접착층의 유무와 두께도 위치에 따라 달라집니다. 사용할 커넥터의 정확한 형번에서 허용 삽입 두께를 확인한 뒤, 실제 접촉부의 각 층과 공차를 합산하고 완성품 두께를 측정해야 합니다. 이 사례의 목표치만으로 다른 커넥터에도 맞는다고 판단하지 않습니다.
설계 프로그램에서 보강판을 표시하는 작업 층을 만들었다면 앞·뒷면과 각 영역을 구분합니다. 이 작업 층은 실제 도체층을 추가한다는 뜻이 아닙니다. 보강판의 닫힌 외곽, 재료, 두께, 붙일 면을 지정하고 최종 제조 자료에도 그 파일이 포함되는지 확인합니다. 화면에서 영역에 색을 칠해 놓았어도 파일을 내보내지 않으면 제작자에게 전달되지 않습니다.
출력한 보강판 영역을 구리·커버레이·외형과 같은 원점으로 겹쳐 봅니다. 재료 이름만 적은 파일이나 좌우가 뒤집힌 외곽을 보내지 않도록, 어느 접점의 뒷면을 받치는지 도면에서 확인할 수 있어야 합니다.
배선층을 바꾸는 비아도 굽지 않는 영역에서 받칩니다
부품이 없는 곳이라도 배선이 다른 층으로 넘어가면 지지가 필요할 수 있습니다. 비아(via)는 구멍 안쪽의 도금으로 층 사이를 연결하는 구조입니다. 이 도금 벽을 배럴(barrel)이라고 하며, 양쪽 표면의 패드와 이어집니다. 비아가 있는 자리까지 반복해서 꺾이면 구멍 벽이나 패드와의 연결부에 변형이 집중될 수 있습니다.
먼저 펼친 도면에 실제 굽힘 구간과 비아 위치를 겹쳐 표시합니다. 선의 순서를 바꾸려고 다른 층으로 옮기는 비아는 가능한 한 굽힘 구간 밖으로 이동합니다. 그 부분이 조립·사용 중에도 휘지 않도록 보강판이나 기구 지지로 받칠 수 있는지 확인합니다. 보강판을 비아 바로 옆에 붙였다고 해서 비아가 놓인 영역 전체가 안정적으로 지지되는 것은 아닙니다.
보강판의 끝이 비아 열이나 패드 가장자리에 걸리면 새로운 꺾임 경계가 생길 수 있습니다. 비아와 보강판 끝 사이의 여유, 커버레이 경계, 실제 굽힘 시작 위치를 한 도면에서 확인합니다. 필요한 여유는 적층·접착·굽힘 조건에 따라 정하며, 모든 FPC 비아에 같은 크기의 보강판을 붙이는 규칙으로 사용하지 않습니다.
완성품에서는 하우징을 닫거나 케이블을 고정하는 과정에서도 비아 주변이 꺾이지 않는지 봅니다. 정해진 조립·사용 조건으로 움직인 뒤 전기적 연결과 접착 상태를 확인하고, 반복 사용 제품은 요구 횟수에서 연결이 유지되는지도 검사합니다. 처음 한 번 연결됐다는 결과만으로 반복 굽힘 수명을 보장할 수는 없습니다.
보강판 끝과 커버레이 끝을 함께 봅니다
보강판과 커버레이의 끝을 같은 선에 맞추면 그곳에 힘이 몰릴 수 있습니다. 필요한 겹침 길이와 위치는 재료, 접착 방법, 적층 구조에 맞춰 제조 조건을 확인해 정합니다. 최종 조립 모양으로 굽혀 보면서 보강판 바로 끝만 반복해서 꺾이지 않는지도 살펴봅니다.
보강판 길이를 줄일 때에도 접점 지지와 굽힘 위치를 함께 확인합니다. FFC(Flat Flexible Cable)는 평행한 도체를 절연 필름으로 감싼 케이블입니다. 한 사례에서 참고 FFC의 보강 테이프 길이는 8±2 mm였지만 제작한 FPC의 PI 보강판 길이는 5 mm였습니다. 5 mm는 그 참고 케이블의 치수 범위 밖이라는 뜻이며, 맞물리는 커넥터의 허용 길이를 벗어났다는 증거는 아닙니다. 시제품이 끼워지고 잠겼더라도 장기 접촉이나 반복 굽힘까지 확인된 것은 아닙니다. 커넥터가 물리는 구간을 보강판이 받치는지, 보강판 끝에서만 꺾이지 않는지 확인하고, 실제 사용에서 예상되는 삽입·당김·굽힘 조건으로 시험한 뒤 잠금 상태와 도통을 다시 검사합니다.
조립 후에는 커넥터에 잘 끼워지고 빠지지 않는지, 부품 아래가 평평하게 지지되는지, 예정한 구간에서 무리 없이 굽혀지는지 확인합니다. 사용 중 접점을 반복해서 넣고 빼야 한다면 요구 횟수만큼 시험한 뒤 접점 연결과 끝단 손상을 확인합니다. 사용한 보강재와 두께, 붙인 면과 위치, 접착 조건을 검사 결과와 함께 기록해 두면 다음 제작에서도 같은 조건을 재현할 수 있습니다.
작업 순서를 다시 확인합니다
