플렉시블 일렉트로닉스

Flexible electronics
패널화 해제 전 Miraco 플렉시블 프린트 회로 이미지.
케이스가 없는 Olympus Styleus 카메라. 플렉스 회로 어셈블리를 보여줍니다.

플렉시블 일렉트로닉스는 플렉시블 플라스틱 기판(폴리이미드, PEEK, 투명 전도성[1] 폴리에스테르 필름 등)에 전자장치를 장착해 전자회로를 조립하는 기술이다.또한 플렉스 회로는 폴리에스테르 위에 스크린 인쇄된 은색 회로를 사용할 수 있습니다.플렉시블 전자 어셈블리는 견고한 프린트 회로 기판에 사용되는 것과 동일한 컴포넌트를 사용하여 제조할 수 있으며, 기판이 원하는 형상에 적합하거나 사용 중에 구부릴 수 있습니다.

제조업

플렉시블 프린트 회로(FPC)는, 포토 리소그래피 테크놀로지로 제조됩니다.플렉시블 포일 회로 또는 Flexible Flat Cable(FFC; 플렉시블 플랫 케이블)을 만드는 다른 방법은 PET의 두 층 사이에 매우 얇은(0.07mm) 구리 스트립을 적층하는 것입니다.일반적으로 0.05mm 두께의 이러한 PET 층은 열경화성 접착제로 코팅되어 있으며 적층 공정 중에 활성화됩니다.FPC와 FFC에는 많은 어플리케이션에서 다음과 같은 장점이 있습니다.

  • 카메라(정적 응용 프로그램)와 같이 3축의 전기 연결이 필요한 단단히 조립된 전자 패키지입니다.
  • 접이식 휴대 전화(동적 응용 프로그램)와 같이 정상적인 사용 중에 어셈블리를 구부려야 하는 전기 연결부.
  • 자동차, 로켓, 위성 등 더 무겁고 부피가 큰 와이어 하니스를 대체하기 위한 서브 어셈블리 간의 전기적 연결.
  • 보드 두께 또는 공간 제약이 원동력이 되는 전기 연결.

FPC의 장점

  • 여러 개의 견고한 보드 또는 커넥터를 교체할 수 있습니다.
  • 단측 회로는 동적 또는 고플렉스 애플리케이션에 최적
  • 다양한 구성의 FPC 스택

FPC의 단점

  • 경질 PCB에 비해 비용 증가
  • 취급 또는 사용 중 손상 위험 증가
  • 조립 공정의 어려움
  • 수리 및 재작업이 어렵거나 불가능함
  • 일반적으로 패널 사용률이 낮아져 비용이 증가함

적용들

플렉시블 회로는 유연성, 공간 절약 또는 생산 제약으로 인해 견고한 회로 기판 또는 수동 배선의 사용 가능성이 제한되는 다양한 애플리케이션에서 커넥터로 자주 사용됩니다.

대부분의 플렉시블 회로는 집적회로, 저항, 캐패시터 등의 전자 컴포넌트를 상호 접속하는 데 사용되는 패시브 배선 구조입니다.다만, 일부 회로는 직접 또는 커넥터를 통한 다른 전자 어셈블리 간의 상호 접속에만 사용됩니다.가전 기기는 카메라, 개인 엔터테인먼트 장치, 계산기 또는 연습 모니터에 유연한 회로를 사용합니다.플렉시블 회로는 소형 패키지에 많은 상호 연결이 필요한 산업용 및 의료 기기에 있습니다.휴대 전화는 플렉시블 회로의 또 다른 일반적인 예입니다.

입력 장치

플렉스 회로의 일반적인 용도는 컴퓨터 키보드 등의 입력 디바이스입니다.대부분의 키보드는 스위치 매트릭스에 플렉스 회로를 사용합니다.

LCD 디스플레이

LCD 제작에서는 유리를 기판으로 사용한다.대신 얇은 플렉시블 플라스틱이나 금속박으로 기판 위에 퇴적된 필름은 보통 매우 얇기 때문에 시스템 전체를 플렉시블하게 할 수 있다.

OLED 디스플레이

플렉시블 디스플레이는 보통 백라이트 대신 유기발광다이오드(OLED)를 사용해 플렉시블 유기발광다이오드 디스플레이를 만든다.

자동차 회로

자동차 분야에서 플렉시블 회로는 계기판, 후드 아래 컨트롤, 실내 헤드라이너 내에 숨겨야 하는 회로 및 ABS 시스템에 사용됩니다.

프린터

컴퓨터 주변기기에서 플렉시블 회로는 프린터의 이동 인쇄 헤드에 사용되며 디스크 드라이브의 읽기/쓰기 헤드를 반송하는 이동 암에 신호를 연결하기 위해 사용됩니다.

태양 전지

주요 기사:박막 태양전지

유연하고 얇은 태양 전지는 인공위성에 전력을 공급하기 위해 개발되었다.이러한 셀은 가볍고 롤업하여 시작할 수 있으며 쉽게 전개할 수 있어 애플리케이션에 적합합니다.그것들은 또한 백팩이나 [2]겉옷에 꿰맬 수 있다.

스킨라이크 회로

2021년 12월, 도쿄의 게이오 대학과 스탠포드 대학의 엔지니어가 신축성이 있는 피부와 같은 반도체 회로를 개발했다고 발표했다.미래에는 이러한 웨어러블 전자제품이 의사에게 무선으로 [3]건강 데이터를 전송하는 데 사용될 수 있습니다.

역사

20세기 초에 발표된 특허는 초기 연구자들이 절연 재료 층 사이에 끼워진 평탄한 도체를 만들어 초기 전화 교환 애플리케이션에 사용할 전기 회로를 배치하는 방법을 구상하고 있었다는 것을 보여줍니다.플렉스 회로라고 불릴 수 있는 것에 대한 최초의 기술 중 하나는 켄 길레오 박사에 의해 발굴되었고 1903년 알버트 한센에 의해 영국 특허에서 공개되었는데, 한센은 파라핀 코팅된 종이에 평평한 금속 전도체로 구성된 구조를 묘사했다.토마스 에디슨의 같은 시기의 연구서적들은 또한 그가 리넨 종이에 적용된 셀룰로오스 껌 패턴을 흑연 분말로 코팅하여 분명히 유연 회로를 만들 생각을 하고 있었다는 것을 보여준다, 비록 그것이 실행으로 환원되었다는 증거는 없지만.

Cledo Brunetti와 로저 WCurtis[4]에 의해 1947년 출판"인쇄 회로 기법" 어떻게 됐을에 회로를 간단한 토론에서 유연한 절연 재료(예를 들어 종이)을 시사했다는 그 생각에 장소와 1950년대 SandersAssociates의 발명가(내슈아, NH)빅터 댈그런:미국과 회사의 창립자인 Royden 샌더스 made와이어 하니스를 대체하기 위해 유연한 기재에 플랫 컨덕터를 인쇄 및 식각하기 위한 상당한 개발 및 특허 프로세스.뉴욕에 있는 Photocircuits Corporation이 1950년에 게재한 광고도 플렉시블 회로에 대한 그들의 적극적인 관심을 보여주었다.

오늘날 플렉시블 프린트 배선, 플렉시블 프린트, 플렉시블 회로로 세계적으로 다양하게 알려진 플렉시블 회로는 많은 제품에서 사용되고 있습니다.높은 신용은 플렉시블 회로 기술을 채용하기 위한 수많은 새로운 방법을 찾아낸 일본 전자 패키징 엔지니어들의 노력 덕분이다.지난 10년간 플렉시블 회로는 모든 상호접속 제품 시장 부문에서 가장 빠르게 성장하고 있는 분야 중 하나로 남아 있습니다.플렉시블 회로 기술에 대한 보다 최근의 변형은 "플렉시블 전자 장치"라고 불리는 것으로, 일반적으로 프로세싱에서 능동 및 수동 기능의 통합이 포함됩니다.

유연한 회로 구조

플렉시블 회로에는 몇 가지 기본적인 구조가 있지만, 그 구조 면에서 다양한 유형 간에 상당한 차이가 있습니다.다음은 가장 일반적인 유형의 플렉시블 회로 구조에 대한 검토입니다.

단측 플렉스 회로

단측 플렉시블 회로는 플렉시블 유전체 필름 위에 금속 또는 도전성(금속 충전) 폴리머로 이루어진 단일 도체층을 가지고 있습니다.컴포넌트 종단 기능은 한쪽에서만 접근할 수 있습니다.일반적으로 납땜을 통해 구성 요소 리드가 상호 연결을 위해 통과할 수 있도록 베이스 필름에 구멍이 형성될 수 있습니다.단면 플렉스 회로는 커버층 또는 커버코트와 같은 보호코팅 유무에 관계없이 제작할 수 있지만 회로에 보호코팅을 사용하는 것이 가장 일반적인 관행이다.스패터 도막 위에 표면 실장 장치를 개발함으로써 LED 유리뿐만 아니라 유연한 자동차 조명 복합 재료에도 사용되는 투명 LED 필름을 제작할 수 있게 되었습니다.

더블 액세스 또는 백 베어드 플렉스 회로

백 베어드 플렉스라고도 불리는 더블 액세스 플렉스는 단일 도체층을 가지지만 양쪽에서 도체 패턴의 선택된 특징에 접근할 수 있도록 처리되는 플렉시블 회로입니다.이런 유형의 회로에는 몇 가지 이점이 있지만 기능에 액세스하기 위한 특수한 처리 요건에 따라 사용이 제한됩니다.

조각된 플렉스 회로

조각된 플렉시블 회로는 일반적인 플렉시블 회로 구조의 새로운 서브셋입니다.제조 공정에는 특수 플렉스 회로 다단계 식각 방법이 있으며, 이 방법은 마감된 구리 도체를 가진 플렉시블 회로를 생성합니다. 이 경우 도체의 두께는 길이에 따라 다양한 위치에서 차이가 있습니다(즉, 도체는 유연한 영역에서 얇고 상호 연결 지점에서 두꺼움).

양면 플렉스 회로

양면 플렉스 회로는 2개의 도체층을 가진 플렉스 회로이다.이러한 플렉스 회로는 도금된 스루홀의 유무에 관계없이 제작할 수 있지만 도금된 스루홀의 변동은 훨씬 일반적입니다.도금된 관통 구멍 없이 시공하고 연결 기능을 한쪽에서만 접근할 경우, 회로는 군사 사양에 따라 "타입 V(5)"로 정의됩니다.그것은 일반적인 관행은 아니지만 선택 사항이다.도금된 관통 구멍으로 인해 회로 양쪽에 전자 부품용 종단부가 제공되므로 부품을 양쪽에 배치할 수 있습니다.양면 플렉스 회로는 설계 요건에 따라 완성된 회로의 한쪽 또는 양쪽 모두에 보호 커버레이어를 사용하여 제작할 수 있지만, 가장 일반적으로 양쪽에 보호 레이어를 사용하여 제작됩니다.이 기판의 주요 장점 중 하나는 크로스오버 접속이 매우 용이하다는 것입니다.많은 단측회로는 1개 또는 2개의 크로스 접속이 있기 때문에 양면기판 위에 구축되어 있습니다.예를 들어 마우스 패드를 노트북의 메인보드에 연결하는 회로가 있습니다.이 회로상의 모든 접속은 기판의 두 번째 면을 사용하는 매우 작은 크로스오버 접속을 제외하고 기판의 한쪽에만 있습니다.

다층 플렉스 회로

3층 이상의 도체를 가진 플렉스 회로를 다층 플렉스 회로라고 한다.일반적으로 레이어는 도금된 스루홀에 의해 상호 접속되지만, 이는 낮은 회로 레벨의 기능에 액세스하기 위한 개구부를 제공할 수 있기 때문에 정의의 요건은 아닙니다.다층 플렉스 회로의 층은 도금된 관통 구멍이 차지하는 영역을 제외하고 구조 전반에 걸쳐 연속적으로 함께 적층되거나 적층되지 않을 수 있습니다.최대 유연성이 요구되는 경우 불연속 적층 관행이 일반적이다.이는 굽힘 또는 굽힘이 발생하는 영역을 접합되지 않은 상태로 유지함으로써 실현됩니다.

강성 플렉스 회로

리지드 플렉스 회로는 리지드 기판과 플렉시블 기판으로 구성된 하이브리드 구조 플렉스 회로입니다.강성 플렉스 회로는 강성 플렉스 구조와 혼동해서는 안 됩니다. 강성 플렉스 회로는 전자 부품의 무게를 국소적으로 지지하기 위해 보강재가 부착된 플렉스 회로입니다.강성 또는 강화 플렉스 회로는 하나 이상의 도체층을 가질 수 있다.따라서 두 용어는 비슷하게 들릴 수 있지만 상당히 다른 제품을 나타냅니다.

강성 플렉스의 층은 일반적으로 도금된 관통 구멍을 통해 전기적으로 상호 연결됩니다.수년간 강성 플렉스 회로는 군사 제품 디자이너들 사이에서 큰 인기를 누려 왔지만, 이 기술은 상업용 제품에서 더 많이 사용되고 있습니다.이러한 어려움 때문에 종종 저볼륨 애플리케이션의 전문 제품으로 여겨지지만, 1990년대에 Compaq 컴퓨터가 노트북 컴퓨터용 보드를 제작할 때 이 기술을 사용하기 위한 인상적인 노력이 이루어졌습니다.컴퓨터의 주요 리지드 플렉스 PCBA는 사용 중에 휘지 않았지만, Compaq의 후속 설계에서는 힌지 디스플레이 케이블에 리지드 플렉스 회로를 사용하여 테스트 중에 수만 개의 굴곡을 통과했습니다.2013년까지 소비자 노트북 컴퓨터에 강성 플렉스 회로를 사용하는 것이 일반적입니다.

강성 플렉시블 보드는 일반적으로 다층 구조이지만, 2개의 금속 층 구조가 사용되는 [5]경우도 있습니다.

고분자 후막 플렉스 회로

PTF(Polymer Thick Film) 플렉스 회로는 실제로 도체가 폴리머 베이스 필름에 인쇄된다는 점에서 진정한 인쇄 회로입니다.일반적으로 단일 도체 층 구조이지만, 인쇄 도체 층 사이에 또는 양면에 절연 층을 인쇄하여 두 개 이상의 금속 층을 순차적으로 인쇄할 수 있습니다.PTF 회로는 도체 전도율이 낮아 모든 용도에 적합하지는 않지만 약간 높은 전압에서 광범위한 저전력 애플리케이션에서 성공적으로 작동했습니다.키보드는 일반적인 어플리케이션이지만 플렉시블 회로 제조에 대한 이 비용 효율이 높은 접근방식에는 다양한 어플리케이션이 있습니다.

플렉시블 회로 재료

플렉스 회로 구조의 각 요소는 제품 수명 동안 지속적으로 요구 사항을 충족할 수 있어야 합니다.또한 재료는 제조의 용이성과 신뢰성을 보장하기 위해 유연한 회로 구조의 다른 요소들과 함께 안정적으로 작동해야 합니다.다음은 플렉스 회로 구조의 기본 요소와 그 기능에 대한 간략한 설명입니다.

모재

기본 재료는 라미네이트의 기초를 제공하는 플렉시블 폴리머 필름입니다.통상적인 상황에서는 플렉시블 회로 기재는 플렉시블 회로의 가장 기본적인 물리적 및 전기적 특성을 제공합니다.무접착 회로 구성의 경우 기재는 모든 특성을 제공한다.폭넓은 두께가 가능하지만 대부분의 플렉시블 필름은 12µm~125µm의 비교적 얇은 치수로 제공되지만 얇고 두꺼운 재료도 가능합니다.얇은 재료는 물론 유연성이 더 높으며 대부분의 재료는 두께의 입방체에 비례합니다.예를 들어, 두께가 두 배로 증가하면 재료는 8배 더 단단해지고 동일한 하중에서 1/8만 휘어지는 것을 의미합니다.베이스 필름으로 사용되는 재료는 폴리에스테르(PET), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에테르이미드(PEI), 다양한 플루오로폴리머(FEP) 및 공중합체 등 여러 가지가 있습니다.폴리이미드 필름은 전기적, 기계적, 화학적, 열적 특성이 혼합되어 있기 때문에 가장 널리 사용됩니다.

접착제

적층체를 만들기 위한 접착매체로 접착제를 사용한다.내온성에 관한 한 접착제는 일반적으로 라미네이트의 성능 제한 요소이며, 특히 폴리이미드가 기재인 경우에는 더욱 그렇습니다.폴리이미드 접착제와 관련된 초기 어려움 때문에 많은 폴리이미드 플렉스 회로는 현재 서로 다른 폴리머 계열의 접착 시스템을 사용합니다.그러나 일부 새로운 열가소성 폴리이미드 접착제는 중요한 진입로를 만들고 있습니다.베이스 필름과 마찬가지로 접착제는 두께가 다릅니다.두께 선택은 일반적으로 응용 프로그램의 기능입니다.예를 들어 서로 다른 동박 두께의 충전 요구를 충족시키기 위해 커버층 작성 시 일반적으로 서로 다른 접착 두께가 사용됩니다.

금속박

금속박은 가요성 적층체의 도전성 소자로 가장 일반적으로 사용된다.금속박은 일반적으로 회로 경로가 식각되는 재료입니다.다양한 두께의 금속 박을 선택할 수 있으며 플렉시블 회로를 만들 수 있지만, 구리 박은 모든 플렉시블 회로 용도의 대부분을 담당합니다.구리 제품은 비용 및 물리적/전기적 성능 속성의 균형이 뛰어나 최적의 선택입니다.사실 동박에는 여러 가지 종류가 있습니다.IPC는 인쇄회로용으로 8종류의 동박을 판별하고 있습니다.전착과 단련의 2가지 범주로 나뉩니다.각종에는 4종류의 서브타입이 있습니다).그 결과, 플렉스 회로 어플리케이션에서는 다양한 최종 제품의 다양한 목적에 대응할 수 있는 다양한 종류의 동박을 사용할 수 있습니다.대부분의 동박에서는 일반적으로 박의 한쪽 면에 얇은 표면처리를 하여 모막과의 밀착성을 향상시킵니다.구리박은 기본적으로 단조(압연)와 전착(전착)의 두 가지 유형으로 특성이 상당히 다릅니다.압연 및 아닐 포일이 가장 일반적인 선택이지만, 전기 도금된 얇은 필름은 점점 더 인기를 끌고 있습니다.

특정 비표준적인 경우에는 회로제조업자에게 특정 대체금속박(예를 들어 특수동합금 또는 구조상의 다른 금속박)을 사용하여 특수적층체를 작성하도록 요구할 수 있다.이는 베이스 [citation needed]필름의 성질과 특성에 따라 접착제를 사용하거나 사용하지 않고 포일을 베이스 필름에 적층함으로써 이루어집니다.

유연한 회로 업계 표준 및 사양

사양은 제품의 외관과 성능을 이해하는 공통 기반을 제공하기 위해 개발되었습니다.표준은 Association Connecting Electronics Industries(IPC)와 같은 제조업체 협회와 플렉시블 회로 사용자가 직접 개발합니다.

과학 출판물

플렉시블 일렉트로닉스 관련 IEEE 저널(J-FLEX)[6]

과학 회의

IEEE 국제 플렉시블 일렉트로닉스 테크놀로지 컨퍼런스(IFETC)[7]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ D. 샤빗:투명 전도성 폴리에스테르 필름에 대한 LED 및 SMD 전자제품 개발, Vacuum International, 2007년 1/1, S.35 ff
  2. ^ 예를 들어, Wayback Machine 및 이와 유사한 솔라 백팩에서 Scottevest 솔라 재킷과 Voltaic [1] 아카이브된 2014-01-15를 참조하십시오.
  3. ^ Fox, Dan (2021-12-14). "Stretchy electronics go wireless for flexible wearables". Nature. Retrieved 2021-12-18.
  4. ^ Cledo Brunetti와 Roger w의 "Printed Circuit Technics"입니다.커티스(전국표준국고문 468호, 1947년 11월 15일 최초 발행)
  5. ^ "Rigid Flex Circuits, Flexible Circuits, Flex Circuit Boards, PCB Flex GC Aero Flexible Circuitry, Inc". gcaflex.com. Retrieved 2018-02-27.
  6. ^ 플렉시블 일렉트로닉스 관련 IEEE 저널(J-FLEX)
  7. ^ 2021 IEEE 국제 플렉시블 일렉트로닉스 테크놀로지 컨퍼런스(IFETC) [2]

추가 정보

외부 링크

Wikimedia Commons에는 플렉시블 일렉트로닉스 관련 미디어가 있습니다.