연성 인쇄 회로(FPC) 기판 및 제조 기술의 기본

플렉시블 기판(FPC)이란?

모든 사람이 매일 사용하는 디지털 장치의 중요한 구성 요소 중 하나는 플렉시블 인쇄 배선 보드라고도 하는 FPC(Flexible Printed Circuit) 보드입니다. FPC 보드는 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북, 웨어러블 기기, 프린터, 디지털 카메라, 의료 기기 및 자동차의 전기 회로에 자주 사용됩니다. 기존 전화기가 스마트폰으로 진화하면서 휴대폰 시장이 급속히 확대됨에 따라 FPC 시장도 크게 성장했습니다. FPC 보드의 특성으로 인해 더 작고 얇은 스마트폰, 태블릿 PC 및 기타 전자 장치를 제조할 수 있습니다.

이 글에서는 이러한 FPC 기판의 기본 원리와 제조 기술을 설명합니다. 또한, 이러한 FPC 기판 제조에 사용되는 덱세리얼즈의 소재를 중점적으로 다룹니다.

종래, 전자회로기판에 자주 사용되고 있는 단단히 구부러지지 않는 「리지드 기판」이라고 불리는 기판과는 달리, FPC는 폴리이미드 등의 얇은 플라스틱 필름 위에 회로를 형성하는 것으로, 얇고, 가볍고, 구부릴 수 있다는 특징을 가진 프린트 기판입니다.

인쇄 회로 기판은 부품에 전원을 공급하고 부품 간에 전기 신호를 전달하는 전도성 패턴을 가진 배선 기판 또는 IC 칩 및 기타 부품이 장착된 전기 기능을 가진 배선 기판인 회로 기판 중 하나를 지칭할 수 있습니다. 또한 특정 기능을 제공하기 위해 전기적으로 상호 연결된 회로 기판의 집합을 모듈이라고 합니다. 대표적인 예로는 카메라 및 디스플레이 모듈이 있습니다. 현재 FPC 보드는 이러한 회로 기판과 모듈의 핵심 부품입니다.

소형화·박형화·경량화에 공헌

현재 FPC 보드는 가볍고 얇은 특성으로 인해 많은 스마트폰 모듈에 채택되고 있습니다. 예를 들어 디스플레이, 터치 패널, 카메라, 라이다, 배터리 및 안테나 모듈에 사용됩니다. FPC 보드를 통합한 10개 이상의 모듈이 장착된 스마트폰 모델을 보는 것은 일반적입니다.

또한 자동차 분야에서도 전장화의 진전에 맞추어 FPC의 채용이 진행되고 있어 향후 더욱 늘어날 것으로 예측되고 있습니다. 현재, 주로 사용되고 있는 부분으로서는, 카 내비게이션 시스템, 헤드 라이트, 스위치, 타이어 공압 센서 등이 있습니다.

FPC를 사용하는 큰 장점 중 하나가 배선판(배선재)으로서의 기능에 있습니다. 배선이나 접속 작업을 대폭 간략화·간소화할 수 있으므로, 배선의 검사나 수리에 걸리는 시간이 단축됩니다. 또한 FPC는 두께가 수십 ~ 수백 μm로 얇기 때문에 최종 제품의 다운 사이징에도 크게 기여할 수 있습니다. 최종 제품의 케이스 내에서의 공간의 유효 활용, 체적당의 경량화에도 연결되어 있습니다.

FPC 구성 재료

여기에서는, 편면 FPC와 양면 FPC에 대해서와 그 소재, 제조 공정에 대해 해설합니다. 단면 FPC는 폴리이미드 필름의 한면에 구리 배선 패턴을 가진 표준 FPC입니다. 얇고, 유연성이 높고, 공간 활용에 이점이 있기 때문에 배선 기판으로서 이용되는 경우가 많아, 시스템 전체의 경량화에 공헌할 수 있습니다. 또한 FPC 자체에 직접 부품을 실장해, 회로 기판으로서 이용할 수도 있습니다.

양면 FPC는 폴리이미드 필름의 양면에 구리 배선 패턴을 가진 FPC입니다. 단면 FPC에 비해 더 복잡한 회로를 가능하게 합니다. 또한 FPC의 양면에 부품을 실장할 수 있기 때문에 추가 공간 절약화를 실현할 수 있습니다.

위의 그림은 FPC의 기본 구조를 보여줍니다. 기재(베이스 필름)라고 하는 폴리이미드 필름 위에 구리로 만들어진 도전 패턴이 있어, 그 패턴을 피복하도록 솔더 레지스트나 커버레이라고 불리는 절연층이 설치되어 있습니다. 또, 부품 탑재나 다른 회로 기판과의 접속부 등은 도전 패턴이 노출되어 있어, 부식을 방지하기 위해서 표면 처리가 실시되고 있습니다. 얇음과 유연성이 특징인 FPC입니다만, 부품을 탑재하는 부분 등 기능상 경도나 두께가 필요한 부분에는, 스테인리스나 폴리이미드 등으로 만들어진 보강판이라고 하는 판상의 재료가 본딩 시트로 고정되어 있습니다.

FPC 제조 공정

위 그림은 단면 FPC의 제조 공정을 보여줍니다. 대략적으로 ①회로 형성 ②절연층 형성 ③표면 처리(도금 가공) ④외형 가공의 순서로 프로세스가 진행됩니다.

①회로 형성

회로 형성에도 다양한 방법이 있습니다만, 여기에서는 일반적인 포토리소그래피를 사용한 회로 형성에 대해 설명합니다.
[레지스트 형성]
동장 적층판(CCL)의 동박 표면에 감광성 레지스트층을 형성합니다. 리지드 기판이나 FPC의 경우는, 드라이 필름이라고 불리는 필름상 레지스트(네거티브형)를 접합합니다.
[노광]
회로가 그려진 노광 마스크를 통해 자외선을 조사합니다. 네거티브형 레지스트재의 경우에는, 자외선의 조사 부분의 화학 구조가 변화해, 현상액에 대한 용해도가 매우 작아집니다.
[현상]
레지스트층을 현상액으로 용해시켜 제거합니다. 이 때, 최종적으로 회로 패턴이 되는 부분의 레지스트는 용해도가 작기 때문에 거의 녹지 않고 남습니다.
[에칭]
레지스트로 덮여 있지 않은 부분의 구리를 화학적으로 녹여 회로가 되는 구리만을 남깁니다.
회로상의 레지스트는 가성 소다와 같은 용액을 사용하여 화학적으로 제거되어 회로 형성이 완료됩니다.

②절연층 형성

사전에 형상으로 가공을 한 커버레이를 제자리에 배치하여 열압착을 실시하여 CCL과 일체화합니다. 또한 소형 칩 콘덴서나 IC 등의 작은 부품의 탑재가 필요한 경우에는 솔더 레지스트라고 하는 액상 레지스트를 사용하여 절연층을 형성할 수도 있습니다.

③표면처리

구리는 녹 (부식) 쉽고, 그대로 두면 납땜 등의 부품 탑재가 어려워지기 때문에 방청 처리로서 표면 처리를 실시합니다. 많은 경우는 도금 처리로, 대표적인 도금종은 「금」이나 「니켈/금」이 됩니다.

④외형 가공

외형 형성 단계에서 FPC는 개별 기판으로 분할됩니다. 이 단계에서 보강재는 열경화성 본딩 시트를 사용하여 단단히 접합됩니다. 보강재 접합 후, FPC를 개별 기판으로 절단하여 최종 제품을 생산합니다.

이상, 대략적인 FPC의 제조 프로세스를 설명했습니다만, 실제로는 이러한 프로세스 중에서 적절히 검사 공정이 있어, 형상이나 사양에 맞추어 프로세스가 추가되거나, 순서가 바뀌거나 하는 일이 있습니다.

FPC 제조에 기여하는 덱세리얼즈 본딩 시트

덱세리얼즈는 현재 FPC용 '본딩 시트'의 개발, 제조, 판매를 진행하고 있습니다. 점착테이프 시트는 FPC의 단자와 카메라 모듈 바닥에 스테인리스강(SUS), 폴리이미드(PI), 알루미늄(AI) 등의 보강판을 부착하는 데 사용되는 열경화성 접착 필름으로, 내열성, 접착성이 우수합니다. (점착 테이프 제품에 대한 자세한 내용은 "점착 테이프의 특성 및 용도 - TECH TIMES | 제조 엔지니어를 위한 기술 정보 미디어(dexerials.jp) 현재 Dexerials는 FPC 기판용 본딩 시트의 개발, 제조 및 판매를 진행하고 있습니다. 열경화성 필름의 일종인 점착테이프 시트는 스테인리스(SUS), 폴리이미드(PI), 알루미늄(Al) 등 다양한 재질의 보강재를 FPC 보드의 커넥터 영역과 카메라 모듈 바닥에 접착하는 데 사용됩니다. 이 시트는 우수한 내열성 및 접착 특성을 가지고 있습니다. 본딩 시트의 주요 특징은 실온에서 장기간 보존할 수 있다는 것입니다. 일반 열경화성 필름은 일반적으로 냉장이 필요합니다. 이 필름을 사용하려면 냉장고에서 꺼낸 다음 지정된 기간 동안 실온에서 휴지해야 합니다. 다시 보관하려면 냉장고에 반납해야 합니다. 회로 기판 제조에서는 성능을 유지하기 위해 재료를 냉장 또는 동결하여 보관하는 것이 일반적입니다. 즉, 제조 일정에 따라 사전에 재료를 제거하고 반환하는 데 많은 시간과 노력이 필요합니다. 당사의 본딩 시트는 실온에서 보존할 수 있어 지속적이고 빠른 가용성을 보장하고 에너지를 절약할 수 있기 때문에 상당한 이점을 제공합니다.

현대의 통신 장치, 특히 스마트폰은 고속 및 광대역 통신에 대한 요구를 충족하기 위해 고주파 전송용으로 설계된 회로 기판을 통합할 것으로 예상됩니다. 이 정교한 스마트폰에 사용되는 저유전 본딩시트 보드를 구성하는 재료도 고주파 전송을 지원해야 합니다. 이러한 요구에 부응하기 위해 덱세리얼즈는 고속 전송용 다층 저유전 본딩시트 기판의 층간 접합을 위한 저유전 접합 시트를 개발하여 양산을 시작했습니다.

이방성 도전막 (ACF)는 또한 FPC 보드, 디스플레이 및 카메라 모듈, IC 칩에 없어서는 안 될 재료로서 고속 전송을 가능하게 합니다. ACF를 사용하면 금속 와이어(와이어 본딩), 솔더 볼 및 기계적 커넥터와 관련된 기존 방법과 비교할 때 더 얇은 FPC 보드를 사용할 수 있습니다. 또한 연결 지점에서 전송 손실을 크게 줄일 수 있습니다.

다양한 일렉트로닉스 디바이스에 있어서, 앞으로도 점점 채용이 진행되고 있는 FPC에, 덱세리얼즈의 재료는 다양한 형태로 공헌해 나갈 것입니다. FPC에 관한 의문, 관련 재료에 대한 자세한 내용은 저희에게 연락하십시오.