플렉시블(flexible) 전자회로의 구조와 응용

목차

1. FPCB란 무엇인가

2. FPCB의 기본 구조 및 주요 재료

3. FPCB의 주요 특징 및 기술적 장점

4. FPCB의 주요 응용 분야

5. Rigid-Flex PCB 유연성과 강성을 동시에

6. FPCB 제조 공정의 개요

7. 기술 동향 및 미래 전망

 

플렉시블 전자회로(FPCB)의 구조와 응용, 유연성과 집적성을 갖춘 차세대 회로 기술, 전자기기의 소형화, 경량화, 다기능화 요구가 급속도로 확대됨에 따라, 전통적인 경성 회로기판(Rigid PCB)으로는 물리적 한계에 도달하고 있다. 이에 대응해 등장한 것이 바로 플렉시블 전자회로(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)이다.

 

플렉시블(flexible)

 

FPCB는 구부릴 수 있고, 얇고 가벼우며, 다양한 형상에 적응할 수 있어 차세대 전자제품 설계의 핵심 부품으로 각광받고 있다.

본문에서는 FPCB의 구조, 사용 재료, 제작 기술, 장점, 응용 분야 및 미래 가능성에 대해 전문적으로 설명한다.

1. FPCB란 무엇인가?

FPCB는 일반 PCB와 달리 유연한 절연 기판 위에 도체 패턴을 형성하여 회로를 구성한 전자회로판이다.

기본적으로 전기적 연결과 기계적 지지를 제공한다는 점에서 일반 PCB와 동일하지만, 휘거나 접히는 환경에서도 동작이 가능하다는 점에서 차별화된다.

이러한 특성 덕분에 웨어러블 기기, 스마트폰, 의료기기, 자동차 내부 등 공간 제약이 크고 복잡한 형태가 요구되는 곳에 필수적으로 사용된다.

 

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2. FPCB의 기본 구조 및 주요 재료

FPCB는 크게 다음과 같은 구조로 구성된다:

1. 기판(절연층)

• 폴리이미드(PI) 또는 폴리에스터(PET) 필름을 주로 사용
• 우수한 유연성과 내열성을 지니며, 얇은 두께(0.05~0.2mm)로 가공 가능
• 전기 절연 특성이 높고 내화학성 우수

2. 도체층(회로 패턴)

• 구리(Cu) 포일이 주로 사용되며, 화학적 또는 기계적 에칭 공정을 통해 패턴이 형성됨
• 단면 또는 다층 구조로 구현 가능

3. 접착층(Adhesive)

• 기판과 도체층, 또는 도체층과 커버레이를 접착하는 역할
• 고온 환경에 적합한 아크릴, 에폭시 수지 등을 사용

4. 커버레이(Coverlay)

• 외부로부터 회로를 보호하고, 전기적 절연을 유지
• 접히는 부분이나 굽힘이 잦은 영역에서 회로의 내구성을 유지하는 데 필수

5. 보강판(Stiffener, 선택사항)

• 특정 부위에 물리적 강성을 부여하여 부품 실장이나 커넥터 삽입이 용이하도록 함
• 보강재로는 PI, FR4, SUS, 알루미늄 등이 사용됨

 

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3. FPCB의 주요 특징 및 기술적 장점

1. 유연성(Flexibility)

가장 큰 장점은 휘거나 접을 수 있는 구조로, 곡면이나 이동하는 기구에도 자연스럽게 적용 가능하다. 반복적인 굽힘에도 기능을 유지하며, 복잡한 3D 설계에 유리하다.

2. 경량화 및 공간 효율

FPCB는 일반 PCB에 비해 두께와 무게가 훨씬 가볍고 얇다. 이를 통해 기기 내 공간 활용도를 극대화하고, 휴대성과 착용성을 높일 수 있다.

3. 고신뢰성 및 내구성

진동, 충격, 열 변화에 대한 내성이 높고, 접촉부가 줄어들어 접속 불량 위험도 낮다. 또한 회로 간섭을 줄이고 전자파 차단 효과도 우수하다.

4. 부품 집적 및 조립 단순화

여러 개의 기판을 하나로 통합하거나, 배선 작업 없이 모듈 간 연결이 가능해 조립 공정이 간편해지고 신뢰성도 향상된다.

5. 설계 유연성

단면(1L)부터 다층(Multi-layer), Rigid-Flex 구조까지 다양하게 구현할 수 있어 맞춤형 설계가 가능하다.

 

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4. FPCB의 주요 응용 분야

1. 스마트폰 및 모바일 기기

• 디스플레이와 메인보드 연결
• 카메라 모듈, 안테나, 터치센서 배선
• 배터리 관리 시스템(BMS) 회로 등
• 플립폰 및 폴더블폰에서는 접히는 구조 구현의 핵심

2. 웨어러블 디바이스

• 스마트워치, 건강 추적기 등에서 몸에 밀착되는 설계 필요
• 곡면 또는 움직이는 인체 구조에 유연하게 적용
• 피부 접촉 센서, 바이오신호 측정 회로 내장

3. 의료기기

• 내시경, 심박 측정 센서, 이식형 기기 등
• 체내나 체외에서 반복적으로 구부려지는 환경에 적합
• 비침습 센서와 초소형 장치에 핵심 기술

4. 자동차 전장 시스템

• 센서, 계기판, LED 조명 등 다양한 위치에 설치 가능
• 차체의 굴곡을 따라 자연스럽게 설치
• 최근 전기차에서는 배터리 관리 시스템과 통신 회로로 FPCB 사용 증가

5. 디스플레이 패널

• OLED, LCD 모듈의 TSP(Touch Screen Panel) 배선
• 고해상도 디스플레이의 고집적 배선용
• 초슬림 디바이스 설계에 필수 구성 요소

 

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5. Rigid-Flex PCB: 유연성과 강성을 동시에

Rigid-Flex PCB는 Rigid(딱딱한 부분)와 Flex(유연한 부분)를 결합한 하이브리드 PCB다. 주로 복잡한 기구 구조나 고신뢰성이 요구되는 항공우주, 의료, 군수 시스템에서 사용된다.

• 신뢰성과 공간 활용 극대화
• 모듈 간 커넥터 제거 가능 → 고장률 감소
• 다층 배선 및 3차원 조립 구조 가능

6. FPCB 제조 공정의 개요

1. 기판 준비: 폴리이미드 + 구리 박막 라미네이션
2. 회로 패턴 형성: 포토리소그래피와 에칭 공정으로 도체 형상 구현
3. 드릴링 및 도금: 비아 홀 및 플레이트 스루 홀 가공
4. 커버레이 부착: 절연 및 보호층 라미네이션
5. 보강판 삽입: 기계적 지지 필요 부위에 보강재 부착
6. 검사 및 테스트: 전기적 연속성, 치수 정확도, 내구성 시험

7. 기술 동향 및 미래 전망

1. 초박형·초소형 FPCB

• 두께 20μm 이하 구현
• 마이크로LED, 초소형 센서 등에 적용 가능

2. 연신형(Stretchable) FPCB

• 일시적 혹은 지속적으로 늘어나도 기능 유지
• 생체 센서, 전자 피부, 스마트 패브릭 등에 활용 기대

3. 다층 고집적 설계

• 4층 이상 다층화 FPCB 수요 증가
• 5G, AI 연산 모듈 등에서 요구

4. 환경친화적 공정

• 무연, 친환경 에칭 및 폐기물 처리 기술
• 지속 가능한 전자부품 제조를 위한 기술 표준화 추진

 

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결론

유연성이 전자 설계를 지배한다, FPCB는 단순히 ‘휘는 회로판’에 머무르지 않는다. 이는 전자기기의 설계 유연성, 사용자의 착용 편의성, 제조 공정의 단순화, 전기적 신뢰성 확보를 동시에 만족시키는 고기능성 고집적 회로 솔루션이다.

특히 웨어러블, 헬스케어, 전기차, 차세대 디스플레이 시장이 급성장함에 따라, FPCB의 역할은 전자기기 전체 아키텍처를 결정짓는 수준으로 진화하고 있다.

향후에는 연신형 회로나 투명 회로, 유기소재 기반 FPCB 등 기능성과 소재의 융합이 더 정교해질 것이며, 플렉시블 전자기술은 인간과 기술을 더욱 자연스럽게 연결하는 인터페이스로서 핵심적인 역할을 계속할 것이다.