1. FPC 소재 절단
특정 재료를 제외하고, 플렉서블 인쇄 회로 기판 (FPC ) 에 사용되는 대부분의 재료는 롤 형태로 제공됩니다. 모든 공정에 롤 기반 기술이 필요한 것은 아니므로, 양면 플렉서블 PCB의 금속 도금 홀 드릴링과 같은 일부 공정은 시트 형태의 재료를 사용해야 합니다. 양면 플렉서블 PCB 제작의 첫 번째 단계는 재료를 시트로 절단하는 것입니다.
연성 구리박막 적층판은 기계적 응력에 대한 내성이 매우 낮아 쉽게 손상될 수 있습니다. 절단 공정 중 발생하는 손상은 후속 공정의 수율에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 절단은 간단해 보일 수 있지만, 재료의 품질을 보장하기 위해 세심한 주의를 기울여야 합니다. 소량 생산 시에는 수동 절단기나 회전식 절단기를 사용할 수 있으며, 대량 생산 시에는 자동 절단기를 사용하는 것이 좋습니다.
단면 또는 양면 동박 라미네이트나 커버 필름 등 어떤 재료든 ±0.33mm의 절단 정밀도를 구현할 수 있습니다. 절단 공정은 매우 안정적이며, 절단된 재료는 자동으로 깔끔하게 적재되어 출력 시 수동 작업이 필요 없습니다. 이 공정은 재료 손상을 최소화하고 주름이나 긁힘이 거의 발생하지 않도록 합니다. 또한, 첨단 장비는 광학 센서를 사용하여 롤 형태로 에칭된 FPC를 에칭 정렬 패턴을 감지하여 자동으로 절단할 수 있으며, 0.3mm의 절단 정밀도를 달성합니다. 단, 절단면은 후속 공정의 정렬에 사용해서는 안 됩니다.
2. FPC 홀 드릴링
경질 인쇄회로기판(PCB)과 마찬가지로, 연질 PCB 의 스루홀도 CNC 드릴링을 이용하여 가공할 수 있습니다. 그러나 CNC 드릴링은 금속 도금 스루홀이 있는 롤 기반 양면 회로에는 적합하지 않습니다. 회로 설계가 더욱 고밀화되고 스루홀 직경이 작아짐에 따라, CNC 드릴링의 한계로 인해 플라즈마 에칭, 레이저 드릴링, 마이크로 펀칭, 화학 에칭과 같은 다른 홀 드릴링 기술들이 도입되고 있습니다. 이러한 새로운 기술들은 롤 기반 공정의 요구 사항에 더욱 적합합니다.
CNC 드릴링
양면 플렉시블 PCB의 스루홀은 대부분 CNC 기계를 사용하여 드릴링됩니다 . 이러한 CNC 기계는 기본적으로 경질 PCB에 사용되는 것과 동일하지만, 몇 가지 조건이 다릅니다. 플렉시블 PCB는 얇기 때문에 여러 장을 겹쳐서 드릴링할 수 있습니다. 조건이 좋으면 10~15장의 PCB를 동시에 드릴링할 수 있습니다. 백킹 및 커버 시트로는 페놀 수지 기반 라미네이트 또는 유리 섬유 에폭시 라미네이트를 사용할 수 있으며, 두께 0.2~0.4mm의 알루미늄 판도 사용할 수 있습니다. 플렉시블 PCB용 드릴 비트는 시중에서 구할 수 있으며, 경질 PCB 드릴링에 사용되는 비트를 플렉시블 PCB에도 사용할 수 있습니다.
커버 필름 드릴링, 밀링, 보강판 성형 조건은 일반적으로 유사합니다. 그러나 플렉서블 PCB 재료에 사용되는 접착제는 무른 성질 때문에 드릴 비트에 쉽게 달라붙을 수 있으므로 드릴 비트 상태를 자주 점검하고 회전 속도를 적절히 높여야 합니다. 특히 다층 플렉서블 PCB 또는 리지드-플렉서블 PCB를 드릴링할 때는 각별한 주의가 필요합니다.
펀칭
마이크로 펀칭은 새로운 기술이 아니며 대량 생산에 사용되어 왔습니다. 롤 기반 공정은 연속 생산이기 때문에 롤 형태로 관통 구멍을 펀칭하는 경우가 많습니다. 그러나 대량 펀칭은 구멍 직경이 0.6~0.8mm로 제한되며, CNC 드릴링에 비해 펀칭 시간이 더 오래 걸리고 수동 작업이 필요합니다. 초기 공정은 치수가 큰 경우가 많아 펀칭 다이가 그만큼 더 크고 비용도 더 많이 듭니다. 대량 생산은 비용을 절감할 수 있지만, 장비 감가상각이 상당하며, 소량 생산의 경우 CNC 드릴링이 더 높은 유연성과 비용 효율성을 제공합니다.
그러나 최근 몇 년 동안 펀칭 다이 정밀도와 CNC 드릴링 모두에서 상당한 발전이 이루어졌습니다. 이제 연성 PCB에 대한 펀칭 가공이 더욱 실현 가능해졌습니다. 최신 다이 기술은 기판 두께 75µm의 무접착 구리박막 적층판에 25µm 크기의 작은 구멍을 가공할 수 있습니다. 적절한 조건에서는 50µm 크기의 작은 구멍도 펀칭할 수 있습니다. 펀칭 기계 또한 자동화되었고, 더 작은 다이도 사용 가능해지면서 연성 PCB에 펀칭 가공이 실현 가능한 옵션이 되었습니다. 그러나 CNC 드릴링이나 펀칭은 블라인드 홀 가공에는 적합하지 않습니다.
레이저 드릴링
레이저 기술은 가장 작은 관통홀을 뚫을 수 있습니다. 플렉시블 PCB에는 엑시머 레이저, CO₂ 레이저, YAG(이트륨 알루미늄 가넷) 레이저, 아르곤 레이저 등 여러 종류의 레이저 드릴링 머신이 사용됩니다.
CO₂ 레이저는 절연층만 드릴링할 수 있는 반면, YAG 레이저는 절연층과 구리박을 모두 드릴링할 수 있습니다. 절연층 드릴링은 구리박 드릴링보다 훨씬 빠르기 때문에 모든 드릴링 공정에 단일 레이저를 사용하는 것은 비효율적입니다. 일반적으로 구리박을 먼저 에칭하여 홀 패턴을 형성한 다음, 절연층을 제거하여 관통홀을 형성합니다. 이 방법을 사용하면 레이저로 매우 작은 홀 직경을 드릴링할 수 있습니다. 그러나 상단과 하단 홀 사이의 위치 정확도가 홀 직경에 제한을 줄 수 있습니다. 블라인드 비아의 경우, 한쪽 면의 구리박만 에칭하므로 수직 정렬 문제가 발생하지 않습니다.
엑시머 레이저는 가장 미세한 구멍을 뚫을 수 있습니다. 엑시머 레이저는 자외선을 사용하여 기판 수지의 분자 구조를 직접 분해하여 열을 최소화하고 구멍 주변 영역의 손상을 최소화합니다. 그 결과 매끄럽고 수직인 구멍 벽이 형성됩니다. 레이저 빔의 크기를 더욱 줄일 수 있다면 직경 10~20µm의 구멍을 뚫을 수 있습니다. 그러나 종횡비가 증가함에 따라 습식 구리 도금은 점점 더 어려워집니다.
엑시머 레이저 드릴링의 핵심 문제는 수지 분해로 인해 홀 벽에 카본 블랙 잔류물이 생성되는데, 도금 전에 이를 제거해야 한다는 것입니다. 또한, 레이저의 균일성으로 인해 블라인드 홀 가공 시 대나무 같은 잔류물이 발생할 수 있습니다. 엑시머 레이저 드릴링의 가장 큰 과제는 느린 속도와 높은 비용이며, 이로 인해 매우 작은 홀에 대한 높은 정밀도와 신뢰성이 요구되는 분야에만 사용이 제한됩니다.
반면 CO₂ 레이저 드릴은 훨씬 빠르고 비용이 저렴하지만, 일반적으로 직경이 70~100µm로 구멍 품질이 떨어집니다. 그러나 가공 속도가 엑시머 레이저보다 훨씬 빠르기 때문에 CO₂ 레이저 드릴링은 특히 고밀도 구멍 배열의 경우 비용 효율성이 더 높습니다.
CO₂ 레이저를 사용하여 블라인드 비아를 드릴링할 때는 레이저가 구리 표면에만 도달하는 것이 중요합니다. 표면의 유기물을 제거할 필요는 없지만, 구리 표면을 깨끗하게 하기 위해 화학 에칭이나 플라즈마 에칭을 이용한 후처리가 필요할 수 있습니다.
3. 홀 금속화
플렉서블 PCB의 홀 금속화 공정은 리지드 PCB 에 사용되는 공정과 유사합니다 . 최근 기술 발전으로 화학 도금 방식 대신 탄소 기반 전도성 층을 이용한 직접 도금 방식이 도입되었습니다. 이 기술은 플렉서블 PCB 제조에도 적용되고 있습니다.
연성 PCB는 부드럽기 때문에 금속화 과정에서 기판을 고정하기 위해 특수 고정 장치가 필요합니다. 이러한 고정 장치는 PCB를 제자리에 고정할 뿐만 아니라 도금조 내에서 안정성을 보장합니다. 그렇지 않으면 구리 도금 두께가 불균일하여 에칭 과정에서 단락이나 브리징과 같은 문제가 발생할 수 있습니다. 균일한 구리 도금을 위해서는 연성 PCB를 고정 장치 내에서 단단히 고정해야 하며, 전극 위치에도 세심한 주의를 기울여야 합니다.
4. 구리 호일 표면 세척
레지스트 마스크의 접착력을 향상시키려면 레지스트를 도포하기 전에 구리 호일 표면을 깨끗이 청소해야 합니다. 간단한 과정처럼 보이지만, 연성 PCB의 경우 특별한 주의가 필요합니다.
일반적으로 세척에는 화학적 방법과 기계적 방법이 모두 사용됩니다. 정밀한 패턴의 경우 두 방법을 병행하는 경우가 많습니다. 기계적 브러싱은 까다로울 수 있습니다. 브러시가 너무 단단하면 구리 호일이 손상될 수 있지만, 너무 부드러우면 세척이 충분하지 않을 수 있습니다. 일반적으로 나일론 브러시를 사용하며, 브러시의 길이와 경도는 신중하게 선택해야 합니다. 컨베이어 벨트 위에 두 개의 브러시 롤러가 배치되어 벨트의 반대 방향으로 회전합니다. 그러나 브러시 롤러의 과도한 압력은 기판을 길게 만들어 치수 변화를 초래할 수 있습니다.
구리 표면이 제대로 세척되지 않으면 레지스트 마스크의 접착력이 떨어져 에칭 공정의 수율이 저하됩니다. 최근 구리 호일 라미네이트의 품질이 향상됨에 따라 단면 회로의 경우 표면 세척을 생략할 수 있게 되었습니다. 그러나 100µm 미만의 정밀 패턴을 구현하기 위해서는 표면 세척이 여전히 필수적입니다.
