연성 PCB vs 경성 PCB: 언제 무엇을 선택할까?

스마트워치를 손목에 착용하고, 무선 이어폰을 귀에 꽂을 때 문득 궁금해진 적 있으신가요? “이렇게 작고 구부러진 공간에 회로가 어떻게 들어갔지?” 그 비밀은 바로 연성 PCB(Flexible PCB)에 있습니다.

하지만 모든 제품에 연성 기판이 필요한 건 아닙니다. 오히려 대부분의 전자제품은 여전히경성 PCB(Rigid PCB)를 사용합니다. 오늘은 이 두 기술의 차이점을 깊이 파헤치고, 여러분의 프로젝트에 어떤 선택이 최적인지 알아보겠습니다.

경성 PCB(Rigid PCB)란?

경성 PCB는 FR-4라는 유리섬유 강화 에폭시 기판을 사용하는 전통적인 인쇄회로기판입니다. “경성”이라는 이름처럼 구부러지지 않고 단단한 형태를 유지합니다. 컴퓨터 메인보드, TV, 냉장고 등 우리 주변의 대부분 전자제품에 이 기판이 사용됩니다.

경성 PCB의 주요 특징

• 기판 재질: FR-4 (유리섬유 + 에폭시 수지)
• 두께: 일반적으로 1.0mm ~ 2.0mm
• 내열성: Tg 130°C ~ 180°C
• 비용: 상대적으로 저렴
• 제조 리드타임: 5-7일 (프로토타입)

연성 PCB(Flexible PCB)란?

연성 PCB는 폴리이미드(Polyimide, PI) 필름을 기판으로 사용합니다. 폴리이미드는 매우 얇고 유연하면서도 높은 내열성과 화학적 안정성을 가진 특수 플라스틱입니다. 이 재질 덕분에 PCB를 종이처럼 구부리거나 접을 수 있습니다.

다양한 형태로 구부러지는 연성 PCB

연성 PCB의 주요 특징

• 기판 재질: 폴리이미드(PI) 필름
• 두께: 0.1mm ~ 0.5mm (매우 얇음)
• 내열성: 최대 400°C (PI 기준)
• 굴곡 수명: 수십만~수백만 사이클
• 비용: 경성 PCB 대비 2-10배

경성 PCB와 연성 PCB의 주요 차이점

두 기술의 핵심 차이점을 한눈에 비교해 보겠습니다.

경성 PCB의 장점과 단점

장점

• 낮은 비용: 대량 생산 시 단가가 매우 저렴
• 높은 부품 밀도: 양면에 다양한 부품 실장 가능
• 다층 설계 용이: 최대 30층 이상 적층 가능
• 짧은 리드타임: 5-7일 내 프로토타입 제작
• 검증된 신뢰성: 수십 년간 축적된 제조 경험
• 다양한 표면 처리: HASL, ENIG, OSP 등 선택 가능

단점

• 공간 제약: 평면 설치만 가능, 3D 배치 불가
• 무거운 무게: 경량화가 중요한 응용에 불리
• 진동 취약: 자동차, 항공 등 진동 환경에서 균열 위험
• 커넥터 필요: 보드 간 연결에 케이블과 커넥터 필요

연성 PCB의 장점과 단점

장점

• 공간 효율성: 구부려서 3D 공간에 맞춤 설치 가능
• 경량화: 경성 PCB 대비 최대 75% 무게 감소
• 진동/충격 저항: 유연성으로 인해 기계적 스트레스 흡수
• 조립 단순화: 케이블과 커넥터 수 감소, 연결점 축소
• 동적 굴곡 가능: 프린터 헤드, 힌지 구조에 적용 가능
• 높은 신뢰성: 연결점 감소로 고장 가능성 감소

단점

• 높은 비용: 소량 생산 시 단가가 2-10배 높음
• 복잡한 설계: 굴곡 반경, 동박 선택 등 추가 고려사항
• 긴 리드타임: 2-3주 이상 소요
• 제조사 선택 제한: 전문 제조사가 상대적으로 적음
• 수리 어려움: 재작업과 수리가 어려움

리지드-플렉스 PCB: 두 가지 장점의 결합

경성 영역과 연성 영역을 하나의 기판에 결합한 것이 리지드-플렉스(Rigid-Flex) PCB입니다. 부품이 실장되는 영역은 경성으로, 보드 간 연결 영역은 연성으로 구성하여 두 기술의 장점을 모두 활용합니다.

리지드-플렉스 PCB의 활용 사례

• 스마트폰: 메인보드와 디스플레이 연결
• 노트북: 힌지를 통한 화면-본체 연결
• 의료기기: 복잡한 3D 구조의 진단 장비
• 군사/항공: 공간 효율과 신뢰성이 모두 중요한 시스템

경성 PCB를 선택해야 할 때

다음 조건에 해당한다면 경성 PCB가 적합합니다:

• 비용이 최우선: 예산이 제한적이고 대량 생산이 필요
• 평면 설치 가능: 3D 공간 활용이 필요 없는 경우
• 복잡한 다층 설계: 10층 이상의 복잡한 회로가 필요
• 빠른 프로토타입: 1주일 이내 시제품이 필요
• 높은 부품 밀도: 양면에 다양한 부품 실장이 필요

경성 PCB의 대표 응용 분야

• 데스크톱/서버 메인보드
• TV, 에어컨 등 가전제품
• 산업용 제어 장비
• 전원 공급 장치
• LED 조명 드라이버

연성 PCB를 선택해야 할 때

다음 조건에 해당한다면 연성 PCB를 고려하세요:

• 공간 제약이 심함: 작은 인클로저에 회로를 맞춰야 함
• 경량화 필수: 무게가 제품 성능에 직결됨
• 진동 환경: 자동차, 항공, 우주 등 가혹한 환경
• 동적 굴곡 필요: 작동 중에 반복적으로 구부러져야 함
• 커넥터 제거 필요: 연결점을 줄여 신뢰성을 높이고 싶음

연성 PCB의 대표 응용 분야

• 스마트폰, 태블릿
• 웨어러블 기기 (스마트워치, 이어폰)
• 의료 임플란트, 진단 기기
• 드론, 위성
• 자동차 대시보드, 에어백 센서

비용 비교: 연성 vs 경성 PCB

연성 PCB가 비싸다는 건 알고 계실 겁니다. 하지만 정확히 얼마나 비쌀까요? 그리고 그 비용이 정당한 걸까요?

직접 비용 비교

동일한 크기(50mm x 50mm), 2층 기준으로 비교하면:

• 경성 PCB: $0.5-2 / 장 (수량 100 기준)
• 연성 PCB: $5-20 / 장 (수량 100 기준)

약 10배의 가격 차이가 납니다. 하지만 수량이 10,000장 이상으로 늘어나면 격차가 2-3배 수준으로 줄어듭니다.

총소유비용(TCO) 관점

직접 비용만 보면 연성 PCB가 비싸지만, 다음 요소를 고려하면 달라질 수 있습니다:

• 커넥터/케이블 제거: 부품 비용 절감
• 조립 시간 단축: 인건비 절감
• 연결점 감소: 현장 고장률 감소, AS 비용 절감
• 제품 소형화: 인클로저, 배터리 비용 절감

설계 시 고려사항

연성 PCB 설계는 경성 PCB와 다른 고려사항이 있습니다. 설계 단계에서 실수하면 제조 비용이 급증하거나 신뢰성 문제가 발생할 수 있습니다.

연성 PCB 설계 핵심 포인트

• 굴곡 반경: 최소 굴곡 반경 = 동박 두께 × 10 (정적 굴곡 시)
• 동박 선택: RA(Rolled Annealed) 동박이 ED(Electrodeposited)보다 굴곡에 강함
• 스티프너: 부품 실장 영역에는 보강재(스티프너) 추가
• 비아 위치: 굴곡 영역에 비아 배치 금지
• 커버레이: 솔더 마스크 대신 폴리이미드 커버레이 사용

경성 PCB 설계 핵심 포인트

• 동박 두께: 전류 용량에 맞는 적절한 두께 선택
• 비아 설계: 열 관리용 써멀 비아 어레이 고려
• 스택업: 임피던스 제어를 위한 정확한 스택업 설계
• 패널라이즈: 양산 효율을 고려한 패널 설계

올바른 PCB 유형을 선택하는 방법

프로젝트에 적합한 PCB 유형을 선택하기 위한 체크리스트입니다:

결론: 프로젝트에 맞는 선택

경성 PCB와 연성 PCB는 서로 대체 관계가 아니라 상호 보완적입니다. 각각의 강점이 명확하기 때문에, 프로젝트 요구사항에 따라 현명하게 선택하면 됩니다.

일반적인 가이드라인으로:

• 평면 설치 + 비용 중시 = 경성 PCB
• 3D 공간 + 경량화 + 진동 환경 = 연성 PCB
• 복잡한 다중 보드 시스템 = 리지드-플렉스 PCB

어떤 기술이 맞는지 확신이 서지 않는다면, 전문가와 상담하세요. 저희 WellPCB Korea가 프로젝트에 최적화된 솔루션을 제안해 드리겠습니다.