FPCB 코팅 — 굽힘 반경·반복 굽힘과 절연·방습 유지

1분 요약 (Executive Summary)

• 주제 안내 — 이 글은 FPCB·리지드플렉스 기판의 굽힘부에서 Parylene 막이 갈라지는 조건과, 반복 굽힘 뒤에도 절연·수분 차단이 남는지를 다룹니다. 최소 굽힘 반경, 폴리이미드 밀착, 발주 조건도 함께 정리합니다.
• 굽힘이 곧 코팅 불가는 아님 — 굽힘 반경이 굽힘부 두께의 약 17배보다 크면 계산한 변형률이 Parylene C의 항복 신율 아래에 있습니다(이 글에서 계산한 값). 반경·적층 두께·반복 여부와 횟수·굽힘부 코팅 여부를 정하면 계산과 시편으로 판단할 수 있습니다.
• 두께의 약 17배인 최소 굽힘 반경 — 굽힘부 바깥 면 변형률은 두께 ÷ 2R로 근사하고[2], 파단 신율이 아니라 항복 신율 2.0–3.0 %와 비교합니다[13]. Parylene C의 2.9 %를 넣으면 최소 굽힘 반경은 두께의 약 17배입니다(이 글에서 계산한 값).
• 막 균열과 절연 고장은 별개 — Parylene–백금–Parylene 박막 소자는 10만 회 반복 굽힘 뒤 균열이 생겼지만, 식염수 속 임피던스는 크게 떨어지지 않았습니다[3]. 막이 갈라진 뒤에도 보호 성능이 그대로라는 뜻은 아닙니다.
• 굽힘 뒤 방습은 다층 사례 — 반경 1.5 mm로 5,000회 굽혀도 특성이 유지된 OLED는 Parylene C와 무기 나노적층을 번갈아 쌓은 봉지였습니다[7]. Parylene C 단층 1 µm의 수증기 투과율은 0.12 g/m²/day로, 무기 나노적층의 최저값보다 약 76배 높았습니다[11, 배수는 이 글에서 계산한 값].
• 막 두께보다 반경과 키프아웃 — 막을 얇게 해도 굽힘 변형률은 거의 줄지 않습니다. 굽힘 반경을 키우거나 굽힘부를 키프아웃으로 지정해 코팅에서 빼는 방법이 효과가 큽니다.

"굽혀도 깨지지 않느냐." 플렉시블 기판(Flexible printed circuit board, FPCB)을 코팅할 때 가장 먼저 나오는 질문입니다. 답을 정하는 값은 굽힘 반경과 굽힘부 두께입니다. 반경 게이지와 마이크로미터로 이 두 값을 측정하면, 막이 얼마나 늘어나는지 계산할 수 있습니다.

굽히는 기판이면 Parylene(파릴렌) 코팅은 어렵다고 먼저 판단하는 경우가 많습니다. 막은 굽힘부 바깥 면과 같은 변형을 받습니다. 계산한 변형률을 물성표의 항복 신율과 비교하면 크랙 위험을 가늠할 수 있습니다. 질문은 하나 더 있습니다. 굽힌 뒤에도 절연과 수분 차단이 남느냐는 것입니다. 이 질문은 계산으로 답할 수 없어, 반복 굽힘 뒤 절연·방습을 측정한 문헌을 함께 봅니다.

이 글은 플렉시블·리지드플렉스(Rigid-flex) 기판 코팅을 검토하는 설계·품질 엔지니어를 위해 굽힘부 변형률과 최소 굽힘 반경, 반복 굽힘 뒤 절연·방습, 폴리이미드 밀착, 리지드플렉스 경계, 발주 조건과 이 글의 한계까지 차례로 정리합니다. 열충격·열사이클이 막에 만드는 응력은 ECU 코팅에 따로 정리했습니다.

굽히는 기판이면 Parylene 코팅은 어려운가?

어렵다고 단정할 근거는 없습니다. 굽힘 반경, 굽힘부 두께, 반복 여부에 따라 확인할 항목이 달라질 뿐입니다.

계산으로 바로 판단할 수 있는 경우

• 반경이 두께의 약 17배보다 큰 정적 굽힘 — 계산한 변형률이 Parylene C의 항복 신율 2.9 % 아래에 있습니다[13, 이 글에서 계산한 값].

따로 확인할 조건

• 반복 굽힘 — 반복해 굽히는 부위에서는 변형이 사이클마다 쌓입니다. Parylene C 박막 소자에서 약 2천 회 뒤 균열이 보였습니다[3].
• 방습이 필요한 굽힘부 — Parylene 단층은 무기층을 섞은 다층보다 수분을 덜 막습니다[11]. 굽힘부에 높은 차단 수준이 필요하면 구조부터 따로 검토합니다.
• 리지드–플렉스 경계 — 두께가 급격히 바뀌고 굽힘이 몰려, 다른 구간보다 먼저 문제가 나타나기 쉽습니다.
• 폴리이미드 노출면 — 폴리이미드 위 Parylene 밀착은 다른 기재보다 낮았습니다[6]. 실제 기판 시편으로 확인합니다.

"어렵다"는 답이 나오는 경우

굽힘 조건을 모르면 코팅 업체는 가장 불리한 경우를 가정해 답합니다. 이 답이 "어렵다"로 전해지기 쉽습니다. 굽힘 반경, 굽힘부 적층 두께, 반복 여부와 횟수, 굽힘부 코팅 여부를 알려 주시면 그 조건으로 변형률을 계산해 Parylene 종류와 두께를 검토합니다.

굽힘부에서 코팅막은 얼마나 늘어나는가?

굽힘부에서 막이 늘어나는 정도는 굽힘부 두께를 굽힘 반경의 두 배로 나눈 값으로 근사할 수 있습니다.

판을 굽히면 바깥 면은 안쪽보다 긴 호가 되어 늘어납니다. 이때 늘어난 비율이 변형률입니다. 두께가 두꺼울수록, 반경이 작을수록 변형률은 커집니다. 막은 바깥 면을 덮고 있으므로 기판 바깥 면과 같은 변형을 받습니다.

반경이 5분의 1이면 5배가 되는 변형률

식으로 적으면 바깥 면 변형률 ≈ 굽힘부 두께 ÷ (2 × 굽힘 반경)입니다. 예를 들어 굽힘부 두께가 0.1 mm, 굽힘 반경이 5 mm이면 약 1.0 %가 나옵니다. 같은 두께에서 반경을 1 mm로 줄이면 약 5.0 %입니다. 반경이 5분의 1이 되면 변형률은 5배가 됩니다.

실무 팁 — 두께 t에는 굽힘부를 이루는 층을 모두 넣습니다. 동박, 폴리이미드, 접착층, 커버레이를 합친 값입니다. 베이스 필름 두께만 넣으면 변형률이 실제보다 작게 나옵니다.

단일 층 판으로 가정한 근사

이 근사식은 굽힘부가 균질한 단일 층 판이고, 중립축이 두께 한가운데에 있다고 가정합니다. Saleh 연구진은 굽힘 시험법 리뷰 논문에서 두께 t인 판을 반경 R로 굽힐 때의 표면 변형률을 0.5t ÷ (R + 0.5t)로 제시했습니다[2]. 반경이 두께보다 충분히 크면 이 식은 이 글의 근사식과 같아집니다.

다층 기판에서 옮겨 가는 중립축

같은 논문은 층마다 탄성률이 다르면 복합 구조의 중립축이 옮겨 간다고 설명합니다[2]. 실제 플렉시블 기판은 동박·폴리이미드·접착층이 겹친 다층 구조입니다. 이런 기판에서는 중립축이 두께 한가운데에 있지 않습니다.

Suo 연구진도 균질한 판의 표면 변형률을 (막 두께 + 기판 두께) ÷ 2R로 두고, 허용 최소 굽힘 반경이 전체 두께에 비례한다고 정리했습니다. 박막 트랜지스터를 기판과 봉지층 사이의 중립축 부근에 두면 가장 작은 반경까지 굽힐 수 있다는 결과도 함께 보고했습니다[4]. 뒤에 나오는 굽힘 OLED 연구들도 소자 층을 중립면 부근에 두었습니다[7, 9].

주의 — 이 글에서 계산한 값은 1차 검토에 쓰고 최종 판단은 실제 적층 구성을 기준으로 합니다.

최소 굽힘 반경은 어떤 물성값으로 정하는가?

계산한 변형률은 항복 신율과 비교하고, 둘을 같다고 놓고 풀면 최소 굽힘 반경이 나옵니다. Parylene의 항복 신율은 종류에 따라 2.0–3.0 %입니다. 재료 공급사 물성표의 값은 Parylene HT 2.0 %, ParyFree 2.2 %, N 2.5 %, C 2.9 %, D 3.0 %입니다[13]. 이 값을 넘으면 막에 소성 변형이 남습니다. 굽힘을 펴도 원래 길이로 돌아오지 않습니다.

독립 시험의 항복 변형률

Kohler 연구진은 두께 11.9 µm Parylene C 필름 5장을 인장 시험해 항복 변형률 2.58 %를 보고했습니다. 물성표의 2.9 %와 가까운 값입니다. 같은 시험에서 응력이 변형률에 비례하는 직선 구간은 변형률 약 1 %까지였습니다[5]. 반복 굽힘처럼 여유가 더 필요하면 이 1 %를 보수적인 기준으로 참고할 수 있습니다.

항복 신율과 다른 파단 신율

파단 신율은 막이 끊어지는 지점의 값입니다. 같은 표에서 파단 신율은 다섯 종 모두 2–200 %의 넓은 범위로 실려 있습니다[13]. 파단 신율을 기준으로 쓰면 크랙 위험을 실제보다 작게 봅니다. 굽힘 설계의 기준은 항복 신율입니다.

두께의 약 17배라는 배수

식은 굽힘 반경 ÷ 굽힘부 두께 = 1 ÷ (2 × 항복 신율)입니다. Parylene C의 2.9 %를 넣으면 약 17이 나옵니다. 굽힘 반경이 굽힘부 두께의 약 17배보다 크면 변형률은 물성표의 항복 신율 아래에 있습니다.

주의 — 표 1의 배수는 물성표에 실린 값이 아니라, 물성표의 항복 신율을 근사식에 넣어 이 글에서 계산한 값입니다. 절대 기준이 아니라 Parylene 종류끼리 굽힘 여유를 비교하는 데 씁니다.

(주)와인이 상시 운영하는 종류는 Parylene C·N이며, D·VT4는 사양 협의, HT는 현재 운영하지 않습니다[14].

반복 굽힘에서 막이 갈라지면 절연도 무너지는가?

막 균열이 곧바로 절연 고장으로 이어지지는 않았습니다. 균열이 생긴 막이 얼마나 오래 보호하는지는 알 수 없습니다. 한 번 굽혀 고정하는 형상이라면, 항복을 조금 넘겨도 막이 끊어지지 않은 채 남기도 합니다. 굽혔다 펴기를 되풀이하는 부위에서는 되돌아오지 않는 변형이 사이클마다 쌓이고, 쌓인 변형이 한계를 넘으면 막이 갈라집니다.

2천 회 뒤 가장자리부터 보인 균열

Lee와 Meng은 Parylene C 사이에 백금 배선을 넣은 박막 케이블을 바깥지름 1.25 mm 맨드릴에 대고 ±90°로 반복해 굽혔습니다. Al₂O₃ 층을 더한 케이블도 함께 시험했습니다[3].

• 2천 회 — 금속 배선이 없는 가장자리에서 막 균열이 처음 나타났습니다.
• 5천 회 — 균열이 뚜렷해졌습니다.
• 10만 회 — Al₂O₃ 층 없는 소자에서 균열이 배선 위를 가로질러 번졌습니다.

균열 뒤에도 남은 절연

연구진은 같은 소자를 식염수에 담가 임피던스로 절연을 확인했습니다[3].

• Al₂O₃ 층 없는 소자 — 10만 회까지 절연 성능이 크게 떨어지지 않았습니다.
• Al₂O₃ 층이 있는 소자 — 더 일찍 고장 났습니다.
• 위쪽 Parylene 밀착이 고르지 않은 웨이퍼의 소자 — 4천–5천 회 뒤 임피던스가 떨어졌습니다.

균열이 같아도 절연이 유지되는 기간은 계면 밀착에 따라 달라졌다고 볼 수 있습니다.

주의 — 이 결과는 Parylene 박막만으로 만든 소자의 값입니다. 플렉시블 기판 위 코팅막의 굽힘 수명으로 옮겨 쓰지 않습니다.

사양서에 적을 굽힘의 성격

Saleh 연구진은 굽히는 횟수가 매우 적은 용도라면 정적 굽힘 시험으로 충분할 수 있다고 봤습니다. 반복해 굽히는 용도는 정적 시험만으로 신뢰성을 알 수 없습니다[2]. 사양서에 반복 횟수와 굽힘 반경을 함께 적으면 그 조건으로 판정합니다. 적지 않으면 가장 불리한 조건을 가정합니다.

반복 굽힘 뒤에도 수분 차단은 유지되는가?

문헌에서 반복 굽힘 뒤 수분 차단까지 유지한 사례는 Parylene과 무기층을 함께 쓴 다층 봉지였습니다. Parylene 단층은 굽힘에 강하지만 수증기 투과율은 무기층보다 높습니다. 무기층은 수분을 잘 막지만 단단해서 굽힘 여유를 줄입니다. 문헌의 다층 구조는 두 층이 서로의 약점을 보완하도록 쌓은 설계입니다.

단층 Parylene의 수분 차단

두 연구가 Parylene 단층의 수증기 투과율을 측정했습니다. 측정 조건이 달라 두 연구의 값을 서로 비교하지 않습니다.

• Passlack 외 — 산소 플라즈마와 실란 A-174로 전처리한 5 µm 폴리이미드 필름 위, 23 °C·85 %RH에서 Parylene C 1 µm는 0.12, 5 µm는 0.08 g/m²/day였습니다. 같은 기재에 플라즈마 원자층 증착(Atomic layer deposition, ALD)으로 올린 Al₂O₃–TiO₂ 나노적층은 최저 1.58 × 10⁻³ g/m²/day였습니다[11].
• Kyeong 외 — Ca 시험(30 °C·90 %RH)에서 Parylene C 단층은 2.41 × 10⁻² g/m²/day였습니다. Parylene C 약 2 µm와 Al₂O₃–TiO₂ 나노적층 약 60 nm를 1쌍 쌓으면 1.36 × 10⁻⁴, 2쌍이면 8.34 × 10⁻⁶ g/m²/day로 낮아졌습니다[9].

두께를 다섯 배로 늘려도 Parylene 단층의 투과율은 3분의 2 수준으로만 줄었습니다(이 글에서 계산한 값). 문헌에서 투과율을 한 자릿수 넘게 낮춘 구조는 모두 무기층을 넣은 다층이었습니다[9, 10, 11].

주의 — 연구마다 소자, 기재, 측정 조건이 다릅니다. 굽힘 횟수와 수증기 투과율을 서로 비교하지 않고, FPCB 수명으로 옮겨 쓰지도 않습니다.

굽힘 뒤에도 특성이 유지된 OLED 봉지

Keum 연구진은 기판 없이 총두께 약 12 µm인 OLED를 만들었습니다. 봉지막은 Parylene C와 Al₂O₃/ZrO₂ 나노적층을 번갈아 쌓았고, 발광층은 중립면 부근에 두었습니다. 반경 1.5 mm로 5,000회 반복해 굽혀도 전류–휘도 특성은 그대로였고 변동은 6 % 미만이었습니다[7]. 근사식으로 계산하면 이 조건의 바깥 면 변형률은 약 0.4 %입니다(이 글에서 계산한 값).

Kong 연구진은 섬유형 OLED에 Al₂O₃/ZnO 나노적층과 Parylene C 위층을 함께 올렸습니다. 이 소자는 인장 변형률 1.8 %로 1,000회 굽힌 뒤에도 빛을 냈습니다. 이 조건은 봉지하지 않은 소자가 견디는 변형 범위를 넘었습니다[8].

Kyeong 연구진이 2쌍으로 봉지한 OLED 패치는 반경 0.5 mm로 100회 굽힌 뒤에도 휘도를 유지했습니다. 휘도가 80 %로 떨어지는 시간은 봉지하지 않은 소자의 36.4시간에서 688.4시간으로 약 19배 길어졌습니다[9].

굽힘 전후 수증기 투과율

Son 연구진은 굽힘 전후 수증기 투과율을 Ca 시험(30 °C·90 %RH)으로 비교했습니다. 1,000회 굽힌 뒤 무기 나노적층 단독 막은 변형률 0.93 %에서 투과율이 10배 넘게 늘었습니다. 무기층 양쪽을 Parylene C로 감싼 대칭 다층은 0.93 %까지 변화가 한 자릿수 안에 머물렀고, 1.87 %에서 3.76 × 10⁻⁵ g/m²/day로 올랐습니다[12]. 같은 무기층이라도 Parylene으로 감싸면 굽힘 뒤 차단 성능이 덜 떨어졌습니다.

무기층이 줄이는 굽힘 여유

무기층은 수분을 잘 막는 대신 굽힘 여유를 줄일 수 있습니다.

• 단독 필름 파단 변형률(Son 외) — Parylene C 단층은 6.72 %, 무기 나노적층은 0.43 %에서 파단했습니다. 무기층과 Parylene C 두 층을 겹친 막은 0.61 %, 무기층 양쪽을 Parylene C로 감싼 막은 1.63 %까지 늘어났습니다[12]. 이 값은 파단 변형률이므로 항복 신율 기준을 대신하지 않습니다.
• 배선이 끊어진 굽힘 지름(Lee 외) — 무기층 없는 소자는 138 ± 16 µm에서 끊어졌습니다. 위쪽 Parylene 아래에 Al₂O₃ 층 1개를 더한 소자는 Al₂O₃ 쪽으로 굽히면 476 ± 60 µm에서 끊어졌고, 반대쪽으로 굽히면 끊어지지 않았습니다. 이 소자는 반복 굽힘에서도 더 일찍 고장 났습니다[3].

Keum 연구진은 나노적층을 50 nm로 얇게 썼고, Kyeong 연구진은 Parylene C를 응력을 덜어 주는 완충층으로 두었습니다[7, 9].

주의 — 무기층 증착은 (주)와인이 운영하지 않는 공정입니다[14]. 다층 봉지가 필요하면 무기층 공정은 고객 공정이나 별도 업체에서 맡고, Parylene 층의 종류·두께·순서를 함께 정합니다.

폴리이미드 굽힘부에서 Parylene 밀착은 어떻게 확보하는가?

폴리이미드 위 밀착은 전처리 방법만으로 보장되지 않습니다. 실제 기재 시편으로 확인합니다. 앞의 반복 굽힘 시험에서 보았듯이, 균열 뒤 절연을 지키는 것은 계면 밀착입니다[3]. 문헌에서도 폴리이미드는 Parylene이 잘 붙지 않는 기재였습니다.

충분히 높아지지 않은 폴리이미드 밀착

Hassler 연구진은 기재별 Parylene C 밀착을 박리 시험으로 비교했습니다[6].

• Si₃N₄·백금 — 실란 A-174로 만족스러운 밀착을 얻었습니다.
• 폴리이미드 — 시험한 모든 조합에서 T-박리 밀착력이 50 mN/cm 미만이었습니다. A-174 처리 뒤 열처리한 시편이 약 100 mN/cm로 가장 높았지만 여전히 약했습니다.
• 산소 플라즈마 — 어느 기재에서도 밀착을 높이지 못했습니다.

연구진은 산소 플라즈마로 폴리이미드 밀착이 나아졌다는 다른 보고도 함께 소개했습니다. 같은 처리라도 공정 조건에 따라 결과가 갈린다는 뜻입니다. Passlack 연구진도 폴리이미드 위 Parylene C 밀착이 어렵다고 보고 폴리이미드를 산소 플라즈마와 A-174로 전처리했습니다[11].

계면마다 다른 박리 강도

• Parylene 두 층 사이(덧칠·두 번 나눈 코팅) — Lee와 Meng의 시험에서는 가장 약한 계면이었습니다[3]. Hassler 연구진의 T-박리에서는 약 1,000 mN/cm로 강했지만, 산소 플라즈마를 거치면 10–1,000 mN/cm로 흩어졌습니다[6]. Ortigoza-Diaz 연구진의 시험에서는 처리하지 않은 두 층 사이가 식염수에 담근 지 하루 만에 밀착을 크게 잃고 4주 뒤 완전히 박리됐습니다[1].
• Parylene–금속–Parylene — Lee와 Meng의 시험에서는 Parylene 두 층 사이보다 약 50배 강했습니다[3]. Ortigoza-Diaz 연구진의 시험에서는 처리하지 않은 시편은 박리 강도가 3 mN/mm였고 식염수에서 4일 만에 박리됐지만, 백금 위에 상용 밀착 촉진제를 올리면 336 mN/mm까지 높아졌습니다[1].

시험마다 결과가 달라, 층 사이 계면은 실제 공정 순서대로 만든 시편으로 따로 확인합니다.

밀착을 높이는 네 방향

Ortigoza-Diaz 연구진은 밀착 개선 방법을 네 갈래로 정리했습니다[1].

• 물리적 개질 — 용융, 앵커링, 표면 조면화
• 열처리
• 화학적 표면 개질 — 플라즈마 처리
• 중간층 — 실란 A-174, 플라즈마 중합층 등

실무 팁 — FPCB 굽힘부에는 동박, 커버레이, 폴리이미드 노출면이 함께 있습니다. 기재마다 밀착이 달랐으므로[6], 전처리 조건은 실제 기판 시편으로 정합니다. 밀착 확인(ASTM D3359 크로스컷 등)은 요청 시 선택 검사로 진행합니다.

굽힘부에서 따로 볼 열 이력

Hassler 연구진의 인장 시험에서 처리하지 않은 Parylene C 막의 파단 신율은 7.5–42 %였지만, 증기 멸균이나 열처리를 거친 막은 2.5–10 %였습니다. 연구진은 결정 비율이 늘어 막이 단단하고 부서지기 쉬워졌기 때문으로 봤습니다[6]. 굽힘부가 있는 기판에 코팅 뒤 열 공정이 있다면, 그 이력을 거친 시편으로 굽힘을 확인합니다.

막 응력이 작은 Parylene

폴리이미드 위 Parylene C 막의 인장 응력은 두께 5 µm까지 약 1 MPa였습니다. 같은 기재 위 BCB(벤조사이클로부텐) 수지는 36 MPa였습니다[11]. Parylene은 실온에서 증착되므로 얇은 폴리이미드를 휘게 하는 응력이 작습니다.

코팅막을 얇게 하면 굽힘 크랙이 해결되는가?

코팅막을 얇게 해도 바깥 면 변형률은 거의 달라지지 않습니다. 변형률은 굽힘부 전체 두께와 굽힘 반경이 정합니다. 근사식의 분자는 막 하나가 아니라 굽힘부 적층 전체의 두께입니다. 코팅막은 µm 단위로 얇고, 플렉시블 기판의 굽힘부는 그보다 훨씬 두껍습니다.

분자의 일부로만 들어가는 막 두께

Saleh 연구진은 기판 위에 얇은 층이 있을 때의 표면 변형률을 (층 두께 + 기판 두께) ÷ 2R로 근사했습니다. 예를 들어 기판 50 µm 위에 0.5 µm 층을 올려 반경 1 mm로 굽히면, 변형률은 2.53 %입니다[2]. 막을 얇게 하면 변형률이 조금 줄지만, 결정적인 변수는 아닙니다.

효과가 큰 세 방법

• 굽힘 반경을 키웁니다.
• 굽힘부 적층을 얇게 합니다.
• 굽힘부를 코팅에서 뺍니다.

마지막 방법은 반경이나 두께와 관계없이 굽힘 크랙을 없앱니다. 굽힘부를 키프아웃으로 지정하면 그 부위에는 막이 없으므로 코팅의 보호도 받지 못합니다. 키프아웃 경계와 공차를 도면에 적는 기준은 코팅 마스킹 경계 관리에 정리했습니다.

구간마다 다른 두께

굽힘부에서는 두꺼운 막이 유리하지 않습니다. 앞의 Passlack 연구진 측정에서도 Parylene C를 1 µm에서 5 µm로 늘렸을 때 수증기 투과율은 0.12에서 0.08 g/m²/day로 줄었을 뿐입니다[11]. 두께는 구간별로 나눠 검토합니다. 굽히지 않는 구간은 방습을 위해 두껍게, 굽힘부는 굽힘 여유를 위해 얇게 정합니다. (주)와인의 두께 운영 범위는 0.5–50 µm입니다[14].

리지드플렉스 기판에서는 어느 부위가 크랙에 취약한가?

리지드플렉스 기판에서는 리지드 구간과 플렉스 구간이 만나는 경계에서 먼저 문제가 나타나기 쉽습니다. 경계에서는 두께가 급격히 바뀌고, 굽힘도 그 부근에 몰립니다. 단차에서는 막이 형상을 따라 꺾이기도 합니다. 이런 조건이 겹쳐, 평평한 구간보다 경계에서 먼저 문제가 나타납니다.

모서리에서 먼저 나타나는 크랙

앞의 반복 굽힘 시험에서도 Parylene 균열은 금속 배선이 없는 소자 가장자리에서 먼저 나타났습니다[3]. 굽힘이 없어도 열충격을 받으면 응력은 부품 모서리처럼 꺾이는 부위에 몰립니다. 원리는 ECU 코팅에 정리했습니다. 리지드플렉스의 경계 모서리는 열사이클과 굽힘, 두 부하가 겹치는 부위입니다.

리지드플렉스 기판은 조건이 다른 구간이 이어진 구조이므로, 굽힘 반경과 요구 두께를 구간별로 나눠 적습니다.

FPCB 코팅을 발주할 때 알려야 할 굽힘 조건 네 항목은 무엇인가?

발주할 때 알려야 할 항목은 굽힘 반경, 굽힘부 적층 두께, 반복 여부와 횟수, 굽힘부 코팅 여부 네 가지입니다. 네 항목은 모두 도면과 사용 조건에서 나옵니다. 코팅 업체가 대신 정할 수 없습니다. (주)와인은 반경과 적층 두께로 변형률을 계산하고, 반복 여부와 횟수로 판정 조건을 정합니다. 이를 바탕으로 Parylene 종류와 두께를 제안하고, 굽힘부 코팅 여부로 키프아웃 범위를 정합니다.

표 3은 (주)와인의 운영 기준이며, 규격이 정한 절차가 아닙니다.

비어 있기 쉬운 반복 여부

표 3의 세 번째 항목인 반복 여부가 비어 있으면 정적·반복 중 어느 조건으로 판정할지 정할 수 없습니다. 정적 조건으로 판정했는데 실제로는 반복 굽힘이면 크랙 위험을 작게 봅니다. 비어 있을 때는 가장 불리한 조건을 가정합니다.

방습이 필요한 굽힘부의 추가 정보

굽힘부에도 방습이 필요하면 사용 환경(온도·습도·액체 접촉)과 굽힘 시험의 판정 항목(절연저항·임피던스·외관 균열)을 함께 알려 주십시오. 굽힘·고습 신뢰성 시험은 조건과 판정 항목을 함께 정하고, 시험은 고객 또는 외부 시험기관과 협의합니다. (주)와인의 기본 검사는 두께와 외관입니다[14].

이 글이 보증하지 않는 것은 무엇인가?

이 글은 굽힘 수명(Flex life)을 보증하지 않습니다. 막이 몇 회의 굽힘까지 견디는지, 굽힌 뒤 수분 차단이 얼마나 남는지는 계산으로 알 수 없습니다. 계산으로 알 수 있는 것은 어느 조건이 위험한지까지입니다.

(주)와인에 측정 데이터가 없는 굽힘 수명

반복 굽힘의 수명은 적층 구성, 굽힘 방식, 온도, 막 두께, 계면 밀착이 함께 정합니다.

주의 — (주)와인은 굽힘 수명이나 굽힘 뒤 수분 차단을 직접 측정한 데이터는 현재 갖고 있지 않습니다[14].

이 글에서 인용한 반복 굽힘·수분 차단 결과[3, 7, 8, 9, 10, 11, 12]는 박막 소자, OLED, 태양전지, 이식형 패치의 값입니다. 플렉시블 기판 위 코팅막의 수명으로 옮겨 쓰지 않았습니다.

계산에 쓴 근사의 한계

바깥 면 변형률과 최소 굽힘 반경 배수는 굽힘부를 균질한 단일 층 판으로 가정해 이 글에서 계산한 값입니다. 다층 기판에서는 중립축이 두께 한가운데에 있지 않아 값이 달라집니다. 물성표의 값 역시 부품 위 막이 아니라, 단독 필름이나 표준 시편에서 얻은 값입니다[13].

요구 조건이 엄격하다면 실제와 같은 적층의 시편으로 먼저 확인합니다. 시편 확인 절차는 코팅 샘플 테스트 절차에 정리했습니다.

핵심 요약

• 굽힘이 곧 코팅 불가는 아님 — 굽힘 반경이 굽힘부 두께의 약 17배보다 크면 계산한 변형률이 Parylene C의 항복 신율 아래에 있습니다(이 글에서 계산한 값). 반경·적층 두께·반복 여부와 횟수·굽힘부 코팅 여부를 정하면 계산과 시편으로 판단할 수 있습니다.
• 두께의 약 17배인 최소 굽힘 반경 — 바깥 면 변형률을 두께 ÷ 2R로 근사하면, 굽힘부 두께 0.1 mm에서 반경이 5 mm면 약 1.0 %, 1 mm면 약 5.0 %입니다. 비교할 항복 신율은 Parylene HT 2.0 · ParyFree 2.2 · N 2.5 · C 2.9 · D 3.0 %입니다[13]. 최소 굽힘 반경은 두께의 약 17배(C·D), 20배(N), 25배(HT)이며 Parylene 종류끼리 비교하는 데 씁니다(이 글에서 계산한 값).
• 막 균열과 절연 고장은 별개 — Parylene 박막 소자는 2천 회부터 가장자리에 균열이 보였지만, 무기층 없는 소자는 10만 회까지 임피던스가 크게 떨어지지 않았습니다. 밀착이 고르지 않은 소자는 4천–5천 회 뒤 떨어졌습니다[3]. 균열 뒤 절연을 지키는 것은 계면 밀착이고, 폴리이미드 위 밀착은 실제 기재 시편으로 확인합니다[6].
• 굽힘 뒤 방습은 다층 사례 — 반경 1.5 mm·5,000회 굽힘 뒤에도 특성이 유지된 OLED는 Parylene C와 무기 나노적층을 번갈아 쌓은 봉지였습니다[7]. Parylene C 단층의 수증기 투과율은 1 µm 0.12, 5 µm 0.08 g/m²/day였습니다[11]. 무기층은 굽힘 여유를 줄일 수 있고[3], (주)와인은 무기층 증착을 운영하지 않습니다.
• 막 두께보다 반경과 키프아웃 — 막 두께는 변형률 근사식에서 분자의 일부일 뿐이므로, 굽힘 반경을 키우거나 굽힘부를 키프아웃으로 빼는 방법이 효과가 큽니다. 리지드플렉스 기판은 리지드와 플렉스가 만나는 경계에서 먼저 문제가 나타나기 쉬우므로, 굽힘 반경과 요구 두께를 구간별로 나눠 적습니다.

(주)와인은 고객사 플렉시블 기판의 굽힘 반경, 굽힘부 적층 두께, 반복 여부와 횟수, 굽힘부 코팅 여부를 확인하고, 그에 맞는 Parylene 종류와 구간별 두께, 키프아웃 범위를 제안합니다.

굽힘 반경, 굽힘부 적층 두께, 반복 여부와 횟수, 굽힘부 코팅 여부 네 항목을 적어 보내 주시면 변형률을 계산해 Parylene 종류와 두께, 키프아웃 여부를 회신합니다. 일반 준비 사항은 부품 코팅 견적 체크리스트에 정리했습니다. 문의하기 · PCB · 회로 기판 적용 분야 보기

참고자료

번호는 성격별로 묶어 매겼습니다(학술 문헌 → 산업 기술자료 → 자사 데이터). 본문의 번호가 아래 목록의 번호입니다. 바깥 면 변형률과 최소 굽힘 반경 배수는 이 글의 근사식으로 계산한 값이며, 물성표가 제시한 값이 아닙니다. 굽힘부를 균질한 단일 층 판으로 가정한 계산이므로 다층 기판에서는 값이 달라집니다. 참고자료 8은 초록만 확인했습니다.

학술 문헌

1. Ortigoza-Diaz, J., Scholten, K. & Meng, E., "Characterization and Modification of Adhesion in Dry and Wet Environments in Thin-Film Parylene Systems", Journal of Microelectromechanical Systems 27(5), 874–885, 2018. https://doi.org/10.1109/JMEMS.2018.2854636 (게재 승인본 PDF) — University of Southern California. 서론에서 밀착 개선법을 물리적 개질·열처리·화학적 개질(플라즈마)·중간층(A-174 등)으로 분류. Parylene C 12 µm 두 층(PP)과 사이에 스퍼터 백금을 넣은 막(PMP)을 T-박리로 시험하고 37 °C PBS에 최대 2년 담가 관찰. PP는 38 mN/mm, 200 °C 24·48시간 열처리 뒤 74·155 mN/mm. 처리하지 않은 PP는 하루 만에 밀착이 크게 떨어져 4주 뒤 박리, 48시간 열처리 PP는 2년간 거의 유지. PMP는 3 mN/mm로 4일 만에 박리, 열처리 뒤에도 22 mN/mm·3주. 백금 위에 상용 촉진제를 올리면 336 mN/mm. 자유 막 시편이며 폴리이미드 기재와 굽힘은 다루지 않았습니다.
2. Saleh, R., Barth, M., Eberhardt, W. & Zimmermann, A., "Bending Setups for Reliability Investigation of Flexible Electronics", Micromachines 12(1), 78, 2021. https://doi.org/10.3390/mi12010078 (Europe PMC 전문 PMC7828635, CC BY 4.0) — Stuttgart 대학 등. 굽힘 신뢰성 시험법 리뷰. 표면 변형률 ε = 0.5t ÷ (R + 0.5t)(식 1)이고, 층마다 탄성률이 다르면 복합 구조의 중립면이 달라짐. 기판 50 µm·층 0.5 µm·반경 1 mm일 때 2.53 %. 반복 굽힘 용도는 정적 시험만으로 신뢰성을 알 수 없다고 정리. 시험법 리뷰이며 Parylene 막이나 코팅된 플렉시블 기판의 시험값은 없습니다.
3. Lee, C. D. & Meng, E., "Mechanical Properties of Thin-Film Parylene–Metal–Parylene Devices", Frontiers in Mechanical Engineering 1, 10, 2015. https://doi.org/10.3389/fmech.2015.00010 (출판사 PDF, CC BY) — University of Southern California. Parylene C 사이에 백금 배선을 넣은 케이블을 ±90° 반복 굽힘(10–100k 회). 에지 균열은 2천 회 뒤 처음 보이고 10만 회 뒤 배선 위를 가로지름. 균열 사진(그림 14)은 Al₂O₃ 층이 있는 소자이고 1만 회까지만 굽혔습니다. Al₂O₃ 없는 소자는 10만 회까지 절연이 크게 떨어지지 않음. 두께 26 µm 소자의 배선이 끊어지는 최소 굽힘 지름은 138 ± 16 µm, 위쪽 Parylene 아래 Al₂O₃ 1층을 더한 소자는 Al₂O₃ 쪽으로 굽힐 때 476 ± 60 µm(반대쪽은 끊어지지 않음). 박리 강도는 P–금속–P 계면이 P–P 계면의 약 50배. Parylene 박막만의 소자 시험이며 플렉시블 기판 위 코팅막의 굽힘 수명이 아닙니다.
4. Suo, Z., Ma, E. Y., Gleskova, H. & Wagner, S., "Mechanics of rollable and foldable film-on-foil electronics", Applied Physics Letters 74(8), 1177–1179, 1999. https://doi.org/10.1063/1.123478 (출판사 PDF) — Princeton University. 강철·폴리이미드 박판 위 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 굽힘 역학. 두께 25 µm 강철 박판 위 트랜지스터는 소자가 안쪽일 때 반경 2.5 mm, 바깥쪽일 때 1.5 mm까지 동작. 균질한 판의 표면 변형률은 (막 두께 + 기판 두께) ÷ 2R이고, 허용 최소 반경은 전체 두께에 비례. 기판이 막보다 무르면 막의 변형률이 최대 5분의 1로 줄고, 소자를 기판과 봉지층 사이 중립면에 두면 굽힘 변형이 더해지지 않음. 제작 중 열 변형과 굽힘 변형이 더해지거나 상쇄된다고 설명. 박막 트랜지스터 연구이며 Parylene 막의 시험값은 없습니다.
5. Kohler, A., Blendinger, F., Müller, S., Mescheder, U. & Bucher, V., "Feasibility of Parylene C for encapsulating piezoelectric actuators in active medical implants", Frontiers in Medical Technology 5, 1211423, 2023. https://doi.org/10.3389/fmedt.2023.1211423 (PMC 전문 PMC10690945, CC BY) — Furtwangen University·University of Freiburg. Perspective 유형 논문. 이형층 위에 증착해 떼어 낸 11.9 µm Parylene C 단독 필름 5장의 인장 시험: 변형률 약 1 %까지 직선, 영률 2.81 ± 0.06 GPa, 항복 강도 42.5 ± 1.1 MPa, 항복 변형률 2.58 ± 0.17 %. 산소 플라즈마와 A-174로 전처리하고 같은 막으로 봉지한 압전 구동기 5개는 연속 5 × 10⁵회 구동에서 고장이 없었고, 단계별로 나눠 시험한 5개 중 1개는 5 × 10³회 뒤 절연이 무너졌음. 의료용 압전 소자 봉지 연구이며, 굽힘 시험이나 플렉시블 기판 위 막의 값이 아닙니다.
6. Hassler, C., von Metzen, R. P., Ruther, P. & Stieglitz, T., "Characterization of parylene C as an encapsulation material for implanted neural prostheses", Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials 93B(1), 266–274, 2010. https://doi.org/10.1002/jbm.b.31584 — University of Freiburg(IMTEK). Si₃N₄·백금·금·폴리이미드(PI2611)·Parylene C 위 Parylene C 20 µm의 밀착을 산소 플라즈마·A-174·200 °C 진공 열처리·증기 멸균 조합으로 박리 시험. 폴리이미드 T-박리는 모든 조합에서 50 mN/cm 미만이었고 A-174 뒤 열처리가 약 100 mN/cm로 가장 높았음. Si₃N₄·백금은 A-174로 약 1,000 mN/cm, Parylene 두 층 사이는 약 1,000 mN/cm였지만 산소 플라즈마 뒤 10–1,000 mN/cm. 파단 신율은 처리 전 7.5–42 %, 멸균·열처리 뒤 2.5–10 %(결정 비율 증가). 이식형 소자 연구이며 굽힘 시험은 없습니다. 폴리이미드 밀착을 다룬 다른 보고와 결과가 엇갈립니다.
7. Keum, C., Murawski, C., Archer, E., Kwon, S., Mischok, A. & Gather, M. C., "A substrateless, flexible, and water-resistant organic light-emitting diode", Nature Communications 11, 6250, 2020. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20016-3 (PMC 전문 PMC7721873) — University of St Andrews·University of Cologne. 기판 없이 총두께 약 12 µm로 만든 적색 OLED. 봉지막은 Parylene C 3 µm와 원자층 증착 Al₂O₃/ZrO₂ 나노적층 50 nm를 번갈아 쌓았고, 발광층은 중립면 부근에 둠. 반경 1.5 mm로 5,000회 반복 굽혀도 전류–휘도 특성이 그대로였고 변동은 6 % 미만. 공기 중 70일 넘게 성능이 떨어지지 않았고, 물과 세포 배양액에서 최소 2주 안정. OLED 소자의 결과이며, 무기 나노적층 없이 Parylene만 쓴 구조의 굽힘 결과는 아닙니다.
8. Kong, S. U., Lee, S., Chang, J., Kim, D., Hong, S. Y., Lee, Y., Choi, K. C. & Jeong, E. G., "Curvature-Conforming Nanostructured Encapsulation for Washable and Mechanically Reliable Fiber OLEDs", ACS Applied Materials & Interfaces 18(26), 36935–36946, 2026. https://doi.org/10.1021/acsami.6c06104 — 초록: KAIST·인천대학교. 섬유형 OLED에 저온 원자층 증착 Al₂O₃/ZnO 나노적층 장벽과 Parylene C 위층을 함께 올린 봉지. 순수 굽힘을 주는 힌지 장치에서 인장 변형률 1.8 %로 1,000회 굽힌 뒤에도 발광이 유지됐고, 봉지하지 않은 소자의 변형 한계를 넘었음. 물속에 완전히 잠긴 상태에서도 발광했고, 굽힘·세탁 모사 처리 뒤 초기 휘도 2,000 cd/m²에서 동작 수명이 유지됐음. 초록만 확인했으며, 막 두께와 Parylene 단독 구조의 굽힘 결과는 초록에 없습니다.
9. Kyeong, M., Noh, J. H. & Kwon, J. H., "Hybrid Parylene-C/Al2O3–TiO2 Nanolaminate Barriers for Reliable Freestanding OLED Photopatches", ACS Applied Materials & Interfaces 18(35), 47929–47940, 2026. https://doi.org/10.1021/acsami.6c12584 (출판사 PDF, CC BY-NC-ND 4.0) — 충북대학교 등. 피부에 붙이는 OLED 패치를 Parylene C 약 2 µm와 원자층 증착 Al₂O₃–TiO₂ 나노적층 약 60 nm 2쌍으로 위아래 대칭 봉지하고 발광층을 중립면에 둠. Ca 시험(30 °C·90 %RH) 수증기 투과율은 Parylene C 단층 2.41 × 10⁻², 1쌍 1.36 × 10⁻⁴, 2쌍 8.34 × 10⁻⁶ g/m²/day. 반경 0.5 mm 100회 굽힘 뒤 휘도 유지, 85 °C·85 %RH 120시간 뒤 특성 유지, 물속 14일 안정. 휘도 80 % 유지 시간은 36.4 → 688.4시간. Parylene C 단층의 막 두께는 별도로 적혀 있지 않고, 굽힘은 100회까지입니다.
10. Kim, J., "Characteristics of Moisture Barrier Layer of Al2O3-Parylene Dyad Structure for Use as Solar Cell Encapsulant", Applied Science and Convergence Technology 33(2), 45–49, 2024. https://doi.org/10.5757/asct.2024.33.2.45 (출판사 공개 PDF) — 청주대학교. PEN 125 µm 위에 Parylene C를 먼저 올리고 Al₂O₃(70 nm, 원자층 증착)–Parylene C를 1·2·3쌍 쌓아 40 °C·90 %RH에서 수증기 투과율을 측정. Al₂O₃ 70 nm 단층은 9.64 × 10⁻², Al₂O₃ 70 nm와 Parylene 700 nm 2쌍은 2.01 × 10⁻⁴ g/m²/day. 구리 25 µm/폴리이미드 50 µm/구리 25 µm FPCB에 GaAs 셀 2개를 붙인 모듈을 2쌍 막으로 봉지했고, 85 °C·85 %RH 500시간 뒤 효율이 18.77 %에서 18.25 %로 2.8 % 낮아졌음. 굽힘 시험은 없고, 태양전지 모듈 한 종류의 결과입니다.
11. Passlack, U., Simon, N., Bucher, V., Harendt, C., Stieglitz, T. & Burghartz, J. N., "Flexible Ultrathin Chip-Film Patch for Electronic Component Integration and Encapsulation using Atomic Layer-Deposited Al2O3-TiO2 Nanolaminates", ACS Applied Materials & Interfaces 15(12), 16221–16231, 2023. https://doi.org/10.1021/acsami.2c22513 (PMC 전문 PMC10064999, CC BY-NC-ND 4.0) — IMS CHIPS·University of Freiburg 등. 산소 플라즈마와 A-174로 전처리한 5 µm 폴리이미드(PI-2611) 필름의 수증기 투과율(85 %RH·23 °C)은 Parylene C 1 µm 0.12, 5 µm 0.08, BCB 1 µm 0.16 g/m²/day였고, Al₂O₃–TiO₂ 나노적층은 최저 1.58 × 10⁻³. Parylene C 막의 인장 응력은 5 µm까지 약 1 MPa, BCB는 36 MPa. 플라즈마 처리로 나노적층의 밀착력이 1.3배. 나노적층 봉지 패치는 37 °C 식염수·주기 가압에서 11개월 넘게 누설이 안정. 굽힘 시험은 없고, Parylene 층은 비교용 봉지였습니다.
12. Son, Y. H., Lee, M., Song, J.-Y., Kwon, H.-J., Choi, K. C. & Kwon, J. H., "Biointegrated Multilayer Stretchable OLED Platform With Strain-Decoupled Architecture for Durable Phototherapeutic Applications", Advanced Science 13(51), e76176, 2026. https://doi.org/10.1002/advs.76176 (PMC 전문 PMC13336443, CC BY 4.0) — KAIST·충북대학교·충남대학교. 늘어나는 OLED 광치료 소자의 봉지로 원자층 증착 무기 나노적층(TiO₂·HfO₂·Al₂O₃·SiO₂, n-DBR4)과 Parylene C를 비교. 단독 필름 인장에서 Parylene C는 6.72 ± 0.42 %, 무기 나노적층은 0.43 ± 0.03 %에서 파단했고, 두 층을 겹친 막은 0.61 %, 무기층 양쪽을 Parylene C로 감싼 대칭 다층은 1.63 ± 0.39 %까지 늘어남. Ca 시험(30 °C·90 %RH)에서 1,000회 굽힘 뒤 무기층 단독은 변형률 0.93 %에서 투과율이 10배 넘게 늘었고, 대칭 다층은 0.93 %까지 한 자릿수 안, 1.87 %에서 3.76 × 10⁻⁵ g/m²/day. 본문에서 Parylene 막 두께와 굽힘 반경은 찾지 못했고, Parylene 단층의 굽힘 뒤 투과율 값은 없습니다.

산업 기술자료

13. Specialty Coating Systems, SCS Parylene Properties, Table 5 "Parylene Physical and Mechanical Properties". 본문 확인은 공개 미러본 https://nrf.aux.eng.ufl.edu/_files/documents/176.pdf — 항복 신율 Parylene N 2.5 · ParyFree 2.2 · C 2.9 · D 3.0 · HT 2.0 %, 파단 신율은 다섯 종 모두 2–200 %, 시컨트 모듈러스 N 350,000 · ParyFree 550,000 · C 400,000 · D 380,000 · HT 370,000 psi입니다. 재료 공급사가 발행한 이해관계 있는 1차 자료이며, 값은 단독 필름이나 표준 시편의 값입니다. 부품 위 막에서 측정한 값이 아닙니다.

자사 데이터

14. (주)와인 자사 운영 기준 (2026-08, 2026-11 보완) — Parylene C·N 상시 운영(D·VT4는 사양 협의, HT는 현재 운영하지 않음), 원자층 증착 등 무기층 증착 공정은 운영하지 않음, 플렉시블·리지드플렉스 기판 문의 접수 시 굽힘 반경·굽힘부 적층 두께·반복 여부와 횟수·굽힘부 코팅 여부를 확인하는 운영, 두께 운영 범위 0.5–50 µm, 기본 검사는 두께·외관, 신뢰성 시험은 고객 또는 외부 시험기관과 협의, 시편 선행 확인. 자사 설비 운영 기준이며 외부 시험기관 성적서가 아닙니다. 굽힘 수명과 굽힘 뒤 수분 차단에 대한 자사 측정 데이터는 없으며, 반복 굽힘에서의 내구를 보증하지 않습니다.