제1탄 : PCB와 FPCB란? (비에이치와 인터플렉스) 휴대용폰 특전 필수 부품 알기 쉬운

기반이 얼마나 중요한가.초등학교 때 과학실에서 납땜 실험을 했던 게 생각나요. 뜨거운 인두를 들고 긴 납으로 전선을 연결하고 전구를 켜는 실험을 했나봐요. 인손이 뜨겁고 위험하기 때문에, 분명 화를 내는 사람도 있었을 것입니다. 만약 녹색 기판 없이 전선과 전구만을 이용해 회로를 구성했다면 전선과 전구를 특정 위치에 고정시킬 수 없기 때문에 불을 켰다 하기가 무척 불편했을 겁니다.

그러고 보니 납땜의 불편을 줄이기 위해 빵판이라는 기판을 이용한 기억도 있습니다. 빵판이라는 기판은 구멍이 움푹움푹 뚫려 있어 전선을 쳐서 납땜을 하기 쉬운 구조로 만들어져 있습니다. 빵이라는 용어는 영어로도 bread board라고 부릅니다.

어떤 전자기기에서도 기반의 역할은 매우 중요합니다. 컴퓨터만 분해해도 메인보드라는 부품이 필수로 이용되고, 작은 캐패시터 하나가 고장 나도 컴퓨터가 완전히 멈출 정도로 중요한 역할을 합니다. 어떤 가전제품을 보더라도 녹색으로 칠해진 전자부품용 기판과 그 위에 전기가 통하도록 무수히 그려진 전선을 볼 수 있습니다.

이러한 기판을 PCB라고 합니다. 인쇄회로기판(Printed circuit board)이라는 이름에서 알 수 있듯이 부품과 부품을 연결하는 배선이 마치 기판에 인쇄된 것처럼 매우 납작하게 만들어졌지만 실제로 이 배선들은 모두 종이에 인쇄하는 것과 흡사한 공정을 거쳐 만들어집니다. 물론잉크를만드는것이아니라폴리머소재와금속소재를여러번쌓은뒤패턴을만드는공정을통해서벗기고또쌓는다이런방법으로만들어집니다.

 

이처럼 PCB는 전자제품의 작동에 있어 중심을 잡아주는 역할을 합니다. 부품과 부품을 전선과 연결하여 전기를 통해 전자제품 안에 들어간 수백 수천 개의 부품이 전기신호를 주고받으면서 작동하도록 만듭니다.

 

PCB 기판은 사진에서도 볼 수 있듯이 단단한 사각형의 구조로 되어 있습니다. 모양은 필요에 따라 조금씩 달라질 수 있지만 딱딱한 녹색을 띄고 있다는 점은 거의 동일합니다. 기판이 녹색을 띠는 이유는 납땜이 필요한 영역에 한해 납이 달라붙어 납땜이 이루어지지 않도록 일종의 마스킹으로 되어 있기 때문에 PCB는 보통 녹색을 띠게 됩니다. 물론제품에따라서는주황색이나흰색처럼특별한경우도있겠지만우리가보는PCB는대부분녹색입니다. PCB 기판은 최근 5G 장치 투자가 세계적으로 급증하면서 수요가 크게 늘고 있습니다. 다양한 종류의 기재에 맞추어 다양한 종류의 PCB 기판이 이용되므로 향후 수요는 확실히 증가할 것으로 예상됩니다.

 

하지만 최근 전자기기가 매우 발달함에 따라 이 PCB의 이용에는 한계가 생겼습니다. 스마트폰처럼 아주 작은 전자제품에 크기가 정해져 있는 단단한 PCB가 완전히 들어가기에는 너무 비효율적이었습니다. 여러 종류의 기판들이 좁은 공간에 함께 들어서기 때문에 이들 기판들이 자유롭게 휘어질 수 있어야만 전자기기를 원하는 디자인과 크기를 깨끗하게 만들 수 있게 된 것이죠. 이것에 의해 PCB의 소재를 완전하게 바꾸어 구부릴 수 있는 플렉시블 PCB(FPCB)가 넓게 도입되었습니다. 사실 FPCB는 최근에 개발된 제품이 아닙니다. 과거, 가로 본능이나 상하로 오르내리는 2 G휴대폰에도 FPCB는 넓게 사용되어 그 밖에도 많은 가전 기기에 필요에 따라서 휘어지는 소재를 사용했습니다.

PCB, FPCB와 함께 또 하나 알아야 할 개념은 RF-PCB(rigid flexible PCB)입니다. RF-PCB는 기존의 견고한 PCB와 FPCB가 혼용된 구조를 가지고 있습니다. 단단한 영역과 휘어지는 영역이 공존하는 거죠. 이게 왜 중요하지? 이와같이혼용구조를만들게되면아주다양한종류의신호를한번에전송할수있도록기판을다층구조로하고,좁은스마트폰구석구석에위치하더라도다양한부품과원활하게연결되어공간효율성이극대화되기때문입니다. 특히 FPCB보다는 단단한 PCB가 안전성도 높고 고성능 기판을 제작하는데도 유리합니다. 각각의 장점을 살려 RF-PCB를 만드는 것입니다.

FPCB가 정말 중요한 부품인 이유?실제로 FPCB처럼 휘어지는 기판이 스마트폰에 들어가면 어떤 장점이 있을까요?

 

스마트폰의 문제점은 용량이 적은 배터리입니다. 과거에는 휴대전화 사양이 낮아 한 번 충전해도 이틀 정도면 쉽게 사용할 수 있었지만, 최근 휴대전화는 초고사양화되어 배터리가 하루 만에 다 닳아 버립니다. 영상을 자주 보거나 게임을 많이 하는 분이라면 보조배터리까지 휴대해야 할 정도입니다. 따라서 향후 더욱 개선되는 스마트폰의 사양을 고려하여 배터리를 최대한 크게 하여 최대한 용량을 늘려야 합니다. 그런 와중에 스마트폰 내 부품들 간의 전기신호를 보내는 PCB 같은 부품들이 많은 공간을 차지하다 보니 공간이 부족해 배터리를 크게 만들지 못해 용량을 늘리지 못하고 있습니다. 이를 통해 FPCB를 도입하여 최대한 공간을 확보하자는 것입니다.

 

FPCB는 특히 디스플레이를 동작시키는데 중요한 역할을 하는데, 실제로 비에이치와 같은 대표적인 FPCB 업체들은 주요 매출이 OLED 디스플레이용 FPCB에서 나오고 있습니다. FPCB가 디스플레이 구동에 특히 중요한 이유는 스마트폰에서의 주요 부품과 디스플레이를 연결하는 회로가 가장 복잡하고 가장 많은 부피를 차지하기 때문입니다. 과거에 반도체 포스팅에서 잠깐 얘기한 적이 있는데,

▼과거 포스팅: PC와 스마트폰으로 반도체를 쉽게 이해해 보자(1): 반도체 업종의 착실한 캐시 카우 https://blog.naver.com/hodolry 반도체가 뭐야?최근 한국의 수출품목 중 압도적인 1위는 반도체입니다. 순전히 영업이익으로만 따지면 상 blog.naver.com

 

디스플레이는 수천만개의 아주 작은 픽셀로 구성되어 있습니다. 그런 픽셀들 하나하나에 신호를 전달해줘야 하는데, 픽셀의 수가 굉장히 많기 때문에 전달해야 되는 신호들도 굉장히 많고, 회로도 굉장히 많이 필요합니다. 또한 디스플레이는 AP(또는 CPU)와 같이 작은 사이즈의 부품도 아니고, 휴대 전화 면적의 대부분을 차지하고 있습니다. 그래서 그렇게 많은 회로들이 넓은 면적에 걸쳐 분포해야 합니다. 이를 통해 디스플레이용 PCB를 효율적으로 작게 하면 부피를 상당히 줄일 수 있습니다.

 

그뿐만이 아닙니다. 디스플레이 바로 위에는 터치패널까지 존재하고 있습니다. 우리가 손으로 화면 특정 위치를 터치하면 휴대전화기가 이에 반응해야 합니다. 우리가정확하게어디에터치했는지를센서가인식을하면이위치정보를회로를통해서전달해야합니다. 따라서 터치패널도 디스플레이와 마찬가지로 매우 많은 신호를 주고 받아야 하지만 넓은 면적에 걸쳐 존재하기 때문에 디스플레이처럼 회로기판이 많은 공간을 차지할 수밖에 없습니다. 그래서 디스플레이용 FPCB와 함께 터치패널용 PCB가 매우 중요해진 것입니다.

 

디스플레이용 FPCB와 터치패널용 FPCB가 각각 스마트폰 안으로 들어와 상당한 공간을 차지하고 있습니다. 그런데 이와 같이 두 FPCB가 상당한 공간을 차지하는 형태가 매우 비효율적이어서 이 둘을 통합하려는 시도가 꾸준히 진행되어 왔습니다. 디스플레이를 만들 때, 터치 패널을 일체형으로 만들어 버리는 것이로군요. 이렇게 되면 디스플레이용 FPCB와 터치패널용 FPCB를 따로 만들지 않고 1개의 다층구조 RF-PCB를 이용하여 일체화가 가능합니다. 이렇게 통합된 형태의 다층 RF-PCB는 한층 더 업그레이드 된 제품인 만큼 판매 단가도 월등히 높을 것으로 예상됩니다.

 

덧붙여서, 터치 패널용의 FPCB는, 참가 장벽이 약간 낮기 때문에, 애플의 iPhone용의 경우, 일본이나 대만등의 해외 메이커까지 새로운 벤더로서 합류했습니다. 따라서 향후 애플의 OLED 탑재 아이폰이 터치패널 일체형 제품에 사용될지, 따로 움직이는지, 누가 RF-PCB를 주요 생산할지 등이 주목해야 할 포인트입니다.

디스플레이용 FPCB의 근황 OLED용 FPBC의 호황은 2년 전 애플이 OLED 디스플레이를 채택하면서 빠르게 다가왔습니다. 특히 비에이시는 애플 납품 2년 전부터 OLED용 FPCB의 재고가 급격하게 증가하고, 애플 납품이 이루어지면서 재고가 급속히 소진되어 이익이 폭발하는 파장을 맞았습니다.

▼ 비 에이치의 매출액에 대한 재고 자산 및 영업 이익의 변동

하지만 이런 호황은 오래가지 않았습니다. 애플의 OLED 탑재 모델이 예상보다 저조해 많이 팔리지 않아 생산량 감소로 이어졌기 때문입니다. 하지만 애플이 출시하는 신제품의 OLED 채용 비중이 높아짐에 따라 다시 한 번 OLED용 FPCB 사용이 크게 늘어날 것으로 예상되고 있습니다. 다만, 애플이 기존 협력업체 이외의 신규 협력업체로부터 OLED용 FPCB를 공급받는 전략을 추진 중이어서 업계별로 어느 정도 수혜를 볼지는 불투명합니다. 이에 따라 국내 기업이 독점하던 라인도 무너지거나 경쟁이 치열해질 것으로 예상됩니다.

▼2018.01.16 더벨 <부품업계, 아이폰용 FPCB 한국 독점 종료…일본·대만 추가> https://www.thebell.co.kr/free/content 애플이 올해 OLED 아이폰용 연성인쇄회로기판(FPCB) 공급사를 다변화한다. OLED 아이폰용 FPCB는 지난해 국내 협력업체들이 독점했지만 올해는 일본과 대만 업체들이 새로 합류한다. 애플이 지난해 OLED 디스플레이 패널 탑재 모델을 1대에서 올해 2www.thebell.co.kr

 

그럼에도 불구하고 향후 애플이 꾸준히 OLED 채용 제품을 확대해 2021~2022년에는 폴더블 제품도 가시화될 것으로 예상되어 FPCB 사용은 꾸준히 확대될 것으로 예상됩니다.

FPCB가 또 하나 주목하는 어플리케이션은 이 폴더블폰입니다. 갤럭시폴드가 초기 물량을 가볍게 팔아치우면서 폴더블폰에 대한 기대감이 더욱 커지고 있지만 내년에는 두 종류(갤럭시폴드 유사 제품과 위아래로 접히는 제품)의 폴더블폰이 출시된다고 하니 더 큰 시장확대가 기대됩니다. 당연히 FPCB는 폴더블 폰에서 더욱 위력을 발휘할 것으로 생각됩니다. 포터블폰은 디스플레이 면적이 더 많아지거나 디스플레이 수가 늘어나 접는 영역까지 매우 중요해지기 때문에 FPCB의 역할이 커질 수밖에 없습니다. 실제로 포터블폰 시장이 확대됨에 따라 가장 큰 혜택을 받는 부품 중 하나는 FPCB가 될 것으로 예상됩니다. 갤럭시가 초기형 제품을 확대하고 약 2~3년 뒤에는 애플이 이에 따라 폴더블 제품을 출시할 것으로 기대될 정도로 관련 문제를 면밀히 살펴보면 투자의 기회가 올 수도 있을 겁니다.

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본문의 난이도★(5) 되도록 쉽게 풀어보려고 했지만, 이번의 글은 조금 어려울까 라고도 생각합니다.

 

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