중앙집중식 부품 라이브러리 - 하드웨어 팀을 위한 최선의 실천 방안

하드웨어 엔지니어로서 프리랜서 경력 4년 차가 될 때까지 아무도 말해주지 않았던 것이 있습니다: 부품 라이브러리와 그것을 잘 관리하는 것이 PCB 설계의 진짜 병목 현상입니다.

회로 설계나 PCB 레이아웃보다는 부품, 그들의 가용성, 그리고 적합성이 더 중요합니다.

저를 포함한 다른 엔지니어들은 올바른 버전이 무엇인지 몰라 라이브러리에서 적절한 커넥터와 헤더를 찾는 데 몇 시간이나 며칠을 보냈습니다.

저항기, 커패시터 및 기타 수동 부품이 잘못된 제조업체 부품 번호를 가지고 있거나 재고가 없거나 EOL(생산 종료) 상태여서 보드가 몇 주 동안 지연된 적이 있습니다. BOM 관리 도구에서 칩이 NRND(신규 제품이 아님) 또는 EOL로 나타나는 중간 견적 상황도 목격했습니다.

이러한 문제들은 PCB 레이아웃이 완료된 후에도 많은 시간을 소모합니다. 불행히도 BOM에 있는 부품 수를 고려할 때, 이러한 상황들은 높은 확률로 발생하며, 드문 예외가 아닙니다.

이 글에서는 하드웨어 팀이 더 빠르게 움직이고 생산에 있어서 예상치 못한 일들을 피할 수 있도록 중앙 집중식 부품 라이브러리를 구축하고 유지하는 최선의 방법을 탐구할 것입니다.

주요 핵심 사항들

• 관리가 부실하거나 분산된 부품 라이브러리는 PCB 설계에서 주요 병목 현상을 일으키며, 종종 회로도나 레이아웃 작업보다 더 많은 지연을 초래합니다.
• 모든 엔지니어가 부품을 다르게 관리하면 중복 부품, 일관성 없는 풋프린트, 누락된 3D 모델이 발생하여 견적 및 생산 중에 오류와 시간 낭비가 발생합니다.
• 강력한 중앙 집중식 시스템은 명확한 부품 생성 워크플로우, 표준화된 심볼 및 풋프린트, 엄격한 버전 관리, 그리고 정의된 검토/승인 역할이 필요합니다.
• 효과적인 중앙 집중식 라이브러리에는 부품 미리보기, 디자인 전반에 걸친 사용 추적, 라이프사이클/상태 가시성, 생태계 전반의 업데이트, 코멘트, 최신 재고 및 가용성 확인과 같은 기능이 포함됩니다.
• 지속적인 유지 관리와 명확한 접근 및 권한 부여는 라이브러리가 정확하게 유지되고 대체품을 지원하며, 마지막 순간의 공급망 놀라움 없이 하드웨어 프로젝트가 원활하게 진행되도록 합니다.

모두가 제 각각 할 때 발생하는 일

다섯 명의 엔지니어가 있다고 가정해 보세요. 각자 자신만의 부품 관리 방법이 있습니다. 한 엔지니어는 더 빠르다고 해서 모든 핀을 "수동"으로 만듭니다. 또 다른 엔지니어는 모든 부품을 완벽하게 만드는 데 너무 많은 시간을 소비합니다. 또 다른 엔지니어는 간단한 시각적 검사 후 그대로 다운로드한 부품 라이브러리와 작업합니다.

여러 디자인에 걸쳐 2년이 지나면 다음과 같은 상황에 직면하게 됩니다:

• 같은 STM32 마이크로컨트롤러 부품 번호가 네 가지 다른 이름으로 저장됩니다.
• IPC 밀도 레벨에 중요한 다른 마당과 패드를 가진 저항기 풋프린트.
• 기계적으로 클리어런스를 신뢰할 수 없게 만드는 3D 모델이 없거나 다른 3D 모델을 가진 부품들.
• 새로운 설계에서도 여전히 구식으로 표시되는 칩들.

견적을 얻으려고 할 때까지 무엇이 빠졌는지 종종 알아차리지 못합니다. 작은 세부 사항 하나를 놓치면 = 하루 종일의 작업을 쉽게 잃을 수 있습니다.

두더지 잡기 부품 문제를 해결하는 방법 (미치지 않고)

실제로 효과가 있는 방법입니다. 실수가 지연, 재설계 또는 잃어버린 작업이 되기 전에 잡아내는 강력한 중앙 집중식 구성 요소 워크플로우를 구축하기 위한 여섯 가지 주요 단계가 있습니다.

• 팀이 더 깊은 이해가 필요하다면 ECAD 라이브러리 관리에 관한 전문 기사를 참조하십시오.

단계 1: 구성 요소 생성 워크플로우 정의하기

생성하는 모든 부품에 필요한 것:

• 스키마틱 심볼
• PCB 풋프린트
• 구성 요소 정보 (상세한 구성 요소 설명, 제조업체, 제조업체 부품 번호, 전압 및 전류와 같은 주요 사양, 데이터시트 링크 또는 파일, 시뮬레이션 모델 등)
• 모두가 접근할 수 있는 저장 위치

이것이 당신의 기준입니다. 모든 하드웨어 디자인은 모든 구성 요소에 대해 이것들이 필요합니다.

단계 2: 범용적인 방식으로 회로 기호 생성하기

회로 기호에 대해:

• IEC/IEEE 표준 기호를 사용하세요. 경력이 많은 엔지니어가 여러분의 회로도를 더 빠르게 읽을 수 있습니다. 디버깅을 위해 실제 핀 배치를 보여줘야 한다면, 두 번째 기호 버전을 만드세요.
• 핀 유형을 정확하게 설정하세요. 모든 것을 "수동"으로 표시하지 마세요. 필요에 따라 입력, 출력, 양방향, 전원을 사용하세요(데이터시트를 참조하세요). 올바른 핀 유형은 DRC가 문제를 자동으로 잡아내는 데 도움이 됩니다.
• 자세한 설명을 추가하세요. 장치가 무엇을 하는지, 어디에 사용되는지 적으세요. 예를 들어, "STM32F4 ARM Cortex-M4, 168 MHz, 제품 A, B, C에서 모터 제어용으로 사용됨." 미래의 당신이 감사할 것입니다.
• 회사 내부 부품 번호를 포함하세요. 이를 통해 여러 제조업체 부품 번호를 동일한 내부 장치에 매핑할 수 있습니다.
• 모두가 접근할 수 있는 곳에 기호를 저장하세요. 버전 관리가 있는 네트워크 드라이브, 내장 버전 관리가 있는 클라우드 저장소, 또는 Git/SVN을 사용하세요.
• 가능하다면 기호 및 발자국 미리보기를 사용하세요.다운로드하지 않고 미리 볼 수 있거나, 심볼, 풋프린트, 3D 모델의 미리보기 이미지를 업로드할 수 있는 시스템이나 PLM을 선택하세요.

단계 3: 과도하게 생각하지 않고 풋프린트 다루기

풋프린트는 심볼보다 쉽습니다. 다음 단계를 따르세요:

• IPC-7351을 사용하여 이름을 지정하세요. 이렇게 하면 일관되고 의미 있는 명명을 할 수 있습니다.
• 표준 풋프린트 시작 팩을 다운로드하세요. 일반적으로 사용하는 0201, 0402, 0603, 0805, 1210, SOIC, SSOP 등의 표준 풋프린트를 신뢰할 수 있는 출처(예: Octopart)에서 한 번에 받으세요. 이것으로 대부분의 부품을 커버할 수 있습니다.
• 맞춤형 디바이스 모델의 경우 필요에 따라 다운로드하세요. 커넥터, 인덕터 및 기타 독특한 부품의 경우 필요에 따라 풋프린트를 다운로드하고, 로컬에서 테스트한 다음, 중앙 집중식 허브로 릴리스 과정을 통해 푸시하세요.
• 다양한 보드 밀도에 대한 랜드 패턴을 포함하세요. 이는 특히 HDI PCB와 제작업체가 사용하는 납땜 방법에 맞추는 것이 중요합니다.

단계 4: 버전 관리 설정하기

제가 이전에 있었던 한 역할에서, 한 선임 전기 엔지니어가 버전 관리를 일관되게 사용하지 않았습니다. 프로젝트가 몇 달 진행된 후, 엔지니어링 디렉터가 저항기가 3 kΩ에서 10 kΩ로 변경된 것을 발견했습니다. 그는 일주일 전에 올바른 값을 보여주는 인쇄된 회로도를 가지고 있었습니다.

가능한 원인: 대체 회로 솔루션이 새 디자인에 복사되었고 저항기 값이 결코 다시 변경되지 않았습니다.

저도 하네스 디자인 세부 사항과 관련하여 비슷한 실수를 저질렀습니다. 올바른 회로였지만 두 개의 와이어 라벨이 잘못되었습니다. 그 경우, SVN에 백업된 회로도를 사용하여 모든 것을 몇 분 안에 올바른 버전으로 되돌릴 수 있습니다.

Git, SVN, PLM, 또는 클라우드 솔루션을 사용하든, 디지털 버전 관리와 디자인 소프트웨어에 연결된 추적 가능한 승인 과정이 필요합니다. 시각적 메모만으로는 충분하지 않습니다.

단계 5: 승인 과정

부품을 생산이나 프로토타입에 사용하기 전에 출시되어야 합니다. 그래서 여기 간단한 승인 워크플로우가 있습니다:

1. 부품 초안
    
   • 부품을 만듭니다. 기능적으로는 작동하지만, 승인되지 않았습니다.
   • Draft 01, Draft 02 등으로 표시하세요.
      
2. 부품 검토
    
   • 데이터시트와 대조하여 발자국을 확인하는 사람.
   • 부품 번호를 확인하는 사람.
   • 3D 모델이 인클로저에 맞는지 확인하는 사람.
   • 문제가 발견되고 수정됩니다.
      
3. 부품 출시
    
   • 검토를 통과하면 Revision A가 됩니다.
   • 이제 모든 사람이 사용할 수 있습니다. 공식적입니다.

출시된 부품을 변경해야 하는 경우, 다시 초안(예: A1)으로 옮기고, 다시 검토한 다음 Revision B로 출시하세요.

버전 번호 예:

• Draft 01, Draft 02, Draft 03…
• 승인 → 출시 = Revision A
• 다음 변경 주기 → 초안 → 검토 → Revision B

규칙: 변경한 주요 내용을 명확하게 설명하는 코멘트를 항상 남기세요. "부품 업데이트"가 아니라 "DRC가 시트 4에서 실패하여 핀 7 유형을 지정되지 않음에서 전원으로 변경했습니다."라고 적어야 합니다. 6개월 후, 누군가가 왜 변경했는지 궁금해하고 되돌릴 수도 있습니다. 코멘트는 이를 방지합니다.

단계 6: 누가 무엇을 검토하고 승인하는지

표준 승인 프로세스를 갖추는 것은 모든 것을 더 빠르고 신뢰할 수 있게 만듭니다.

명확한 소유권 할당:

• 한 명의 고급 엔지니어가 모든 아날로그 부품을 승인합니다.
• 다른 한 명은 디지털 부품을 승인합니다.
• 기계 엔지니어는 3D 모델과 여유 공간을 확인합니다.
• 디렉터나 리드가 최종 승인을 합니다.

부품 정보에 소유자의 이름을 넣으세요. 누군가가 STM32에 대해 질문이 있을 때, 누구에게 물어봐야 할지 정확히 알 수 있습니다.

수천 개의 구성 요소를 가진 회사에서는 도서관 관리의 상당 부분을 한 명의 엔지니어에게 할당하고 필요에 따라 더 많은 사람을 추가하는 것이 일반적입니다. PCB 디자이너는 레이아웃에, 전자 엔지니어는 회로에, 하드웨어 엔지니어는 시스템 통합에 집중할 수 있습니다.

회사가 성장함에 따라, 전담 "도서관 담당자"를 둘 수도 있습니다. 모든 것이 그들을 통해 이루어지므로, 도서관을 더 일관되고 예측 가능하게 만듭니다.

모든 것을 저장할 위치

모든 구성 요소 모델(PCB 풋프린트, 회로도 기호, 3D 모델 등)을 저장할 한 곳이 필요합니다. 로컬 랩톱이나 무작위 폴더에 흩어져 있지 않게.

공통 전략: 엔지니어들은 로컬 복사본의 구성 요소 라이브러리로 작업하고, 이를 수정하고, 실제 설계에서 부품을 검증한 다음, 버전 관리를 사용하여 업데이트된 구성 요소를 중앙 저장소로 다시 푸시합니다. 네트워크 드라이브에서 직접 작업하는 것이 가능하지만 ECAD 성능 문제를 일으킬 수 있습니다.

중앙집중식 구성 요소 시스템이 포함해야 할 핵심 기능은 무엇인가요?

다음 기능을 목표로 하세요:

• 다운로드 없이 부품 미리보기. 구성 요소를 검토할 때 엄청난 시간 절약.
• 부품이 사용된 모든 디자인 추적. 구성 요소가 모든 제품에 걸쳐 어디에 있는지 알아야 합니다.
• 부품 상태 추적: 단종, 재고 없음, 재고 부족, NRND. 제조 견적 전에 이 정보를 갖추면 수주간의 왕복을 절약할 수 있습니다.
• 생태계 전반에 걸쳐 부품을 업데이트하는 기능. 저항기의 발자국을 업데이트할 때, 해당 변경사항이 관련된 모든 설계에 전파되거나 쉽게 가져와야 합니다.
• 부품에 대한 코멘트와 노트. 예를 들어: "이 칩은 발열이 심하므로, 방열판 추가 필요(데이터시트 47페이지 참조)," 또는 "FR4와 함께 이 발자국만 사용하세요."
• 최신 재고 확인. 부품 사용 전에 가용성을 확인하기 위해 유통업체 API나 BOM 도구에 연결.

중앙 집중식 흐름이 이를 지원하지 않으면, 보드 설계보다 부품을 "돌보는" 데 더 많은 시간을 소비하게 됩니다.

모든 부품에 대한 새로운 워크플로우

중앙 집중식 라이브러리에 새로운 부품을 추가하기 위한 적절한 워크플로우는 다음과 같습니다:

1. 부품을 찾고 공급업체, 가격, 가용성 및 CAD 모델을 확인합니다.
2. 부품이 생산 중인지 또는 단종되었는지 확인합니다. 단종된 부품은 사용하지 마세요. 필요한 경우 권장 대체품을 찾습니다.
3. 패키지와 PCB 발자국을 확인합니다. 패키지와 발자국이 크기와 스타일에서 일치하는지 확인합니다.
4. 3D 모델을 구하세요. 주요 소스에서 사용할 수 없는 경우 제조업체의 웹사이트나 전용 3D 모델 라이브러리를 확인하세요.
5. 재고 및 가용성 이력을 확인하세요. 부품이 자주 품절되는 경우 다른 부품을 선택하세요.
6. 대체 부품을 찾으세요. 특히 IC의 경우입니다. 주요 부품이 12주 후에야 구할 수 있을 때가 아니라 지금 합리적인 대체품을 추가하세요.
7. 유통업체를 통합하세요. 여러 공급업체에서 합리적인 최소 주문 수량으로 제공하는 부품을 선호하세요.
8. 부품 데이터시트를 다운로드하세요. URL이 변경될 수 있으므로 회사 서버에 로컬로 저장하세요.
9. 버전 관리가 있는 공유 라이브러리에 부품 모델과 정보를 저장하세요.
10. 부품을 설정하거나 변경한 이유에 대한 간단한 코멘트를 추가한 후 변경사항을 적용하세요.

이 작업을 일관되게 수행하면 나중에 많은 불쾌한 놀라움을 피할 수 있습니다.

당신이 생각하는 것보다 대체 부품이 더 중요합니다

대체 부품의 경우:

• 부품 정보에 대체 부품 번호를 나열하세요.
• 회로 변경사항(다른 핀 배치, 사양 또는 허용 오차)을 기록하세요.
• 가능하다면, 디자인을 공개하기 전에 두 부품 모두를 테스트하세요.

정말로 대체품을 찾을 수 없고 해당 부품이 독특하게 적합한 경우:

• 널리 사용할 수 있는지 확인하세요.
• 안정적인 제조업체를 선호하세요.
• 여러 유통업체가 그것을 취급하는지 확인하세요.
• 위험하다는 것을 명확히 하고 문서화하세요.

가능할 때는, 다른 부품을 사용하여 같은 기능을 달성하는 대체 회로 설계도 고려해 보세요. 이것은 여러분의 설계 재사용 라이브러리의 일부가 됩니다.

부품 라이브러리 유지 관리

실용적인 업데이트 주기:

• 주간: 팀이 필요로 하는 새로운 부품을 추가하세요(위의 워크플로우를 사용하여).
• 월간: 오래된 라이브러리를 업데이트하세요. 단종된 부품을 확인하고 처리 방법을 결정하세요.
• 6개월마다: 성공적인 제품 출시 후, 원래 선택보다 성능이 좋았던 부품을 추가하세요.
• 연간: 특히 IC와 같은 모든 구성 요소를 새로 고쳐서 제조업체의 변경, 인수 및 단종 상태를 파악하세요.

업데이트하는 동안, 물어보세요:

• 부품이 여전히 생산 중인가요?
• 부품이 유통업체에 재고가 있나요?
• 더 새롭거나 개선된 버전이 있나요?
• 어떤 부품에 대체품을 추가해야 하나요?
• 지금 더 좋거나 저렴한 옵션이 있나요?

만약 여러분이 2년 전에 단종된 부품을 사용하고 주문 시점에 이를 발견한다면, 재설계를 해야 하거나 의심스러운 공급업체로부터 구매해야 하는 위험에 직면할 수 있습니다.

중앙 집중식 라이브러리를 유통업체 데이터나 재고 데이터베이스에 연결하면 부품이 부족해지기 전에 이를 확인할 수 있어, 사용 결정을 내리기 전에 확인할 수 있습니다. 공급망의 현실이 하드웨어 일정을 결정합니다.

접근 및 권한

부품 라이브러리에 대한 탄탄한 시스템을 갖춘 후, 접근을 정의하세요:

• 모든 관련 전기 및 전자 엔지니어는 부품을 보고 다운로드할 수 있어야 합니다.
• 특정 기계 엔지니어는 케이스 내에서의 적합성을 확인하기 위해 3D 모델과 풋프린트에 접근할 필요가 있습니다.
• ECAD와 MCAD 협업 도구는 이를 더욱 중요하게 만들며, 이상적으로는 공유된 부품 치수와 케이스 정보를 가지고 있어야 합니다.

전형적인 권한 모델:

• 승인된 모든 사람이 부품을 보고 다운로드할 수 있습니다.
• 엔지니어는 초안 부품을 생성할 수 있습니다.
• 지정된 검토자가 부품을 승인합니다.
• 리드/디렉터가 부품을 출시합니다.

규모가 작을 때는 이 모든 것이 한두 명의 엔지니어에게 달려있을 수 있지만, 가능한 한 빨리 여러 사람의 검토를 목표로 하세요.

자주 묻는 질문들

기계, 펌웨어, 전기 모두 같은 데이터베이스를 공유해야 하나요?

네. 같은 제품에 관여하고 있다면, 특히 더 통합된 ECAD–MCAD 워크플로우와 함께라면 같은 정보가 필요합니다.

출시된 부품을 사람들이 실수로 변경하는 것을 어떻게 방지하나요?

적절한 권한, 버전 관리 및 승인 워크플로우를 사용하세요. 많은 중앙 집중식 시스템은 출시된 파일을 잠글 수 있습니다. 만약 여러분의 시스템이 그렇지 않다면, 서버에서 파일 권한을 강제로 적용하세요.

라이브러리 업데이트에 적합한 일정은 무엇인가요?

매주 새로운 부품을 추가하고, 매달 대량 업데이트를 하며, 6개월마다 프로젝트 후 업데이트를 수행하고, 매년 전체를 새로고침하세요. 지금 비용을 지불하든 나중에 더 많은 비용을 지불하든 선택은 여러분의 몫입니다.

우리 계약자가 우리 라이브러리를 사용하지 않으려고 합니다. 어떻게 해야 하나요?

그들의 이유를 이해하되, 이상적으로는 여러분의 라이브러리를 사용하거나 그들의 것을 여러분의 생태계에 통합할 의향이 있는 계약자와 협력하세요.

단 한 제조업체에서만 구할 수 있는 부품을 어떻게 처리해야 하나요?

위험으로 문서화하세요. 가능하다면 백업 회로 설계를 만들고 재고를 밀접하게 모니터링하세요.

결론

Tom Hausherr가 한 회의에서 나에게 말했습니다: “PCB 레이아웃은 그것의 구성 요소 라이브러리만큼 좋습니다.” 일단 중앙 집중식 라이브러리를 설정하고 나면, 이것 없이 어떻게 일했었는지 궁금해하게 될 것입니다.

탄탄한 시스템을 갖추고 나면, PCB 구성 요소를 관리하고, 최신 공급망 데이터를 얻고, 수백만 개의 사용 준비가 된 부품에 모두 한 곳에서 안전한 PCB 구성 요소 라이브러리를 통해 접근할 수 있습니다.이러한 모범 사례를 실천에 옮기고 싶다면, Altium Develop에서 이것이 실제로 어떤 모습인지 경험해 보세요.