제조를 위한 설계 가이드북

제조를 위한 설계란 무엇인가?

이 가이드북의 목표는 간단합니다 - 매번 좋은 보드를 받아내는 것입니다. 그리고 이를 위해 적용되는 방법론이 바로 제조를 위한 설계(DFM)입니다. 과거에 DFM에 대해 들어본 적이 있을 수도 있지만, 정확히 무엇을 의미하는 걸까요?

제조를 위한 설계(DFM)는 제조 가능하며, 기능적이고, 신뢰할 수 있는 PCB를 설계하는 과정입니다.

이 정의를 염두에 두고, 이 가이드북 내의 설계 관행을 채택함으로써 달성하고자 하는 몇 가지 명확한 목표가 있습니다:

1. 설계 과정에서 놓친 제조 특정 세부 사항으로 인해 여러 번의 보드 재작업이 필요한 상황을 없애는 것.
2. PCB 설계 베테랑들이 제시한 최선의 관행을 따라 제조 가능하며 의도한 대로 기능하는 보드를 설계하고 생산하는 것.
3. 보드 레이아웃과 문서화에 대한 최선의 관행을 따름으로써 설계 수정에 소요되는 시간을 줄이고, 궁극적으로 시장 출시 시간 목표를 일관되게 달성하는 것.

이러한 목표를 달성하기 위해, 이 가이드북은 여러분의 설계 워크플로와 일치하도록 처음부터 끝까지 읽히도록 구성되었습니다. 다음 장의 각 섹션을 읽으면서 PCB 설계 과정의 각 단계에 지식을 적용할 수 있을 것입니다.

이 가이드북에서 찾을 수 있는 내용

이 가이드북은 이론적이면서도 실용적이며, 일관되게 제조 가능한 보드를 만들어낸 신뢰할 수 있고 받아들여진 설계 과학을 적용합니다. 이 가이드북의 주요 섹션은 다음과 같습니다:

섹션 1: 성공적인 제조를 위한 설계 지침

이 섹션에서는 기능적이면서도 제조 가능한 보드 레이아웃을 생산할 수 있는 설계 관행을 다룰 것입니다. 이 섹션에는 다음이 포함됩니다:

• 1장: 전형적인 PCB 제조 과정과 그 다양한 단계 이해하기.
• 2장: 특정 설계 요구 사항을 충족하기 위해 PCB에 적합한 재료 선택하기.
• 3장: PCB 레이아웃 전략 수립하기, 비아/홀 배치, 솔더마스크 레이어 및 실크스크린 문서화 포함.
• 4장: 적절한 간격과 조립을 보장하기 위해 구성 요소 배치 및 방향 설정하기.
• 5장: 제조업체가 성공적인 보드 테스트를 수행할 수 있도록 테스트 포인트 요구 사항 구성하기.

섹션 2: 성공적인 제작 및 조립을 위한 문서화 지침

설계가 완료되어 제조를 위해 준비되면, 제조업체에게 명확한 설계 의도를 제공하기 위해 PCB를 적절히 문서화하는 방법으로 넘어갈 것입니다. 이 섹션에는 다음이 포함됩니다:

• 제6장: PCB 문서화 과정에서 주요 요소가 무엇인지 이해하고 제조업체에게 보내야 할 것이 무엇인지 알아보기.
• 제7장: PCB의 마스터 도면을 조립하여 제조에 필요한 모든 세부 사항을 정확하게 묘사하기.
• 제8장: 선택한 구성 요소로 베어 보드를 제작하기 위해 조립 문서에 포함해야 할 내용 이해하기.
• 제9장: 제조 파일이 중요한 이유와 제조업체에게 보내야 할 구체적인 파일(Gerbers, ODB++, IPC-2581 및 자재 목록) 이해하기.

이 가이드북을 마치면 설계 및 문서화 관행을 자신의 개인적인 워크플로우에 적용하여 제조 준비가 완료된 PCB를 생산할 수 있도록 잘 준비되어 있을 것입니다.

성공적인 제조를 위한 설계 지침

PCB 제조 과정의 하루

제조를 위한 설계 과정을 시작하기 전에, 물리적인 PCB를 생산하는 데 있어 기본적인 과정을 이해하는 것이 중요합니다. 각 시설에서의 다양한 기술에 관계없이, 업계 선도 제조업체의 대다수는 디지털 비트에서 물리적 보드로 디자인을 전환하기 위해 특정한 일련의 단계를 따릅니다. 이 과정의 단계는 그림 1에 개요되어 있으며 다음을 포함합니다:

표준 PCB 제조 과정

고객으로부터의 데이터 전송: Gerber, GerberX2, IPC-2581, ODB++, 넷리스트, NC-드릴, 제작 도면, 사양

데이터 준비: 고객이 제공한 데이터를 도구화로 변환(패널화, 아트워크, 드릴 및 라우트 프로그램)

코어/라미네이트: 양면에 구리가 입혀진 유리 에폭시 기판으로 구성된 얇은 라미네이트 재료(FR-4는 PCB 설계에 가장 일반적으로 사용되는 재료)

 

건식 필름 저항 코팅: 열과 압력을 사용하여 빛에 민감한 필름을 코어의 구리 표면에 적용.

 

아트워크 배치: 고객의 아트워크 패턴(회로 및 랜드 패턴)이 코어의 필름 코팅된 표면에 배치됩니다. 각 표면마다 자체 아트워크 패턴이 있습니다.

자외선에 패널 노출: 이것은 회로 기판의 잠재 이미지를 만듭니다.

패널 개발(저항 제거): 노출된 코어를 화학 용액을 통과시켜 경화되지 않은 영역의 저항을 화학적으로 제거합니다.

 

에칭: 필름 저항으로 덮이지 않은 모든 영역에서 코어의 구리를 화학적으로 제거하여 별도의 구리 패턴을 생성합니다.

 

스트립 저항: 개발된 드라이 필름 저항을 화학적으로 제거합니다.

 

산화 코팅: 구리 표면을 거칠게 하고 라미네이션 주기 동안 프레프레그와의 접착력을 향상시키기 위해 화학 처리합니다.

 

다층 라미네이션: 구리 호일, 프레프레그(다층 접착제), 코어가 열과 압력 하에 결합됩니다.

기본 드릴링: 패널 더미(양면/단면 시작)를 관통하는 구멍을 드릴링합니다.

 

버 제거 및 청소: 구리 버를 기계적으로 제거하고 드릴 구멍에서 파편을 청소합니다.

데스미어: 구멍 벽에서 수지 코팅을 화학적으로 제거합니다.

구리 도금: 패널 표면과 구멍 벽에 얇은 코팅을 화학적으로 도포합니다.

 

드라이 필름 포토레지스트 코팅: 열과 압력을 사용하여 구리 표면에 빛에 민감한 필름을 적용합니다.

 

노출 및 개발: 코어의 내부 레이어 공정과 유사합니다.

 

구리 패턴 도금(전기도금): 노출된 무전해 구리 표면뿐만 아니라 주석에도 추가적인 구리(및 주석)가 전기도금됩니다.

 

에칭: 주석으로 덮이지 않은 모든 영역에서 구리가 제거됩니다.

 

레지스트 제거: 개발된 건식 필름 레지스트가 화학적으로 제거됩니다. 설치된 텐트는 "비도금" 구멍에서 도금이 일어나지 않도록 방지했습니다.

 

솔더 마스크 및 경화: 각 면에 액체 포토이미지 마스크가 적용되어 손으로 만질 수 있을 정도로 건조됩니다. 아트워크도 적용되어 노광됩니다. 패널이 개발되어 아트워크에 의해 정의된 마스크 패턴이 남습니다.

 

핫 에어 솔더 레벨링(가장 일반적인 PCB 표면 처리): 모든 노출된 구리 표면을 덮는 용융 솔더 목욕을 통해 패널이 처리됩니다.

 

표면 처리: RoHS 준수 여부.

핫 에어 레벨링(HAL, HASL): 플럭스 스테이션, 솔더 목욕을 거친 후 공기 나이프(과도한 솔더를 제거하기 위해)를 통해 PCB를 이송합니다.

레전드 및 경화: 고객의 아트워크에 따라 패널의 각 면에 상단 및 하단 오버레이(실크스크린)가 잉크로 인쇄되고, 그 후 패널이 베이크되어 잉크를 경화시킵니다.

 

제작 및 라우팅: 보드가 크기에 맞게 절단됩니다(라우팅, 스코어링, 펀칭 또는 프로파일링으로도 알려짐). 이 단계에서 슬롯과 챔퍼도 추가됩니다.

 

전기 테스트/최종 검사: 보드는 전기적 무결성(필요한 경우 임피던스 포함)에 대해 테스트됩니다. 이 시점에서 단락과 오픈이 수리됩니다. 작은 로트의 경우 주로 플라잉 프로브가 사용되며, 큰 볼륨의 경우 네일 테스트 픽스처가 사용됩니다. 이 단계에서 일반적으로 수행되는 기타 기능에는 자동 광학 검사(AOI)가 포함되며, 이는 내부 및 외부 레이어 비용 드라이버를 다운로드한 CAM 데이터와 비교하여 무결성 및 설계 규칙을 검사하고, 신뢰성 테스트, 고객이 요구하는 경우 통계적 공정 관리(SPC)가 포함됩니다.

보드의 최종 경화가 완료되면, 제조업체는 보드 레이아웃에 설정한 테스트 포인트를 사용하여 전기 테스트 과정을 시작합니다. 이 검증 과정을 통과한 모든 보드는 완성된 것으로 간주되어 배송 및 운송 과정을 거칩니다.

PCB 제조 공정에서의 전형적인 비용 드라이버[1-1]

회로 기판 제작 비용은 설계 단계에서 지정하는 특정 재료와 부품에 의해 크게 결정됩니다. 정보에 입각한 엔지니어들은 제품 사양에 명시된 의도된 기능 요구 사항을 충족시키면서 비용 요인을 신중하게 균형잡는 데 시간을 할애할 것입니다. 제조 공정에서 가장 흔한 비용 요인과 비용 절감 전략은 아래 표에 개요되어 있으며 다음을 포함합니다:

 

제조 의식적인 설계 결정하기

위의 전형적인 PCB 제조 공정에 대한 지식을 이해함으로써, 재료 및 부품 선택에 있어 더욱 정보에 입각한 선택을 할 수 있게 될 것입니다. 제조 공정에 대한 이해를 바탕으로, 이제 실용적인 제조를 위한 설계 과정으로 넘어가 재료 선택부터 시작할 시간입니다.

재료 선택하기

소개

모든 설계 과정은 재료 선택에서 시작되며, 이 장은 귀하의 사양에 명시된 특정 설계 요구 사항을 고려하여 PCB 설계에 적합한 재료를 선택하는 데 중점을 둡니다. 우리는 PCB 설계에 가장 일반적으로 사용되는 FR-4에 대해 주로 집중할 것입니다. 특정 재료 요구 사항이 아래 섹션에 나열되지 않은 경우, 추가 지침을 위해 제조업체에 문의하십시오.

기본 재료 선택 과정

PCB를 설계할 때, 고유한 설계 요구 사항에 기반하여 고려해야 할 여러 가지 재료 선택이 있습니다. 재료를 선택하기 전에, 먼저 보드가 충족해야 할 기능성과 신뢰성 요구 사항을 정의하는 것이 권장됩니다. 이러한 요구 사항에는 일반적으로 다음이 포함됩니다:

• 전기적 특성
• 열적 특성
• 연결부 (솔더링된 구성 요소, 커넥터 등…)
• 구조적 보드 무결성
• 회로 밀도

일반적인 규칙으로, 설계 복잡성과 특성을 늘릴수록 제조 과정에서 발생하는 비용도 더 많아질 것임을 기억하세요. 예산, 기능성, 그리고 신뢰성 목표를 모두 충족시키기 위해 항상 신중하게 균형을 맞추어야 합니다. 재료 선택 과정을 시작하는 방법에 대한 시각적 정보는 그림 2를 참조하세요[2-1].

그림 2 - 디자이너/최종 사용자 재료 선택 맵[2-1]

재료 선택을 위한 추가 기준

선택한 재료로 복합체를 구성하기 시작하면, 온도 특성에 주의 깊게 주의를 기울여야 합니다. 실제로, 가장 낮은 등급의 재료가 최종 제품의 최대 온도를 결정하게 됩니다. 다른 재료를 비교할 때 고려해야 할 다른 항목에는 다음이 포함됩니다:

• 레진 공식
• 난연성
• 열 안정성
• 구조적 강도
• 전기적 특성
• 굽힘 강도
• 최대 연속 안전 운영 온도
• 유리 전이 온도(Tg)
• 보강 시트 재료
• 비표준 크기 및 허용 오차
• 가공성 또는 펀칭성
• 열팽창 계수(CTE)
• 치수 안정성
• 전체 두께 허용 오차

다음 섹션에서는 PCB 설계를 구성하는 주요 구성 요소의 다양한 재료 특성에 대해 자세히 설명합니다. 여기에는 전기적 특성, FR-4, 구리가 포함됩니다.

재료 특성 상세

전기적 특성

전기 요구 사항에 대해 고려해야 할 가장 중요한 특성은 전기 강도, 유전 상수, 그리고 수분 저항입니다. 보다 구체적인 전기적 특성 데이터에 대해서는 제조업체와 상의하십시오. 일반적인 재료와 그에 따른 특성 값 목록은 그림 3을 참조하십시오.

그림 3 - 일반적인 유전 재료의 전형적인 특성 [2-2]

FR-4 기본 값아래의 그림 4에 나와 있는 FR-4의 기본값은 특정 재료 요구 사항을 결정하기 위한 기준으로 사용될 수 있습니다. 이러한 값은 다음 섹션에서 보여주는 것처럼 지정된 기본 재료와 두께에 따라 변경될 것입니다.

 

그림 4 - 기본 FR-4 재료 값[2-3]

FR-4 기본 재료 및 두께

아래 그림 5에 나열된 값은 오늘날 다층 보드 디자인에 사용되는 가장 일반적인 FR-4 재료를 나열하며, FR-4의 적절한 두께를 선택하는 데 도움이 될 것입니다. GETEK^®, Rogers^®, FR-406 및 FR-408을 포함한 FR-4의 특정 변형의 두께는 비슷하며 이 표를 사용하여 계산할 수도 있습니다.

그림 5 - FR-4 재료 두께 참조[2-4]

FR-4 프리프레그 지정 및 두께

프리프레그(Pre-impregnated)는 수지로 경화되고 중간 단계까지 경화된 시트 재료(예: 유리 섬유)입니다. 대부분의 PCB 제조업체는 106, 1080, 2113, 2116, 7628을 포함한 다섯 가지 유형의 프리프레그를 보유하고 있습니다. 각 프리프레그 유형의 구체적인 두께 사양은 그림 6을 참조하십시오.

참고: 보드 층 사이에 배치할 수 있는 프레프레그 시트의 종류와 수량에는 제한이 있습니다. 정확한 프레프레그 지정과 두께를 결정하기 위해 제조업체와 특정 보드 레이아웃 요구 사항에 대해 상의하십시오.

그림 6 - FR-4 프레프레그 지정 및 두께[2-4]

구리 호일 유형

제조업체는 일반적으로 선택할 수 있는 다양한 유형의 호일을 제공하며, 가장 흔한 것은 전기 도금된 구리(ED 구리)와 압연 구리입니다. 강성 보드는 일반적으로 전기 도금된 구리 호일을 사용하는 반면, 강성-유연 보드는 압연 구리 호일을 사용합니다. 어떤 구리 호일 유형을 선택하든 IPC-MF-150 요구 사항을 모두 충족할 것입니다[2-5]. 니켈이나 알루미늄과 같은 대체 호일 유형을 선택하는 경우, 제조 문제나 오해를 방지하기 위해 마스터 도면에 특성을 명시하십시오.

구리 저항 값

보드가 더 밀집되고 복잡해짐에 따라 구리의 분산 저항을 계산하는 것이 점점 더 중요해집니다. 아래의 공식[2-6]을 사용하여 구리 트레이스의 저항성을 쉽게 계산할 수 있습니다:

R = ρ*L/A

여기서:

R은 옴(Ohms) 단위의 양단 간 트랙 저항입니다

ρ는 트랙 재료의 저항률로, 오옴 미터 단위입니다.

L 은 트랙 길이를 미터 단위로 나타냅니다.

A 는 트랙 단면적을 제곱미터 단위로 나타냅니다.

아래의 무료 도구 중 하나를 사용하여 구리 저항률을 수동 계산 없이 빠르게 계산할 수도 있습니다:

• 회로 계산기[2-7]
• EEWeb 트레이스 저항 계산기[2-8] 
• Endmemo 저항 계산기[2-9] 

구리의 전류 운반 능력

그림 7은 일반적인 구리 두께와 주변 온도 이상의 온도 수준에 대한 내부 레이어의 전류 운반 능력을 이해하는 데 참조로 사용할 수 있습니다. 외부 레이어의 전류 운반 능력은 내부 레이어의 약 2배입니다. 선 폭과 간격 요구 사항에 대한 자세한 데이터는 IPC2221[2-10]을 참조하십시오.

그림 7 - 캡슐화된 도체 폭[2-10]

완성된 보드 두께

최종 재료 선택 과정의 일부로, 완성된 보드 두께를 계산하고자 할 것입니다. 이 측정은 구리에서 구리까지 이루어지며, 최대 완성된 보드 두께를 나타냅니다. 보드 두께 계산에 대해 염두에 두어야 할 몇 가지 특징은 다음과 같습니다:

• 보드 두께는 제조업체가 가공 기계를 설정하는 방식을 결정합니다.
• 보드 두께는 제조 중 보드의 제한 사항에 영향을 미치며, 이에는 종횡비도 포함됩니다.
• 제조업체는 일반적으로 솔더 마스크를 포함하여 0.0008인치에서 0.240인치 사이의 적층 두께를 제공합니다.
• 0.05인치 미만의 두께를 가진 보드는 일반적으로 특별한 처리와 가공이 필요하며, 이는 더 높은 비용과 더 긴 처리 시간을 초래할 수 있습니다.

재료 선택 마무리하기

이제 다음 제조 가능한 PCB 디자인을 위한 기본 재료 선택을 마무리할 필요한 지식을 갖추게 되었습니다. 요약하자면, 디자인 과정을 시작하기 전에 필요한 기본 재료와 필요한 속성 값은 다음과 같습니다:

 

이러한 값들을 갖추고 나면, 제조업체의 제조 비용과 가공 요구 사항에 직접적인 영향을 미치는 최대 보드 두께를 계산할 수 있습니다. 다음 섹션에서는 제조를 위한 PCB 레이아웃 전략을 다룰 것이며, 이에는 비아/홀 배치, 솔더마스크 층, 실크스크린 문서화 등이 포함됩니다.

PCB 레이아웃 전략 수립하기

소개

재료 선택이 확정되었으니 이제 PCB 레이아웃의 구체적인 세부 사항에 대해 깊이 파고들 때입니다. 개별 엔지니어링 워크플로우는 설계자마다 다를 수 있지만, 보드를 제조 준비 100% 완료 상태로 간주하기 위해 정밀한 DFM 요구 사항을 고려해야 하는 주요 설계 고려 사항이 여러 가지 있습니다. 다음 섹션에서는 SMT 및 스루홀 사양, 실크스크린 문서화, 솔더 마스크 적용 등을 포함하여 PCB 레이아웃을 전략화하는 구체적인 사항을 배우게 됩니다.

스루홀 또는 SMT 사이에서 결정하기

PCB를 설계할 때 일반적으로 표면 실장 기술(SMT) 또는 스루홀을 구성 요소 적용 방법으로 선택합니다. 두 제조 방법을 모두 사용하는 경우, 해당 보드는 하이브리드 PCB로 간주됩니다. PCB 설계에서 현재 업계 추세를 기반으로 대부분의 구성 요소를 표면 실장 장치(SMD)로 하는 것이 권장됩니다. 이 기술은 1990년대부터 PCB 설계 시장을 지배해 왔으며 더 높은 보드 밀도를 더 낮은 비용으로 제공하는 등 많은 장점을 포함합니다. SMT와 스루홀 사이에서 결정할 때 다음 사항을 염두에 두십시오:

• 도금된 관통 홀 장치(PTH)가 있는 PCB는 웨이브 솔더링으로, 표면 실장 장치(SMD)가 있는 PCB는 웨이브 또는 리플로 솔더링할 수 있습니다.
• 이 두 기술을 혼합하면 보드 제작을 위한 별도의 공정이 필요하며, 전체 제조 시간과 비용이 증가합니다.
• 일부 제조업체는 관통 홀 구성 요소를 수동으로 설치할 수 있으며, 이는 전체 제조 시간과 비용을 증가시킵니다.

선택하는 구성 요소 적용 방법은 전체 비용과 제조 시간에 직접적인 영향을 미칩니다. 전문 보드 디자인의 경우 SMT를 고수하는 것이 권장되며, 이는 더 빠른 보드 회전율과 높은 신뢰성을 결과로 합니다.

실크스크린 및 구성 요소 ID

실크스크린의 모든 구성 요소 윤곽은 참조 지정자와 극성 표시(해당되는 경우)로 표시되어야 합니다. 구성 요소가 설치된 후에도 이러한 지정자와 표시가 읽기 쉽고 보이도록 하는 것이 중요합니다. 후속 생산 검증이 용이합니다. 그림 8은 참조 지정자 위치와 극성 표시가 실크스크린에 배치되어야 하는 권장 지침을 포함합니다:

그림 8 - 구성 요소 참조 지정자 배치

구성 요소 참조 지정자

그림 9에는 회로도 기호 생성을 위한 IPC-2612[3-1] 표준에서 나온 업계 표준 참조 지정자 목록이 포함되어 있습니다. 모든 보드 레이아웃에서 이러한 지정자를 사용하는 것이 권장되며, 이를 통해 모든 프로젝트를 일관되게 유지하는 데 도움이 됩니다.

그림 9 - 구성 요소 참조 지정자[3-1]

*클래스 문자는 아니지만, 유지 보수 목적으로 테스트 포인트를 지정하는 데 일반적으로 사용됩니다.

참고: 위 목록은 전부가 아닙니다. ANSI Y32.2/IEEE Std 315 [3-2], 섹션 22 및 색인에서 클래스 지정 문자의 표준 목록을 참조하십시오.

솔더 마스크

솔더 마스크는 PCB에 최종 코팅으로 적용되는 얇은 래커 같은 층으로, 납땜되어서는 안 되는 구리 트레이스와 접지면을 포함한 다양한 특징을 보호합니다. 솔더 마스킹의 이점에는 다음이 포함됩니다:

• PCB를 산화 손상으로부터 보호합니다.
• 도체와 랜드 사이의 도둑질 및 납땜 브리징(단락)을 방지합니다.
• 벌거벗은 구리 위에 직접 배치된 경우 조립 과정에서 벗겨짐을 방지합니다.

솔더 마스크에 대한 기본 클리어런스 요구 사항

TRANSLATE: SMD 및 PTH 패드, 공구 구멍, 쉴드 접촉 영역, 피델리티 등 주변에서 납땜이나 전기적 접촉이 필요한 곳에는 솔더 마스크 클리어런스가 필요합니다. 솔더 마스크 클리어런스를 지정하면 제작 중 패드에 솔더 마스크가 침범하지 않아서 더 작은 솔더 필렛이 형성되거나 적절한 클리어런스 요구 사항이 지정되지 않으면 패드가 완전히 연결되지 않는 문제를 방지할 수 있습니다. 아래의 그림 10을 참조하여 패드와 트레이스에 대한 적절한 솔더 마스크 클리어런스 요구 사항을 확인하십시오:

 

위의 예에서, 패드와 트레이스 사이의 최소 간격(열 B)이 요구되는 것보다 작으면 솔더 마스크가 패드나 트레이스의 노출된 금속에 적용되어 보드의 오작동을 초래할 수 있습니다.

SMD 패드 사이의 솔더 마스크

SMD 패드 사이에 솔더 마스크가 필요하고 적용하기에 충분한 간격이 없는 경우, 다음 두 가지를 염두에 두는 것이 좋습니다:

• 패드 사이에 제공된 최소 간격.
• 제조업체가 만들 수 있는 최소 솔더 마스크 크기.

이 두 요구 사항을 염두에 두고, 솔더 마스크 적용을 위해 패드 사이의 간격을 늘리거나 제조업체와 상의하여 추가 대안을 결정하는 것이 좋습니다.

비아와 홀

비아는 모든 PCB 설계에서 중요한 부분이며, 층간 전기 전류를 전달하는 역할을 합니다. 일관된 클리어런스 및 크기 지침을 따르지 않으면 제조 비용에 상당한 부담이 될 수도 있습니다. 아래 섹션에서는 비아 및 홀 클리어런스, 크기 지침, 특정 비아 응용에 대한 구체적인 사항을 다룰 것입니다.

비아 클리어런스 요구 사항

표준 비아는 인접한 도체로부터 최소 클리어런스를 유지해야 하며, 클리어런스는 비아가 커버되었는지 노출되었는지에 따라 크게 달라질 것입니다. 노출된 비아는 마스크 처리된 비아에 비해 노출된 전기 연결을 닫기 위해 더 큰 클리어런스가 필요하다는 것을 종종 발견하게 될 것입니다.

비아 크기 지침

도금된 비아 홀을 설계할 때는 홀 직경과 기판 두께 사이에 1:1의 종횡비를 유지하는 것이 권장됩니다. 이 경험칙은 제작 과정에서 전체 홀을 통해 적절한 구리 금속이 축적되도록 보장합니다. 예를 들어, 0.20인치 두께의 기판에서는 홀이 최소 0.20인치 직경이어야 합니다. 그러나 대부분의 제조업체는 다양한 드릴 홀 크기를 보유하고 있으며, 일반적으로 이 권장 사항을 벗어난 요구 사항을 충족시킬 것입니다. 홀 크기를 선택할 때 기억해야 할 한 가지는 도금으로 인해 완성된 관통 홀이 더 좁아질 것이라는 점입니다. 그림 11은 전형적인 표준 드릴 크기를 보여줍니다:

도면 11 - 비아 및 구멍을 위한 표준 드릴 크기

년륜

년륜은 패드 직경과 해당 드릴 직경 사이의 차이입니다. 즉, 비아를 둘러싼 패드 상의 영역입니다. 도면 12는 년륜의 너비를 쉽게 계산하는 방법을 보여줍니다:

년륜 너비 = (패드의 직경 - 구멍의 직경) / 2

도면 12 - 권장 년륜 너비

제조 중에 드릴 구멍이 정확히 중앙에 있지 않을 수 있는 여러 조건이 있습니다. 완성된 제품의 패드에 "접선"을 포함하는 것이 허용된다면, 최소 년륜 너비에 대한 제조업체의 지침을 확인하는 것이 좋습니다.

완성된 제품에서 최소 0.001인치의 링을 확보하기 위해서는, 설계의 모든 패드를 드릴 구멍보다 0.0008인치(2 x 0.0004인치) 더 크게 해야 합니다. 이렇게 하면 드릴 구멍이 패드의 가장자리와 접할 것입니다. 설계의 관통 홀을 도금하지 않는 경우, 더 작은 링이 생길 수 있으며, 이는 납땜 중에 링이 들리거나 보드의 정상 작동 중에 떨어져 나갈 수 있습니다. 이는 도금된 배럴의 지지가 없기 때문에 발생합니다.

그림 13 - 드릴 및 도금된 구멍 직경

노출된 비아

노출된 비아는 솔더 마스크로 덮이지 않은 노출된 전기 연결입니다. 패드와 인접하지 않은 다른 비아나 랜드에 대한 노출된 비아의 개방 여유는 최소 0.15인치여야 하며, 0.20인치가 선호됩니다.

텐티드 비아

비아 텐팅은 비아 홀과 링을 솔더마스크로 덮는 것을 말하며, 설계 워크플로에서 기본 방법으로 설정해야 합니다. 제조업체가 비아 개구부가 닫히도록 추가 조치를 취하지 않는 경우가 대부분이라는 점을 기억하세요. 비아가 닫히고 덮이길 원한다면, 제작 도면에 이러한 비아를 마스크로 막거나 채우기를 원한다고 명시해야 합니다. 이는 BGA의 SMD 패드 근처에 비아가 위치한 BGA 설계에서 특히 중요합니다.

추천하는 비아 텐팅 적용 예시는 다음 그림 14를 참조하세요:

그림 14 - BGA에서 추천하는 비아 텐팅 적용

비아-인-패드 및 마이크로 비아

비아-인-패드는 바이패스 커패시터의 근접 배치를 가능하게 하고, 모든 볼 피치 BGA의 라우팅을 용이하게 하며, 열 관리와 접지에도 도움이 됩니다. 설계에 비아-인-패드가 필요할 때 아래 지침을 따르세요:

• 비아-인-패드는 구리로 캡핑되어야 합니다. 또한, 비아의 반대편은 구리로 캡핑되어야 합니다(인-서킷 테스트(ICT) 포인트로 사용될 경우) 또는 비아 내부에 도금 화학물질이 갇히지 않도록 마스킹되어야 합니다.
• 비아 인 패드(via-in-pads)가 캡 처리되지 않으면, 의도한 조인트에서 솔더가 재분배되는 솔더 윅킹(solder wicking)과 충분한 솔더가 없어 의도한 조인트에 공극이 생기는 솔더 스캐빈징(solder scavenging)을 처리하기 위해 추가 조립 비용이 발생할 수 있습니다.

블라인드 및 버리드 비아

쓰루홀(through-holes)과 유사하게, 블라인드 및/또는 버리드 비아(BBV)는 하나 이상의 레이어를 연결하는 홀입니다. 이 과정에서 블라인드 비아는 외부 레이어를 하나 이상의 내부 레이어와 연결하지만 양쪽 외부 레이어와는 연결하지 않으며, 버리드 비아는 하나 이상의 내부 레이어를 연결하지만 외부 레이어와는 연결하지 않습니다. 이러한 유형의 비아는 보드를 더 밀집시킬 수 있고, 구성 요소 레이어에 공간이 필요하지 않기 때문에 보드 부동산을 절약할 수 있어 중요합니다. 블라인드 및 버리드 비아 적용의 예를 아래 그림 15에서 확인하세요:

그림 15 - 블라인드 및 버리드 비아

블라인드 비아를 사용할 때 주의해야 할 특정 세부 사항 중 하나는 드릴 깊이(외부 레이어에서 내부 레이어까지)입니다. 예를 들어, 0.062인치 두께의 8레이어 보드가 있다면, 블라인드 비아 홀의 최대 깊이는 0.018인치를 초과할 수 없습니다(0.035인치 비아에 대해 0.018인치 홀).

일반적인 지침으로, 내부 레이어의 비아 패드는 드릴 크기보다 약 0.016인치 크게 유지하는 것이 좋습니다. 이는 제조업체에게 좋은 수율을 제공할 것입니다. 구리 무게, 최소 드릴 크기, 최대 종횡비 요구 사항에 대한 BBV 디자인 제약 사항을 더 잘 이해하기 위해 제조업체와 상의하는 것이 권장됩니다.

BGA 아래의 비아

리플로우 공정은 칩 구성 요소가 이동하거나 기울어지게 하여 칩 구성 요소의 한쪽이 인근에 노출된 비아에 단락되는 결과를 초래할 수 있습니다. 이 때문에, BGA 비아는 디자인 규칙에서 기본적으로 텐트 처리하는 것이 권장됩니다. 노출된 유지 구역에 대한 권장 클리어런스 간격 지침은 아래와 같습니다:

• SMD 패드에 인접한 비아는 최소한 구성 요소 종료 폭의 50% 이상이어야 합니다.
• SMD 패드 끝에 있는 비아는 최소 0.15인치(가급적 0.20인치) 이상이어야 합니다.

그림 16은 칩 구성 요소 근처에 배치된 비아에 대한 좋은 디자인 관행의 몇 가지 예를 보여줍니다:

 

그림 16 - 칩 구성 요소 근처의 비아 배치 지침

눈물방울 패드

티어드롭 패드를 추가하는 목적은 트레이스가 패드에 연결되는 지점에서 기계적 및 열적 스트레스를 줄이기 위해 추가적인 구리/금속 지지를 제공함으로써 좋은 연결이 이루어지고 유지되도록 돕는 것입니다. 이는 PCB 제조업체의 허용 오차를 증가시켜 주문이 드릴링될 때 미등록이 발생하더라도 문제가 없도록 합니다.

티어드롭 공정은 기존 패드와 트레이스 출구의 접합부에 구리를 추가하는 것을 포함합니다. 주로 스루홀 드릴에 이를 추가하는 것이 중요하며, 트레이스 대 패드 비율이 작은 경우에 해당됩니다. 또한 패드(솔리드 또는 비아 패드)에서 회로가 실행될 때도 추가해야 하며, 트레이스가 좁아질수록 이러한 실천이 더 중요해집니다. 트레이스가 0.20인치보다 큰 경우에는 티어드롭이 필요하지 않습니다. 규칙적으로, 설계가 RF 또는 고주파 장치가 아닌 경우, 설계의 마지막 단계에서 티어드롭을 추가하세요. 그림 17은 다양한 티어드롭 예시와 그들의 권장 간격 및 형태 요구사항을 보여줍니다:

그림 17 - 권장 티어드롭 형태

종횡비 도금

종횡비(aspect ratio)는 보드의 두께와 도금 전에 뚫린 구멍의 크기 사이의 비율입니다[3-4]. 이 비율은 제조업체가 그들의 드릴링 장비의 기계적 능력을 초과하지 않도록 안내합니다. 그림 18은 PCB에서 종횡비가 어떻게 결정되는지에 대한 시각적 예를 보여줍니다:

그림 18 - PCB의 종횡비 결정

예를 들어, 두께가 0.065″이고 구멍 크기가 0.020″인 PCB는 3:1의 종횡비를 가집니다. 이 비율은 도금 과정과도 관련이 있습니다. 보드 두께에 비해 구멍 크기가 너무 작은 경우(높은 종횡비), 도금 용액이 구멍을 통과할 때 받아들일 수 있는 구리 도금을 달성하지 못할 수 있습니다. 그림 19는 종횡비를 설정하기 위한 일반적인 지침 세트를 제공합니다:

그림 19 - 특정 보드 두께에 대한 종횡비 매트릭스[3-5]

비아 간격, 배치 및 라우팅 지침

비아 크기와 유형을 설정한 후, 이제 보드 레이아웃에 배치하고 라우팅하기 시작할 시간입니다. 아래에서는 특히 스루홀 구성 요소나 SIP 타입 패키지를 사용하는 보드 레이아웃에 유의해야 할 여러 배치 지침을 찾을 수 있습니다.

스루홀 부품을 위한 비아 배치 권장 사항

디자인에 스루홀 부품이 포함되어 있는 경우, 비아가 솔더를 끌어올려 해당 부품을 손상시킬 수 있으므로 이러한 장치로부터 비아를 멀리 배치하는 것이 권장됩니다. 또한, SIP 패키지 주변 약 0.100인치 범위에서 비아를 멀리하는 것이 권장되며, 이러한 패키지는 잘못 삽입될 수 있습니다.

일반 비아 배치 권장 사항

솔더가 비아를 통해 올라갈 수 있으므로, 칩 부품 아래에 비아를 배치하는 것은 권장되지 않습니다. 이는 손상되거나 단락되거나 부품이 들리는 결과를 초래할 수 있기 때문입니다. 또한, 때때로 칩 부품을 보드에 붙이거나 에폭시로 고정해야 할 필요가 있으며, 이러한 부품 아래나 근처에 있는 비아는 해당 영역에 방해가 될 수 있습니다(예시는 그림 20 참조).

그림 20 - 웨이브 솔더링을 위한 비아 클리어런스 지침

비아 가장자리를 부품 패드 가장자리에 연결할 때, 0.010인치 미만의 클리어런스는 밀집된 보드를 설계하지 않는 한 권장되지 않습니다. 보드가 밀집되어 있다면, 솔더 마스크로 덮어야 합니다. 밀집된 보드에 대해 제조업체가 요구하는 최소 클리어런스를 상담하는 것이 권장됩니다. 비아를 부품 패드에 연결하는 권장 예시는 그림 21을 참조하십시오:

도면 21a - 패드 구성 요소에 대한 비아의 권장 연결(좋은 설계)

도면 21b - 패드 구성 요소에 대한 비아의 권장되지 않는 연결(나쁜 설계)

구성 요소 패드에 비아를 연결하지 않을 때는 최소 0.025인치의 여유 공간이 권장되며, 비아가 보드의 솔더 측에 있을 경우 이 여유 공간을 0.040인치로 늘리는 것이 좋습니다.

도면 22를 참조하고 웨이브 솔더링 방향을 기록하세요:

도면 22 - 웨이브 솔더링을 위한 비아 구성 요소 간격

비아 요구 사항 확정하기

비아는 모든 전자 설계의 핵심 부분이며, 여러분의 보드 전체에서 클리어런스, 크기, 유형 및 라우팅 방법을 일관되게 유지하는 것이 제조 가능하고 비용 효율적인 보드를 설계하는 데 큰 도움이 됩니다. 다음 섹션에서는 추가적인 보드 레이아웃 전략과 설계 과정 중에 알아야 할 다른 옵션에 초점을 맞출 것입니다.

구성 요소 랜드로의 트레이스 라우팅

발열을 일으킬 수 있는 구성 요소의 종단부가 큰 트레이스에 연결되어 있을 때, 발생하는 열 전달은 불량한 솔더 조인트를 초래할 수 있습니다. 이는 솔더 마스크가 없는 연결에서 솔더가 구성 요소 종단부에서 멀어질 수 있어 오픈 솔더 조인트가 발생할 수도 있습니다.

이 문제를 해결하기 위해, 트레이스 네킹은 열 균형을 도와주고 솔더와 열이 패드에서 멀어지는 것을 방지할 수 있습니다.

트레이스 네킹

트레이스를 네킹하는 일반적인 지침은 패드에 연결될 때 너비를 0.010인치 이하로 유지하고 큰 트레이스에 연결되기 전에 최소 0.010인치를 실행하는 것입니다. 넓은 트레이스를 구성 요소 랜드에 연결해야 하는 경우, 가능한 한 작은 치수를 유지하면서 같은 너비를 가져야 합니다. 그림 23은 이 과정의 예를 보여줍니다:

그림 23a - 구성 요소 랜드에 큰 트레이스 연결하기 (좋은 디자인)

그림 23b - 구성 요소 랜드에 큰 트레이스 연결하기 (좋은 디자인)

구성 요소 랜드에 큰 그라운드 트레이스 연결하기

대형 접지 트레이스를 구성 요소 랜드에 연결해야 할 때는 트레이스를 좁혀서 좋은 균형을 유지하고 대형 도체 영역으로 솔더가 이동할 수 있는 열 전달을 방지해야 합니다. 또한 여러 트레이스를 사용하여 랜드 패턴을 대형 트레이스 및 접지면에 연결할 수 있습니다. 패드에서 대형 평면이나 트레이스로 넥다운할 때 트레이스 폭을 최대 0.010인치, 패드에서 최소 길이를 0.010인치로 유지하는 것이 좋습니다. 이러한 간격 권장 사항의 예는

그림 24a - 대형 도체에 구성 요소 랜드 연결하기 (좋은 설계)

, 그림 24b - 대형 도체에 구성 요소 랜드 연결하기 (나쁜 설계)

에서 확인할 수 있습니다. 밀접하게 배치된 칩 구성 요소의 패드를 연결할 때는 패드 사이나 패드 위로 직접 트레이스를 라우팅하는 대신 트레이스를 밖으로 빼서 다시 패드로 연결하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 잘못 리워크될 단락을 방지하고, 열 균형이 좋지 않아 발생하는 툼스토닝을 방지하며, 냉각 솔더 조인트와 구성 요소의 이동을 피할 수 있습니다. 구성 요소에 패드를 올바르게 연결하는 방법의 예는

 

그림 25a - 밀접하게 배치된 구성 요소의 패드 연결하기 (좋은 설계)

에서 확인할 수 있습니다.그림 25b - 밀접하게 배치된 구성 요소의 패드 연결하기 (설계 미흡)

그림 25c - 밀접하게 배치된 구성 요소의 패드 연결하기 (설계 미흡)

패드를 트레이스에 연결하기

모든 패드는 각자의 트레이스에 연결되어야 하며, 패드의 가장자리 바깥쪽이나 안쪽에서 라우팅하는 것이 권장되며, 라우팅을 대칭적으로 유지하는 것이 중요합니다. 이는 솔더마스크가 없는 영역에서 특히 중요하며, 솔더가 패드에서 멀어지는 것을 방지하고 구성 요소가 이동하는 것을 막는 데 도움이 됩니다. 일반적으로, 대부분의 제조업체는 구성 요소 패드를 연결하는 구리의 양이 균형을 이루기를 원합니다. 트레이스 라우팅 예시와 칩 패드에 트레이스를 연결하는 선호하는 방법은 그림 26을 참조하세요.

선호하는 라우팅: (화살표는 솔더 이동을 나타냄)

 

허용되는 라우팅:

 

비선호 라우팅: (화살표는 솔더 이동을 나타냄)

그림 26 - 솔더마스크 사용 시 구성 요소 랜드에 트레이스 연결하기

리드가 있는 SMD 구성 요소를 라우팅할 때, 랜드 사이를 직접 가로지르며 "H" 모양을 형성하는 대신, 트레이스를 위로 올렸다가 다시 안으로 들어가며 뒤집힌 "U" 구성을 형성하는 것이 권장됩니다. 이러한 "U" 모양 구성의 예는 그림 27을 참조하세요:

도면 27 - 리드가 있는 SMD 부품 라우팅을 위한 "U" 구성

플레인과 트레이스

전원 및 접지 플레인은 항상 내부 레이어에 있으며, 대칭적이고 중앙에 위치하는 것이 좋습니다. 이는 보드의 휘어짐을 방지하고 정확한 위치 지정 및 부품 배치에 도움이 됩니다. 대부분의 조립 제조업체는 0.06” 보드 두께를 가진 더블 레이어 PCB나 멀티레이어 PCB에 대해 0.7%-0.75%의 휨과 비틀림을 허용합니다.

트레이스에 대해서도 같은 세트의 권장 사항이 적용됩니다. 가능한 한 X축과 Y축 모두에서 균등하게 배치되어야 하며, 모든 레이어에서 다중 방향으로 배치하는 것이 보드의 휨을 방지하는 데 도움이 됩니다.

도금 옵션

도금 스루홀(PTH) 보드의 경우, 구멍 경로를 충분히 전도성 있게 만들어 디자이너가 지정한 두께(보통 0.001인치)까지 구리 금속을 추가로 쌓을 수 있도록 무전해 구리가 사용됩니다. 무전해 구리 공정은 원래 구리 호일(0.5 온스 또는 1 온스)에 추가로 평균 0.0013인치의 구리를 외부 선에 추가합니다. 그림 28은 보드에 노출된 모든 회로의 가장 일반적인 마감 유형을 요약합니다. 보드에 구성 요소를 연결할 때 재료의 부식을 줄이고 표면 일관성을 개선할 마감을 선택하는 데 있어 제조업체와 상의하는 것이 좋습니다.

그림 28 - 최종 도금 마감 비교[3-6]

열 완화

열 완화는 웨이브 솔더링, SMT 처리, 수작업 솔더링에 있어 필수적입니다. 이는 구리 함량이 높은 조립품과 다층 보드에서 더욱 중요해지는데, 구리가 대부분의 열을 솔더링 영역에서 끌어당기는 열 싱크로 변할 수 있기 때문입니다. 이는 공정 온도를 유지하기 어렵게 만들 수 있으며, 열 완화의 존재는 도금된 관통 홀을 통한 열 싱킹 속도를 늦춤으로써 구멍 부품을 쉽게 솔더링할 수 있게 합니다. 열 완화가 없으면 구멍 채우기가 불량하고 냉각 솔더 조인트가 발생할 수 있으며, 재작업 능력에도 영향을 줄 수 있습니다. 보드에 열 완화를 추가하는 몇 가지 이점은 다음과 같습니다:

• 구멍 크기를 더 잘 제어할 수 있습니다.
• 도금 두께의 일관성이 더 향상됩니다.
• 솔더 조인트 검사가 더 빠르고 쉬워집니다.

일반적인 규칙으로, 접지 또는 전원 평면에 연결된 모든 비아나 구멍에 대해 열 완화 패턴을 사용하는 것이 권장됩니다. 또한 프레스 핏 구성 요소 구멍에 열 완화를 사용하지 않고 계산에 열 전류 용량을 고려하는 것이 권장됩니다. 보드 레이아웃에서의 전형적인 열 완화 패턴 예시는 다음 그림 29를 참조하십시오:

그림 29 - 전형적인 열 완화 패턴

기초 다지기

이 장에서는 설계 과정의 기초를 마련하여, 구멍 뚫기 또는 SMT를 사용하여 부품을 배치하는 기본 사항을 전략적으로 계획하고, 실크스크린을 명확하게 문서화하며, 솔더 마스크의 중요성을 이해하고, 마지막으로 비아 크기 및 배치를 지정할 수 있게 되었습니다. 이제 PCB가 성공적으로 제조될 수 있도록 보드 레이아웃에서 부품 배치 및 방향 지정에 대한 구체적인 지침으로 들어갈 준비가 되었습니다.

부품 배치 및 방향 설정

소개

선호하는 부품 유형을 확립한 지금, 보드에 효율적으로 부품을 배치하고 방향을 정하는 방법을 결정할 때입니다. 이 과정은 보드 레이아웃에서 사용 가능한 공간을 어떻게 활용할지에 큰 영향을 미치며, 설계 과정에서 가장 도전적인 단계 중 하나일 수 있습니다. 아래에서는 부품 배치를 최적화하여 제조 가능하고 특정 설계 요구 사항을 충족할 수 있도록 구체적인 권장 사항을 찾을 수 있습니다.

일반 부품 배치 및 간격 지침

부품 배치 및 방향 설정의 구체적인 사항에 들어가기 전에, 몇 가지 일반적인 지침을 염두에 두어야 합니다:

• 효율적인 솔더링 및 배치를 위해, 유사한 부품을 같은 방향으로 배치하는 것이 권장됩니다.
• 납땜면에 구멍이 뚫린 부품 뒤에 위치할 부품을 배치하지 마십시오.
• 보드 조립에 필요한 공정 수를 최소화하려면 모든 SMD 부품을 보드의 같은 면에 배치하고, 모든 관통 구멍 부품(혼합된 경우)을 보드의 상단에 배치하십시오.
• 상단에 관통 구멍 부품과 양면에 SMT 부품이 혼합된 기술 부품이 있는 경우, 제조업체는 하단 부품을 에폭시 처리하는 추가 공정을 요구할 수 있으며, 이는 전체 제조 비용을 증가시킬 것입니다.
• 모든 랜드를 단일 트레이스로 종료하고, 솔더 마스크로 패드를 정의해야 합니다.

위의 지침을 따르기만 해도, 보드 레이아웃의 효율적인 활용에서 평균적인 PCB 설계자보다 앞서게 되며, 보드가 지연 없이 제조되도록 보장할 수 있습니다. 다음 섹션에서는 구체적인 부품 배치, 방향, 종료 권장 사항에 대해 설명할 것입니다.

구체적인 부품 배치 및 보드 방향 지침

부품 간에 적절한 간격을 유지하는 것은 제대로 된 납땜, 리워크 수행, 보드 테스트 및 원활한 조립 과정을 위해 중요합니다. 부품 간에 공간이 부족하면 픽 앤 플레이스 기계가 제대로 작동하지 못해 수동 배치가 필요할 수 있습니다.

보드의 하단에 칩 구성 요소를 흩뿌릴 수밖에 없는 경우가 있습니다. 그림자 현상과 미용접 단자를 피하기 위해, 각 구성 요소 사이에 0.100인치 간격을 두는 것이 권장됩니다. 아래 그림 30에서 보여주는 것처럼:

그림 30 - 그림자 현상 및 미용접 단자를 피하기 위한 구성 요소 간격

구성 요소 간 간격은 구성 요소 높이의 1배(또는 최소한 높이의 ½)가 되도록 하는 것이 권장됩니다. 그림 31a와 b는 가장 일반적인 패키지 유형에 대한 권장 최소 구성 요소 간격을 보여줍니다. 구성 요소 간격에 대한 자세한 내용은 IPC-7351[4-1]을 참조하십시오.

그림 31a - SMT 밀도에 기반한 SMD 구성 요소 간 권장 최소 간격

구성 요소 간 간격

그림 31b - 유형에 기반한 구성 요소 간격에 대한 표준 클리어런스 요구 사항[4-2]

참고: 소켓(PLCC 및 DIP용)과 커넥터는 BGA 및 CSP 구성 요소로부터 멀리 배치되어야 하며, 추가 카드나 IC 구성 요소의 두 번째 장착/제거 시 발생할 수 있는 스트레스로 인한 솔더 조인트 균열을 방지합니다.

(*) 기본면에만 해당합니다. 보조면의 경우, 선택적 웨이브 솔더 픽스처가 필요한 DIP 핀으로부터 모든 SMT 구성 요소에 대해 0.125인치 클리어런스가 필요합니다. 프레스 핏 커넥터는 예외이며 보조면에서 이 클리어런스를 요구하지 않습니다.

(**) 필요한 경우에만 사용할 고급 옵션:

0402 구성 요소는 20 mil 떨어져 있을 수 있습니다.

0603 구성 요소는 25 mil 떨어져 있을 수 있습니다.

이 숫자들은 Viasystems에만 적용되며 그들 측의 특별한 설정을 요구합니다.

보드 제작 전에 Viasystems에 통보해야 합니다.

구성 요소 및 보드 방향

구성 요소를 신중하게 배치하는 데 시간을 할애하는 것이 중요합니다. 이는 보드의 제조 가능성과 조립 공정의 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 몇 가지 변수가 제조업체의 조립 장비를 통해 보드가 어떻게 배치되고 납땜될지를 결정할 것입니다. 여기에는 공구 구멍, 커넥터 위치, 가장자리 구성 요소 및 PCB 윤곽이 포함됩니다. 구성 요소 배치가 잘못된 보드 레이아웃과 적절한 간격을 가진 보드 레이아웃을 비교한 그림 32를 참조하십시오.

그림 32a - 대형 구성 요소 집중은 고온 리플로우가 필요합니다(칩 손상 가능성 있음)

이 보드는 더 높은 온도에서 리플로우해야 하며, 이로 인해 칩 구성 요소가 손상될 수 있습니다. 이는 보드의 특정 영역에 대형 구성 요소가 위치해 있기 때문입니다.

그림 32b - 더 나은 열 분배를 위해 대형 구성 요소 분산

더 나은 열 분배를 위해서는 보드 전체에 대형 구성 요소를 분산시키는 것이 최선입니다.

그림 33: 열 균형이 좋지 않아 구성 요소 패드에서 당겨진 종료(무덤돌 현상) 

보드에 높이가 0.20인치보다 큰 대형 부품이 포함되어 있다면, 가장 큰 부품 패키지의 높이와 동일하게 부품 간 간격을 설정하는 것이 좋습니다. 이 전략은 시각적 검사를 위한 충분한 공간을 제공하고, 재작업을 용이하게 합니다.

리플로우 동안 보드의 열적 균형을 더 잘 맞추기 위해서는 보드 전체에 부품을 가능한 한 균등하게 분배해야 합니다. 이렇게 하면 보드의 어느 지역도 다른 지역보다 현저하게 더 뜨거워지지 않도록 할 수 있습니다. 또한, 보드의 한 지역에 대형 부품을 집중시키지 않아 굽힘과 비틀림을 최소화하고 균형 잡힌 열 분포를 제공하는 것이 좋습니다.

웨이브 솔더링을 위한 보드 방향

제조업체는 일반적으로 보드가 솔더링 기계를 통과할 때 긴 축을 따라 배치되기를 선호합니다. 이는 설정 복잡성을 최소화하고 솔더링 중 보드가 아래로 불룩해지는 것을 방지합니다. 카드 엣지 커넥터에 의해 지정된 선호되지 않는 보드 방향의 예를 그림 34에서 확인할 수 있으며, 이는 선호되는 긴 축으로 회전시키면 그립 조립체와 간섭할 것입니다.

그림 34 - 선호되지 않는 보드-솔더 방향

부품 방향

PCB 상의 부품의 지리적 위치는 보드 제조 가능성을 위해 중요합니다. 보드 윤곽과 솔더 공정에 대해 부품을 배치할 때 PCB의 긴 축을 따라 배치하는 것이 좋으며, 여기서 작은 윤곽의 IC들(SOIC)은 솔더 흐름 방향과 평행하게 설정되어야 합니다. 그림 35a와 b에서 보여지듯이.

그림 35a: 이 방향의 보드(상단 & 하단)는 긴 축에서 솔더링됩니다 (선호하는 방향)

그림 35b: 웨이브 솔더를 위한 하단 부품 방향 (비선호)

칩 부품의 경우, 두 단자 모두 솔더 웨이브와 평행하게 배치되어야 동시에 솔더링될 수 있습니다. 칩 부품을 서로 수직으로 배치하지 않음으로써 그림자 효과를 피하십시오. 이는 또한 솔더 조인트에 보통 스트레스를 주는 불균일한 솔더 필렛(및 스킵)을 피하는 데 도움이 됩니다. 그림 36은 올바른 칩 부품 방향의 시각적 예를 보여줍니다.

그림 36a: 좋은 칩 부품 방향

그림 36b: 나쁜 칩 부품 방향

보드에서 솔더 웨이브로 인한 작은 부품들의 그림자가 많을수록 PCB가 오픈 솔더 조인트로 끝날 가능성이 높아집니다. 보드의 솔더링 방향이 큰 부품이 아래 그림 37에서 보여주는 것처럼 작은 칩 부품들을 가리지 않도록 위치해야 합니다.

그림 37a: 좋은 부품 배치

그림 37b: 부적절한 부품 배치 (그림자)

BGA 방향

두 번째 패스 리플로우 동안 오픈 솔더 연결 가능성을 없애기 위해 BGA를 보드 상단에 배치하는 것이 권장됩니다. 보드 양면에 BGA 부품이 있는 경우 제조업체는 조립 과정에서 추가 단계를 요구할 수 있습니다.

이 추가 단계는 두 번째 패스 리플로우 과정에서 BGA의 다른 쪽에 임시 지지대를 확보하는 것을 보장합니다.

BGA 및 큰 쿼드 플랫 패키지(QFP) 부품을 PCB 중앙에 배치하지 않아야 무거운 부품으로 인한 보드의 휨을 방지할 수 있습니다. 이 지침을 따르지 않으면 그림 38에서 보여주는 것처럼 오픈 솔더 연결이 발생할 수 있으며, 보드 면적이 25제곱인치를 초과할 때 표준 0.062” 보드에 대한 우려 사항입니다.

그림 38 - BGA 장치에 대한 Bow-and-Twist 효과의 예

디자인에 양면에 BGA 구성 요소가 있는 경우, 재작업을 용이하게 하고 솔더 볼 검사를 용이하게 하기 위해 각 BGA를 오프셋하는 것이 권장됩니다.

그림 39 - BGA 장착 전략

장치 아래 칩 배치

장치 아래에 칩을 지정할 때, 검사, 재작업 및 테스트가 더 어려워질 수 있습니다. BGA 소켓이나 ZIF 소켓 아래에 배치된 경우, 일반적으로 볼 직경의 약 25%인 BGA 볼 붕괴를 고려해야 합니다. 이러한 유형의 디자인에서는 스택업 허용 오차를 염두에 두는 것이 권장되며, 숨겨진 장치를 검사하는 것이 불가능하게 만들고 재작업을 수행하기 어렵게 만듭니다.

저항 팩(R-Pack) 배치 제한

볼록형 종단 및 외부 솔더 조인트가 있는 저항 팩은 PCB 제조업체에 의해 선호됩니다. 이러한 유형의 저항 팩은 더 나은 간격과 더 쉬운 종단 솔더링을 제공하여 솔더 조인트의 시각적 검사 및 검사를 용이하게 합니다.

캐패시터 배치

설계를 일관되게 유지하고 조립 과정을 돕기 위해, 모든 극성이 있는 캐패시터를 양극이 오른쪽이나 아래를 향하도록 배치하는 것이 권장됩니다. 앞서 보셨듯이, 극성은 패키지 윤곽선에 있는 실크스크린에 표시되어야 합니다. 데커플링 캐패시터는 항상 가능한 한 IC의 전원 핀에 가깝게 배치하고 SOIC 구성 요소와 솔더 흐름에 수직으로 배치해야 합니다.

양면 보드

솔더 방향에 수직이고 평행인 패드(랜드 대 랜드) 사이의 간격은 솔더 브리징을 피하기 위해 최소 0.025인치 이상이어야 합니다. 또한, 스루홀 패드나 비아 가장자리에서 표면 실장 패드나 다른 비아까지 최소 0.025인치 간격을 유지하는 것이 권장됩니다.

구성 요소 및 웨이브 솔더링

어셈블리의 웨이브 솔더 측에 사용되는 모든 구성 요소는 먼저 제조업체에 의해 솔더 목욕에 담길 수 있도록 승인되어야 합니다. 탄탈럼 캐패시터와 같이 높이가 0.0100인치보다 높은 구성 요소의 경우, 웨이브 솔더 작업 중 스킵과 오픈 연결을 피하기 위해 모든 방향에서 최소 0.100인치 랜드 대 랜드 간격을 유지하는 것이 권장됩니다.

일부 구성 요소는 높은 온도에서의 웨이브 솔더링에 민감하며, 솔더 웨이브가 구성 요소와 접촉하는 보드의 뒷면(하단 레이어)에 배치하는 것은 권장되지 않습니다. 보드 뒷면(하단 레이어)에 배치하는 것이 권장되지 않는 구성 요소에는 다음이 포함됩니다:

• BGA 구성 요소.
• 비캡슐화된 인덕터.
• QFP 구성 요소.
• “J” 리드 장치.
• 커넥터.
• 솔더에 잠길 수 없는 기타 장치.

스루홀 구성 요소

PTH 완성 크기를 결정할 때, PTH가 너무 크면 구성 요소가 제자리에 머물지 않고 웨이브 솔더링 중 솔더 범람으로 인해 "리프트" 확률이 증가하고 단락이 발생할 수 있으므로 주의해야 합니다. PTH가 너무 작으면 구성 요소가 PTH에 맞지 않아 솔더 채움이 불충분할 수 있습니다. 스루홀 구성 요소를 잘못 배치하기 쉬우므로, 양방향 패키지보다는 방향성 패키지가 선호됩니다. 그림 40은 PTH 완성 크기를 결정하기 위한 일반적인 지침 세트를 제공합니다:

그림 40 - 스루홀 구성 요소를 위한 핀-투-홀 권장 사항[4-3]

이 장에서 제공된 정보를 바탕으로 이제 기본 제조 요구 사항을 충족하기 위해 구성 요소 배치 및 방향 설정 과정을 시작할 준비가 되었습니다. 구성 요소 배치 과정을 시작하기 전에, 위의 섹션에서 설명되지 않은 특정 배치 요구 사항에 대해 제조업체와 상의하는 것이 좋습니다. 이제 설계가 완성 단계에 접어들었으므로, 다음 장에서 테스트 포인트 요구 사항을 구성함으로써 보드 레이아웃 과정을 마무리할 시간입니다.

테스트 포인트 요구 사항 구성하기

설계 과정 중 보드 레이아웃에 적절한 테스트 포인트를 정의하는 것은 제조업체가 PCB를 테스트하고 검증하는 데 있어 매우 중요합니다. 설정한 테스트 포인트는 PCB의 신뢰성을 결정하며, 제조업체가 보드가 가공 시설을 떠나기 전에 잠재적인 문제를 식별하고 진단할 수 있게 합니다. 이 장에서는 PCB에 대한 일반적인 테스트 요구 사항을 다루고, 테스트 패드 배치 및 패널화의 구체적인 사항에 대해 설명할 것입니다.

일반 테스트 포인트 요구 사항

테스트 포인트 및 패드 요구 사항의 구체적인 사항에 들어가기 전에, 몇 가지 일반적인 지침을 염두에 두어야 합니다:

• 보드의 각 노드는 적어도 하나의 테스트 프로브 포인트(가급적이면 두 개)를 가져야 하며, 해당 노드에 연결된 구성 요소 핀을 포함해야 합니다.
• 부품 리드를 테스트 포인트로 사용하는 것은 권장되지 않습니다. 이 방법은 누락된 솔더 조인트와 균열이 발생할 수 있기 때문입니다.
• 테스트 포인트를 보드 전체에 분산시키는 것이 좋습니다. 한 곳에 집중시키는 것보다 이렇게 하면 포장된 보드의 진공 밀봉 과정에서 공기 누출을 피할 수 있습니다.

테스트 패드

테스트 패드는 비아/패드, 구성 요소 패드(PTH), 또는 고유한 참조 지정자가 있는 지정된 테스트 포인트(TP)일 수 있습니다.

스루 홀 테스트 비아의 예를 그림 41에서 확인하세요.

그림 41 - 스루 홀 테스트 비아

테스트 프로브의 경우, 제조 과정 중 적절한 테스트 결과를 보장하기 위해 아래의 테스트 패드 직경을 사용하세요:

• 표준 0.100”, 0.070” 또는 0.050” 테스트 프로브의 경우, 테스트 패드 직경은 0.015”에서 0.040” 사이여야 하며, 신뢰할 수 있는 프로브 접촉을 위해 충분한 솔더 표면을 가져야 합니다.
• 설계가 0.030”에서 0.015” 프로브(예: 파인 피치 장치) 사용을 요구하는 경우, 테스트 패드 주변에는 적절한 간격(최소 0.050”)이 있어야 합니다.
• 0.030”에서 0.015” 프로브는 더욱 취약하고 비싸며 신뢰성이 낮으므로 사용을 최소화해야 합니다.
• 보드가 큰 경우(한 쪽이 12” 이상인 경우) 테스트 패드 크기를 최소 0.040”로 유지하세요.
• 일반적으로, 테스트 프로브 패드는 보드 가장자리로부터 최소 0.125” 이내에 위치해서는 안 됩니다.

테스트 패드 간격 및 도구 요구 사항

테스트 패드 간의 간격(중심에서 중심까지)은 0.100”을 유지해야 합니다. 이는 더 큰 프로브의 사용을 가능하게 하며, 이는 설치 비용이 적게 들고 더 신뢰할 수 있는 읽기 값을 제공합니다.

테스트 패드 간의 간격이 작을수록 제조업체가 더 작고, 비용이 많이 들며, 신뢰성이 낮은 프로브를 사용해야 할 가능성이 높아집니다. 그림 42에서 보여주듯이.

그림 42 - 테스트 패드 간격

SMT 보드용 테스트 패드

SMT 보드에 있는 0.35인치(또는 그 이상) 높이의 구성 요소는 프로빙하기 어렵기 때문에, 이러한 구성 요소의 가장자리와 테스트 패드 사이에는 0.100인치의 여유 공간을 유지하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 패드와 구성 요소 간의 간격이 필요한 최소값 아래로 떨어질 경우 프로브 플레이트에 컷아웃이나 릴리프를 요구하지 않게 됩니다. 그림 43에서 보여주듯이.

그림 43 - 0.200인치 이상 높이의 구성 요소에 대한 테스트 패드와 구성 요소 간격

0.35인치 미만 높이의 구성 요소의 경우, 테스트 패드는 구성 요소 가장자리에서 최소 0.040인치 이상 떨어져 있어야 합니다.

이는 구성 요소 배치와 고정 장치의 허용 오차로 인해 프로브나 구성 요소가 손상되는 것을 방지하기 위함입니다. 그림 44에서 보여주듯이.

그림 44 - 0.200인치 미만 높이의 구성 요소에 대한 테스트 패드와 구성 요소 간격

테스트 도구 요구 사항

PCB에는 최소한 두 개의 도구 구멍이 필요합니다. 가능한 한 멀리 떨어져 대각선으로 배치되어야 하며, 지름이 0.125인치여야 합니다. 도구 구멍 주변의 자유 구역은 0.125인치의 연간 반경을 가져야 합니다.

패널화

패널화, 또는 스텝 앤 리피트라고도 하는 이 방법은 두 개 이상의 PCB를 하나의 패널에 배치하여 제조, 배송 및 조립 중에 보드를 고정시키는 방법입니다. PCB 가격이 패널 당으로 책정되기 때문에, 한 패널에 제작할 수 있는 PCB 수에 따라 비용이 직접적으로 영향을 받습니다. 패널화는 도표 45에서 보여주듯이 한 번에 여러 보드를 대량으로 처리함으로써 시간을 절약할 수도 있습니다.

도표 45 - 단일 패널에 있는 사각형 회로, 공구 구멍 및 분리 탭 포함

패널에 있는 PCB 이미지는 단일 디자인이거나 다양한 디자인의 그룹일 수 있습니다. 패널 가장자리를 따라 여러 위치에 구멍이 뚫리며, 보드 윤곽은 탭을 만들기 위해 완전히 라우팅되지 않습니다. 패널에 부착된 후, 보드는 구성 요소가 장착되기 전이나 후에 쉽게 분리될 수 있습니다.

보드 제작을 위해 패널화가 필요한지 여부를 결정하기 위해 제조업체와 상의하는 것이 권장됩니다. 한 패널에 맞출 수 있는 PCB 수를 결정하는 요소에는 다음이 포함됩니다:

• 개별 디자인의 크기.
• 배치된 구성 요소의 총 무게.
• 조립 장비 패널 크기.
• 돌출된 구성 요소를 위해 필요한 추가 여유 공간.

패널 내 회로 수가 증가함에 따라, 그 기계적 강도가 약해지고 조립 및 리플로우 동안 패널이 자체 무게로 인해 구부러질 수 있습니다. 보드가 적은 작은 패널이 더 강할 수는 있지만, PCB 제조업체의 표준 제작 패널 크기를 활용하는 가장 효율적인 방법이 아닐 수 있으며 조립 과정에서 추가 비용이 발생할 수 있습니다.

패널에 대한 일반 지침

평균 패널은 A4 용지 크기와 대략 비슷합니다. 표준 패널화를 위해 다음 사양이 포함되어야 합니다:

• 브레이크어웨이 스트립은 약 0.400인치여야 합니다.
• 피델리티는 카드 가장자리나 패널 프레임 가장자리로부터 최소 0.125인치 떨어져 있어야 합니다.
• 패널 디자인은 프레임 모서리로부터 0.2인치 떨어진 곳에 0.125인치 비도금 공구 구멍을 가져야 합니다(또는 제조업체의 지침에 따라).
• 패널 디자인 도면에는 다음이 포함되어야 합니다:
  • 패널 치수 길이와 너비.
  • 브레이크어웨이 레일 치수.
  • 피델리티 목표 치수 및 위치.
  • 공구 구멍 치수 및 위치.

공구 스트립

PCB가 조립 장비에 의해 고정되어야 하므로, 보통 보드 양쪽에 0.200인치의 부품이 없는 영역이 필요합니다. 부품이 이보다 가까우면 공구 스트립이 필요하게 되며, 보드 가장자리 주변에 추가로 0.400인치의 폐기 영역이 필요하게 됩니다. 설계에 PCB 가장자리를 넘어서는 부품이 있는 경우, 공구 프레임 폭을 그에 맞게 늘려야 합니다. 필수는 아니지만, 공구 바의 모서리에 0.100인치의 경사면을 두면 조립 장비가 보드와 정렬하기가 더 쉬워지고, 잼(jamming) 위험을 피하는 데 도움이 됩니다. 그림 45는 공구 스트립, 구멍, 프레임이 포함된 표준 패널을 보여줍니다.

조립이 완료되고 개별 회로가 제거된 후에는 공구 스트립이 폐기됩니다. 설계에 PCB 가장자리를 넘어서는 부품이 없고, 가장자리에서 가장 가까운 부품이 최소 0.100인치 떨어져 있다면, 아래 그림 47과 같이 상단과 하단 가장자리에 공구 스트립이 포함됩니다.

그림 47 - PCB의 상단 및 하단 가장자리에 있는 공구 스트립

공구 구멍

도구 구멍은 회로 기판을 기계 및 고정 장치에 정확하게 정렬하고 위치시키기 위해 필요합니다(예: 라우팅 고정 장치, 솔더 페이스트 스크린 인쇄 공정, 드릴 기계, 테스트 고정 장치 등). 최소 구성은 각각 반대편에 있는 모서리마다 최소 두 개의 비도금 구멍을 포함해야 하며, 지름은 0.125인치이고 보드 가장자리에서 0.200인치 떨어져 있어야 합니다. 공간이 허락한다면 세 번째 구멍이 바람직하며, 이는 정렬 정확도를 향상시키고 보드가 고정 장치에 잘못 배치되지 않도록 하는 데 사용될 수 있습니다.

자동 배치 삽입 헤드의 제한과 도구 접촉으로 인해 구멍 중심에서 약 0.400인치의 부품이 없는 영역을 유지해야 합니다. 이러한 요구 사항은 삽입 기계에 따라 다를 수 있으므로 최적의 구성을 보장하기 위해 PCB 제조업체와 상의하는 것이 좋습니다. 도구 구멍의 적절한 배치는 그림 48에서 볼 수 있습니다:

그림 48 - PCB에 적절한 도구 구멍 배치

분리 공정

아래에는 보드 형태와 관련 구성 요소의 물리적 제약에 따라 사용하기에 이점이 있는 여러 가지 디패널라이제이션 방법이 개요되어 있습니다. 특정 설계 요구 사항이 어떤 디패널라이제이션 공정을 사용할지 결정할 것이며, 이상적인 솔루션을 선택하기 위해 제조업체와 상의하는 것이 권장됩니다.

브레이크어웨이 탭

조립 과정 동안 개별 PCB를 지지하고 조립이 완료되면 제거할 수 있도록 PCB 프로파일 주변에 여러 개의 작은 브레이크어웨이 탭이 추가됩니다. 

더 나은 안정성을 위해, 보드의 각 모서리에 최소 두 개의 탭이 필요합니다. 이 탭들은 20밀(mils)에서 30밀(mils) 사이의 직경을 가진 비도금 스루홀이어야 하며, 그림 49에서 보여주는 것처럼 40밀(mils)에서 50밀(mils) 사이로 배치되어야 합니다. 이 방법은 패널에서 보드를 쉽게 분리할 수 있는 장점이 있지만, 거친 가장자리를 남깁니다. 기계적 인클로저에 대한 엄격한 허용 오차가 있는 경우, PCB 가장자리를 넘어서는 재료를 제거하기 위해 홀을 PCB 내부로 오프셋할 수 있습니다.

그림 49 - 브레이크어웨이 탭

분리 과정에서 라미네이트와 탭 근처에 위치한 SMT 부품에 일부 스트레스가 가해질 수 있으며, 이로 인해 손상될 수 있습니다. 손상을 최소화하기 위해, 이러한 부품들을 보드 가장자리와 90°로 배치하는 것이 권장됩니다. 일반적으로, 부품, 트랙, 비아 및 내부 레이어 평면은 분리 홀로부터 0.100인치 이내에 위치해서는 안 됩니다.

솔리드 분리

솔리드 분리 방법은 분리 탭보다 더 강하고 재료를 덜 사용하며, 패널에서 보드를 제거하기 위해 니블러가 필요하지 않습니다. PCB가 분리된 후, 보드 가장자리에 원치 않는 재료가 조금 남아 있을 수 있으며, 이는 보드를 평평하게 만들기 위해 일부 채워야 할 수도 있습니다. 그림 50은 PCB에 대한 솔리드 분리 단면을 보여줍니다:

그림 50 - 솔리드 분리 단면

V 그루빙

V 그루빙 또는 V 스코어링은 패널에서 보드를 분리하는 또 다른 대안이며, 특히 돌출된 부품이 없는 보드에 대해 좋은 옵션입니다. 이 대체 분리 방법은 구현 비용이 적게 들며 대량 생산에 이상적입니다. V 그루빙 방법의 단면은 그림 5에 나와 있습니다:

그림 51a - V 그루브 단면

V 그루빙을 사용하여 보드를 패널에서 분리할 때는 분리되는 영역 주변에 일정한 스트레스가 발생하므로, SMT 부품은 보드 가장자리로부터 최소 0.100인치 이상 떨어진 곳에 배치하는 것이 좋습니다. V 그루빙은 또한 PCB 제조업체에서 점수를 매긴 후 거칠고 미완성된 보드 가장자리를 생성합니다. 그림 51b는 V 그루빙 방법에 필요한 그루빙 라인을 패널에 표시합니다:

그림 51b - V 그루브 패널에 필요한 그루빙 라인 및 세부 정보

비정형 PCB

비정형 모양의 PCB를 설계하는 경우, 조립 과정 중 패널화 기술을 활용하여 보드의 생산 과정을 간소화하는 것이 좋습니다.

이는 그림 52에 표시된 것처럼 일부 재료 낭비 조각을 제공합니다:

그림 52 - 인필 패널이 있는 비정형 보드

보드 레이아웃 완성하기

보드에 적절한 테스트 포인트를 추가함으로써, 제조 관련 오류를 사후 생산 검증 과정에서 탐지할 가능성을 크게 높일 수 있습니다. 모든 설계에는 그 한계와 독특한 물리적 제약이 있기 때문에, 테스트 포인트의 이상적인 배치를 결정하기 위해 제조업체와 상의하는 것이 항상 권장됩니다. 보드의 레이아웃 과정이 완전히 끝나면, 이제 선택한 제조업체에 설계 의도를 명확하게 전달하기 위한 사후 설계 문서화 과정으로 넘어갈 시간입니다.

제작을 위한 PCB 문서화

제조로 설계를 보내기 전에, 설계 의도를 명확하게 전달하기 위해 제대로 문서화되어 있는지 확인해야 합니다. Gerber 및 ODB++와 같은 전자 파일은 보드를 만드는 데 필요한 기본 정보를 제공하지만, 보드 제작 방법에 대한 머릿속의 세부 사항을 모두 포함하지는 않습니다.

문서화 단계는 보드 레이아웃을 정확하게 문서화하고 설계 의도가 명확하게 전달되지 않을 때 일반적으로 발생하는 오해를 피할 수 있는 기회입니다. 이 장에서는 표준 PCB 문서화 템플릿을 생성하고 제조업체의 이해를 높이기 위해 포함하고 싶은 모든 필수 세부 정보를 개요로 설명할 것입니다. 다음 장에서는 마스터 도면의 구체적인 사항에 대해 설명할 것입니다. 이 장과 다음 장은 표준 IPC-D-325A[6-1]에서 정보를 가져옵니다.

도면 크기

마스터 도면을 생성하는 첫 번째 단계는 모든 도면을 포함할 적절한 도면 영역을 선택하는 것입니다. 도면 영역의 치수는 도면 크기로 언급되며 ANSI-Y 14.1[6-1] 표준 크기에 따라야 하며, 그 예는 그림 53[6-2]에 나와 있습니다. 가능하다면 도면 크기는 회사의 문서화 정책을 준수하면서 모든 문서에 대해 일관되게 유지되어야 합니다.

그림 53 - PCB 문서화를 위한 표준 도면 크기

제작 및 조립을 위한 PCB 템플릿의 기본 블록

PCB 도면에 포함해야 할 여러 블록이 있습니다. 블록에는 제조를 위한 설계 요구 사항을 명확하게 정의하는 데 도움이 되는 추가 세부 사항과 사양이 포함되어야 하며, 생산 지연이나 오류의 가능성을 피하기 위해 완전히 상세하게 설명되어야 합니다. 그림 54는 블록이 강조 표시된 빈 도면 공간을 보여줍니다.

그림 54 - 강조된 블록이 있는 빈 PCB 도면 공간

구역 설정

구역 설정은 도면에 참조를 제공하는 데 사용되며, 특히 여러 장의 도면이 있는 경우에 유용합니다. 도면을 여러 가지 방법으로 구역 설정할 수 있지만, 일관성을 위해 한 가지 방법을 선택하여 모든 설계에 사용하는 것이 좋습니다. 이 가이드북에서 제시된 방법에는 다음 지침이 포함됩니다(그림 55 참조):

• 도면지의 수평 테두리(상단 및 하단)는 도면의 왼쪽 상단부터 시작하여 "A"로 표시하고 오른쪽으로 이동하면서 알파벳 순으로 증가시켜야 합니다.
• 수직면(왼쪽 및 오른쪽)은 상단에서 "1"로 시작하여 아래로 이동하면서 숫자가 증가하도록 계속합니다.
• 모든 글자는 대문자여야 합니다.

그림 55 - 예시 구역 설정 방법

제목 블록

타이틀 블록은 PCB 설계의 중요한 부분으로, 제조업체에게 보드 제작에 필요한 기본 정보를 전달합니다. PCB 프로젝트의 타이틀 블록을 생성할 때 제공해야 할 여러 다른 섹션이 있으며, 이에는 다음이 포함됩니다:

• 제목
• 스케일
• 도면 번호
• 케이지 코드
• 승인 블록

아래 그림은 타이틀 블록에 이러한 섹션을 자세히 보여주며 포함되어야 할 내용에 대한 추가 세부 정보를 제공합니다:

제목 및 부제목

제목 및 부제목은 PCB에 대한 간결하고 정확한 설명을 제공해야 하며 대문자로 작성되어야 합니다.

그림 56 - 제목 및 부제목 블록

스케일

스케일은 실제 디자인과 이미지의 비율이며 분수 형태로 설명되어야 합니다.

그림 57 - 스케일 블록

도면 번호 (DWG. NO.)

도면 번호는 파일링 및 PCB 프로젝트의 식별에 사용됩니다.

그림 58 - 도면 번호 블록

케이지 코드(해당되는 경우)

케이지 코드는 연방 정부가 사업장을 식별하기 위해 사용하는 다섯 문자의 문자열입니다.

그림 59 - 케이지 코드 블록

승인 블록

승인 블록은 개인(도면 작성자, 디자이너, 검사자 등)이 디자인에 서명하는 데 사용됩니다.

그림 60 - 승인 블록

요구 사항은 조직의 설정된 CAD 표준에 따라 다를 수 있지만, 위의 다섯 개 섹션은 제목 블록에 필요한 최소 요구 사항으로 간주됩니다. 향후 프로젝트를 위해 자체 제목 블록 표준을 설정해야 합니다. 아래 그림에 표시된 블록에는 프로젝트 사양과 관련이 있을 수 있는 선택적 세부 정보가 포함되어 있습니다.

응용 프로그램 블록

응용 프로그램 블록은 선택 사항이며 두 부분으로 나뉩니다. 첫 번째는 'USED ON' 섹션, 두 번째는 'NEXT ASSY' 섹션입니다. 'NEXT ASSY' 섹션은 엔지니어에게 부품이 사용될 다음 조립품을 알려주고, 'USED ON'은 다음 조립품을 포함하는 주요 조립품을 나타냅니다.

그림 61 - 응용 프로그램 블록

개정 블록

개정 블록은 프로젝트 개정을 추적하는 데 사용되며 아래 그림 62에서 볼 수 있습니다. 회사의 개정 체계를 준수해야 하지만, 체계가 없는 경우 아래에 제안된 개정 체계를 사용하세요:

• 첫 번째 수정은 "A"로 표시됩니다
• 두 번째 수정은 "B"로 표시되며 이런 식으로 계속됩니다
• 글자가 모자라면 두 번째 글자를 도입합니다. "AA" → "AB"

그림 62 - 수정 블록

계약 번호

계약 번호, 또는 구매 주문 번호로 알려져 있으며, 프로젝트를 연결하고 추적하는 데 사용됩니다.

그림 63 - 계약 번호

배포 키

배포 키는 귀사의 특정 부서로 내부 배포에 사용되며, 제목 블록 바로 위에 위치해야 합니다.

그림 64 - 배포 키

재료 블록

재료 블록에는 사용되는 재료를 명시하는 적절한 노트에 해당하는 번호가 포함되어 있습니다.

그림 65 - 재료 블록

수정 상태 블록

수정 상태 블록에는 마스터 도면의 첫 페이지에 정보가 있으며, 도면의 각 개별 시트에 대한 수정 상태를 보여줍니다. 이 블록은 PCB 템플릿의 오른쪽 상단 모서리에 위치해야 합니다.

그림 66 - 수정 상태 블록

계속 시트 블록

연속 시트 블록은 첫 페이지를 제외한 시트에 사용됩니다. 연속 시트 블록은 그림 67에 표시된 대로 페이지의 오른쪽 하단 모서리에 배치되어야 하며 다음을 포함해야 합니다:

• 승인 블록(필요한 경우)
• 케이지 코드
• 도면 번호
• 도면 리비전(선택 사항)
• 시트 번호
• 스케일
• 크기

그림 67 - 연속 시트

제작 및 조립을 위한 PCB 템플릿의 기본 블록

스키마틱 제목 블록

스키마틱 제목 블록은 도면 크기, 날짜, 제목 및 리비전(그림 67 참조)을 포함하여 PCB 대응 블록과 많은 같은 정보를 공유하지만, 아래에 설명된 여러 가지 차이점이 있습니다:

그림 68 - 스키마틱 제목 블록

참조 문서 블록

참조 문서 블록은 필요한 프로젝트 생산 문서를 나열합니다.

그림 68 - 참조 문서 블록

조립 도면 번호

조립 도면 번호는 조립 도면에 할당된 고유 번호입니다. 조립 도면은 모든 구성 요소가 배치된 전체 보드 구조의 상세한 묘사입니다.

팹 도면 번호

Fab Drawing Number는 제작 도면에 할당된 고유 번호입니다. 제작 도면은 보드 상의 구축이 필요한 영역, 예를 들어 레이어 스택과 드릴 테이블을 나타냅니다.

BOM 문서 번호

BOM 문서 번호는 자재 목록(BOM) 문서에 할당된 고유 번호입니다. BOM은 설계의 모든 측면을 통합하여 최종 제품을 생산합니다. BOM에 대해서는 이 가이드북에서 나중에 더 자세히 논의됩니다.

PCB 도면 번호

PCB 도면 번호는 PCB 도면에 할당된 고유 번호입니다.

프로젝트

이 블록은 주요 프로젝트의 이름이나 번호를 입력하는 데 사용됩니다.

 

파일 이름

파일 이름은 확장명을 포함한 저장된 파일명을 의미합니다.

 

회사 이름 및 주소

이 영역은 귀사의 이름과 우편 주소를 위한 곳입니다.

 

기본 제작 문서 완성하기

설계에 대한 기본 정보를 제조업체와 이해관계자에게 전달하는 것은 설계 의도의 오해 위험을 줄입니다. 특정 프로젝트의 요구 사항에 가장 적합한 선택적 블록을 활용하는 것이 좋습니다. 이를 통해 설계 문서의 조직화를 촉진할 수 있습니다. 조직화된 문서는 문서 전반에 걸쳐 설계 의도가 연결되는 것을 더 쉽게 만듭니다. 이제 문서의 명명 및 조직에 대해 다루었으니, 마스터 도면의 내용을 살펴보겠습니다.

마스터 도면 문서화하기

 

제조를 위한 설계(DFM)는 단순히 설계 과정에 관한 것만이 아니라, 디지털로 첫 번째 구성 요소를 배치하는 것부터 PCB에 픽앤플레이스 기계가 물리적으로 마지막 부품을 배치하는 것까지, 설계를 완료하기 전후로 발생하는 모든 것에 대해 인식하는 것입니다. 근본적으로 DFM은 과학만큼이나 예술이며, 설계 과정에서 자신의 관심사뿐만 아니라 모든 이해관계자의 필요에도 주의를 기울여야 하는 엔지니어를 요구합니다. 설계자는 PCB 제조 과정을 이해하여 자신의 PCB에 DFM 관행을 성공적으로 구현할 수 있는 책임이 있습니다.

이 가이드북에서는 PCB 설계에 대한 DFM을 제조 및 조립 두 가지 관점에서 심도 있게 살펴보았습니다. 제조 측면에서, 설계자는 처리 능력에 의해 제한을 받게 되며, 시스템 내의 물리적 레이아웃이 이러한 제약을 위반하지 않도록 해야 합니다. 조립 측면에서, 설계자는 여전히 물리적 레이아웃이 조립 과정의 기본적인 측면을 방해하지 않고 높은 수율로 이어질 것임을 보장해야 합니다. 처음부터 성공적인 PCB를 설계하려면, 더 넓은 시야로 바라보고 디지털 도메인에서 생산하는 설계를 더 큰 퍼즐의 작은 조각으로 보아야 합니다.

이 가이드북의 목표는 새로운 설계자들에게 PCB 제조 과정 내에서 DFM/DFA 제약을 위반하지 않도록 보장하는 데 필요한 도구를 제공하는 것입니다. 다음 주제에 대한 간단하지만 중요한 지침을 제공합니다:

• 제조 과정 개요
• 제조 및 조립을 돕는 PCB 풋프린트에 포함시켜야 할 중요 요소
• 대부분의 PCB에 적용되는 중요한 재료 속성
• 성공적인 제조를 보장하기 위한 PCB 레이아웃 전략 팁
• 제조 및 조립 도면을 사용하여 PCB 문서화

다른 중요한 PCB 설계 주제에 대해 더 알아보려면, Altium 리소스 허브의 가이드 북 페이지를 확인해보세요.

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