신규 설계자를 위한 PCB 설계 기본 사항

새로운 PCB 설계 프로그램을 방금 설치했고 첫 번째 PCB 레이아웃을 시작할 준비가 되었다고 가정해 보겠습니다. 이제 시작하려면 무엇부터 해야 할까요? 대부분의 엔지니어는 회로도 작업과 핵심 컴포넌트 선택에 능숙하지만 PCB 레이아웃을 처음 접하는 사람이라면 이 과정이 부담스러울 수도 있습니다. PCB 설계 소프트웨어는 많은 도구를 포함하고 있으며 특정 워크플로우를 따르기는 하지만 초보자도 몇 가지 PCB 설계 기본 지식만 있으면 설계 프로세스를 진행하는 것이 가능합니다.

이 글에서는 모든 초보 설계자가 설계 프로세스를 성공적으로 진행하기 위해 따라야 할 몇 가지 설계 기본 사항을 제시하고자 합니다. 이러한 사항 중 일부는 회로 기판 구성 방식에 대한 기존 관점에 대한 도전이 될 수 있습니다. 그러나 낮은 노이즈 신호, 제조 가능성 및 레이아웃 해결 용이성 간의 균형을 맞추는 데 도움이 될 것입니다.

새로운 PCB 설계 시작의 기본 사항

PCB 설계 프로세스는 표준 워크플로우를 따르며, 모든 전자기기 설계자는 이 워크플로우가 어떻게 전개되는지 이해하는 것이 중요합니다. PCB 설계의 표준 워크플로우는 엔지니어링 설계에서 시작하여 실제 PCB 레이아웃을 완성하고, 제조를 위한 최종 설계를 준비하는 데 중점을 둡니다.

PCB 설계 워크플로우 이해

작업을 더 진행하기 전에 표준 워크플로우를 간단히 숙지하는 시간을 갖는 것이 가장 좋습니다. 위의 링크를 읽어 보세요. 디자인 워크플로우는 다음 단계 목록을 통해 진행됩니다.

1. 주요 유통업체에서 공급이 가능하고 재고가 있는 핵심 부품 선택
2. 엔지니어링 요구 사항을 기반으로 회로도 생성 및 검토
3. 빈 PCB 생성, 스택업 구축 및 설계 규칙 생성
4. 회로도에서 새 PCB 레이아웃으로 부품 데이터 가져오기
5. 부품 배치 및 배치 검토를 통해 엔지니어링 요구 사항을 충족하는지 확인
6. 부품 간 경로 추적 및 연결
7. PCB 레이아웃 정리 및 최종 설계 검토 수행
8. 디자인 결과물을 준비하고 제조를 위한 전송

설계 프로세스를 개략적으로 파악했다면 아래 링크를 통해 PCB 설계 워크플로우가 어떻게 전개되는지 알아보고 모든 설계자가 새 회로 기판을 완성하기 위해 수행해야 하는 표준 작업 세트를 확인해 보세요.

• 표준 PCB 설계 워크플로에 대해 더 자세히 알아보기

회로도와 레이아웃의 동기화

PCB 설계자로 막 시작하는 사람이라면 아마 기기에 대한 회로도를 직접 제작할 가능성이 높습니다. 설계를 변경할 때는 항상 레이아웃의 회로도 간에 변경 사항도 동기화해야 합니다. 여기에는 특히 다음과 같은 설계 변경 사항이 포함됩니다.

• 부품 추가, 제거 또는 교체
• 네트 추가, 제거 또는 변경하기
• 네트를 Net Class 개체로 그룹화
• 부품 매개변수 정보 변경(부품 번호, 공급업체 정보 등)
• 회로도의 개체에 적용되는 기타 모든 전기 규칙 또는 지침

변경이 완료되면 PCB 레이아웃에 적용해야 합니다. 이 작업은 PCB 설계 소프트웨어의 가져오기 기능으로 수행됩니다. 이렇게 하면 설계의 모든 것이 동기화되고 소프트웨어의 설계 규칙 엔진이 설계 데이터를 올바르게 읽을 수 있습니다.

PCB 제조 공정에 대해 알아보기

실제 제품으로 생산하려는 모든 설계는 대규모로 제조할 수 있어야 합니다. ECAD 소프트웨어를 사용하면 상상할 수 있는 모든 설계 기능을 PCB 레이아웃에 구현할 수 있습니다. 그러나 설계 결정 사항은 표준 공정에서 제조할 수 있어야 하므로 설계자는 PCB에서 제조할 수 있는 제품의 한계를 숙지하고 있어야 합니다.

이는 모든 PCB 설계자가 PCB 제조의 기초를 학습하는 데 시간을 할애하여 설계의 완전 제조 가능성 여부를 확인할 수 있어야 한다는 의미입니다. 이 과정은 제조를 위한 설계(DFM)라고 하는 설계 프로세스에 구축되어야 하는 중요한 관행과 관련이 있습니다. 제조에 차질을 빚고 기판이 생산 단계 전에 재설계를 위해 반환될 수 있는 몇 가지 일반적인 설계상의 결함에 대해 시간을 내어 확인하시기를 바랍니다.

• 제조를 위한 디자인에 대해 자세히 알아보기

성공의 열쇠가 되는 디자인 규칙

제조 공정과 PCB 제조업체의 표준 기능에 대해 배우고 나면 설계 규칙에 부과된 몇 가지 제한 사항을 훨씬 쉽게 이해할 수 있습니다. 대부분의 DFM 문제는 PCB의 구리 피쳐 크기 또는 서로 다른 피쳐 간의 간격과 관련이 있습니다. PCB 설계 소프트웨어에 프로그래밍된 기본 설계 규칙은 일반적으로 약간 보수적이며 설계 규칙을 위반할 수 있는 한계에 대해 알아야 합니다.

예를 들어 아래의 풋프린트를 살펴보겠습니다. 이 풋프린트의 패드 간 간격은 약 9mil이지만, 컴포넌트가 PCB 레이아웃으로 전송되면 설계 규칙 오류(녹색으로 표시됨)가 발생합니다. 대부분의 제작자는 약 5mil의 최소 간격을 요구하므로 이 설계 규칙을 쉽게 위반하고 제한을 더 낮게 설정할 수 있습니다. 설계 규칙을 어지럽히기 전에 제작자의 기능 시트에서 여유 공간을 확인하시기 바랍니다.

접지면 적용

모든 PCB는 설계 내 모든 컴포넌트가 완전한 회로를 형성하고 설계 전체에 전원이 공급될 수 있도록 명확한 접지 연결을 필요로 합니다. 접지 연결은 기판의 배터리 또는 외부 전원 공급 장치에 연결할 수 있습니다. 어떤 연결 방법을 사용하든 접지 연결은 PCB의 다른 모든 컴포넌트에 공급되어야 합니다. 가장 쉬운 방법은 접지면을 사용하는 방법입니다. 즉, PCB 레이어 중 하나 전체를 대형 구리 시트로 덮어 접지하는 것입니다.

오늘날까지도 PCB 스택업에 접지면을 배치하는 것을 주저하는 신규 설계자 수는 놀라울 정도입니다. 디지털 및 아날로그 신호에 영향을 미치는 많은 기본 노이즈 문제는 장치에 접지면이 없기 때문에 발생합니다. 현재 PCB에서는 장치 전체에 견고한 접지면을 사용하는 것이 표준 지침입니다. PCB의 분할 평면이나 스타 접지가 적합한 일부 예외적인 상황도 있지만 대부분의 디지털 및 아날로그 설계에서는 이러한 접근 방식은 적절하지 않습니다.

• PCB 접지에 대해 자세히 알아보기

라우팅 전 배치 완료

회로도 데이터를 새 PCB 레이아웃으로 전송하는 즉시 기판 주위에 컴포넌트를 배치해야 합니다. 설계의 이 시점에서 목표는 설계가 해결 가능한지, 즉 쉽게 라우팅할 수 있는지 확인하기 위해 컴포넌트를 배치하는 것입니다. 따라서 컴포넌트가 배치되고 배치가 승인될 때까지 라우팅을 수행하지 않는 것이 가장 좋습니다. 모든 컴포넌트가 배치되기 전에 라우팅을 하면 라우팅을 변경해야 할 수밖에 없습니다. 라우팅하기 전에 모든 순 교차점이 최소화되는 지점에 레이아웃을 배치하세요.

모든 부품이 배치되고 마무리되면 이제 PCB 라우팅을 시작할 차례입니다. PCB 레이아웃 작업을 시작하기 전에 위의 조언을 따르고 설계 규칙을 검토했다면 설계를 성공적으로 라우팅할 가능성이 높습니다. 라우팅을 설명하기 위해 '성공'이라는 단어를 사용할 때는 일반적으로 다음과 같이 세 가지 영역을 의미합니다.

• 모든 신호를 라우팅하기 위해 새로운 신호 레이어의 필요 최소화
• 가능한 경우 레이어 간 전환 최소화
• PCB 스택업에서 접지면을 사용을 통한 노이즈 최소화
• 가능한 한 많은 경로를 짧고 직접적으로 유지

이 지침 목록은 완전하지는 않지만 PCB 전체에서 라우팅할 대부분의 신호를 전달하는 트레이스에 적용할 수 있습니다. 고속, 저속, 저주파 아날로그, RF 설계는 모두 이러한 PCB 라우팅 팁을 사용하므로 PCB 레이아웃에 동일한 관행을 구현하는 데 익숙해져야 합니다.

• PCB 레이아웃의 라우팅에 대해 자세히 알아보기

기억하세요. 목표는 제조입니다!

레이아웃의 모든 항목이 라우팅되고 완성되었다고 해서 작업이 끝난 것은 아닙니다. 설계자는 PCB 레이아웃에서 제조 파일을 생성하는 작업을 수행해야 합니다. PCB 설계 소프트웨어에는 이러한 출력 파일을 자동으로 생성하는 도구가 포함되어 있습니다. 출력을 준비한 후에도 출력 파일을 검토하여 출력 파일 내보내기의 설정을 잘못 적용하지 않았는지 확인해야 합니다. 따라서 제조업체에 제출하기 전에 모든 것을 검토하는 시간을 갖습니다.

• 설계 결과물 및 제조에 대해 자세히 알아보기

다음은 어떻게 되나요?

축하합니다! 설계 단계가 끝났으며 제조 단계로 접어들었습니다. 이제 제조업체가 설계를 검토하여 자사의 처리 능력에 부합하는지 확인합니다. 모든 사항이 최종 DFM 검토를 통과하면 기판의 생산 및 조립 작업에 들어갑니다.

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