PCB 설계에서 상위 DFM 오류 방지

 

모든 회로 기판은 잠재적인 제조 및 조립 오류를 피하기 위해 DFM(제조 가능성을 위한 설계) 지침을 준수해야 합니다. 이는 비용 절감, 품질 개선, 무결점 제조에도 중점을 둡니다. 이 글에서는 PCB에서 발생할 수 있는 주요 DFM 오류와 이를 피하기 위한 다양한 기술에 대해 설명하겠습니다.

제조(DFM)를 위한 PCB 설계 살펴보기

DFM 분석은 제조업체가 보드의 설계를 다양한 측면에서 검토하여 재료, 치수 및 성능을 가장 효율적으로 수정할 수 있도록 합니다. 이는 설계 문제를 즉시 감지하고 생산 전에 잘 수정합니다. 제조 가능성 분석을 위한 단계별 접근 방식은 다음과 같은 특성을 포함합니다:

1. 제조 공정에 영향을 미칠 설계 위반 사항 식별.
2. 기하학적 및 재료 요구 사항에 따른 정확한 제조 공정 결정.
3. 보드 설계 검사 및 사양이 완성품과 일치하는지 결정.
4. 보드의 치수에 따라 의존하는 재료(성질, 물리적 강도 및 질감에 따라) 선택.
5. 품질 기준과 신뢰성을 충족하기 위해 설계가 규제 준수를 따르도록 보장.

주요 DFM 오류

자주 발견되는 DFM 문제에는 슬리버, 링 브레이크아웃, 산성 함정 등이 포함됩니다. 일반적인 위반 사항과 그 예방책을 살펴보겠습니다.

슬리버 예방

슬리버는 구리를 노출시켜 단락을 일으키는 건조 필름 저항의 작은 쐐기입니다. 도전성(구리)이거나 비도전성(솔더 저항)일 수 있습니다. 슬리버가 형성되는 데는 두 가지 이유가 있습니다. 첫 번째 경우는 구리나 솔더 마스크의 길고 얇은 특징이 식각되어 제거될 때입니다. 분리된 슬리버는 제작 중에 단락을 일으킵니다. 두 번째 경우는 보드 디자인의 섹션을 너무 가깝거나 깊게 절단하여 슬리버가 형성됩니다. 이로 인해 회로 기판의 기능이 부정적으로 영향을 받을 수 있습니다.

해결책:
이 결함을 피하기 위해 최소 포토레지스트 폭을 적용하세요. 제거하거나 채울 수 있는 같은 넷 간격(3밀 미만) 또는 에어갭을 적용하세요. 슬리버가 형성될 수 있는 가능한 영역을 식별하고 문제가 있을 경우 해결하기 위해 적절한 DFM 분석이 필요합니다.

 

부품 선택

부품 선택은 그 가용성, 리드 타임 고려 사항 및 단종 부품의 모니터링을 기반으로 이루어져야 합니다. 이는 제조가 시작되기 훨씬 전에 부품이 사용 가능하도록 보장합니다.

BOM을 제대로 연구하여 구성 요소 및 패키지의 크기를 결정하십시오. 충분한 공간이 있을 때 저항기와 커패시터에 대해 더 큰 구성 요소를 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 0402/0201 대신 0603 또는 0805 크기의 커패시터/저항기를 사용하십시오. 선택은 전압, 전류 및 주파수에 의해 영향을 받습니다. 가능할 때는 더 작은 패키지를 선택하고, 그렇지 않으면 더 큰 것을 선택하십시오. 작은 구성 요소 패키지의 과도한 사용은 회로 기판 조립을 복잡하게 만들어 청소 및 재작업을 더 어렵게 만듭니다.

 

테스트 포인트

DFM은 보드를 구축한 후 전기적 연결성을 확인하기 위해 모든 중요 신호에 대한 테스트 포인트를 포함합니다. 제외되면 최종 제품을 확인하기 어려울 것입니다. 가능한 제조 문제를 피하기 위한 몇 가지 지침은 다음과 같습니다:

• 테스트의 용이성을 위해 모든 테스트 포인트를 보드의 같은 쪽에 배치하십시오.
• 테스트의 효과를 높이기 위해 테스트 포인트 사이에 최소 0.100인치의 거리를 유지하십시오.
• 더 높은 구성 요소를 위한 영역을 지정하십시오.
• 여러 프로브로 쉽게 접근할 수 있도록 모든 테스트 포인트를 고르게 배치하십시오.
• 제조 공차를 염두에 두고 레이아웃을 설계하십시오.

비아 및 드릴-투-커퍼

드릴-투-커퍼는 드릴로 뚫은 구멍의 가장자리에서 가장 가까운 구리 특징까지의 거리입니다. 그러나 PCB 설계자들은 완성된 구멍 크기(FHS)에서 가장 가까운 구리 특징까지의 드릴-투-커퍼를 고려합니다.

설계자들은 항상 드릴된 직경(FHS + 드릴 허용 오차)을 고려하여 올바른 거리를 결정해야 합니다. 드릴링 직경은 아래의 방정식에서 결정할 수 있습니다:

완성된 구멍 크기 + 허용 오차 = 드릴 직경

보통, 거리는 5-8 밀(mils)이어야 하지만, 이는 층수에 따라 달라집니다. 보드 레이아웃 도구는 드릴-투-커퍼에 대해 특별한 설계 규칙 검사(DRCs)를 가지고 있지 않습니다. 그러나, 설계에서 적절한 간격을 사용한다면, 8 밀의 여유를 가질 수 있습니다. 이는 DFM 분석을 할 때 고려해야 할 가장 중요한 속성입니다.

 

링 주변에서, 드릴 비트가 원하는 위치에 도달하지 못하고 같은 축에서 이탈할 때 접선이나 파손이 발생할 수 있습니다. 이는 경계선 상의 연결을 야기하며 신뢰성에 영향을 미칩니다.

 

드릴링 중에 발생하는 DFM 문제를 피하기 위한 몇 가지 팁은 다음과 같습니다:

• 디자인에서 더 큰 패드 크기를 적용하여 넓은 링 영역을 포함시키십시오. 이는 좋은 전도성을 보장하고 패드 중앙에 비아를 드릴링하는 것을 용이하게 합니다.
• 도금된 드릴이 모든 구리 층에 구리 패드를 가지고 있는지 확인하십시오.
• Sierra Circuits는 드릴에서 구리까지 최소 8 밀의 거리를 권장합니다.
• 드릴의 미스레지스트레이션을 방지하기 위해 최소 종횡비를 유지하십시오.
• 드릴 유형(PTH/NPTH) 및 드릴 수량/크기를 정의하십시오.
• 구리 특성과 드릴이 보드의 프로파일 안에 들어맞는지 확인하십시오.
• 공급업체/제조업체가 제조할 수 있는 최소 링 크기(4 밀) 이상의 링을 디자인하십시오.
• 복잡한 디자인과 작은 링에서 링 파손을 방지하기 위해 티어드롭을 추가하십시오.

드릴 수는 드릴 차트와 일치해야 합니다

드릴 수를 드릴 차트와 일치시키는 것이 중요합니다. 팹 도면에는 드릴 차트가 포함되어 있습니다. 때때로 드릴 차트가 실제 드릴 수와 일치하지 않을 수 있습니다. 그 경우에는 드릴 차트를 수정하거나 재생성해야 합니다.

 

간단한 설계 요점으로, PCB 레이아웃에서 사용되는 다른 드릴 크기의 수를 최소화하려고 노력하세요. 대부분의 레이어 전환에 대해 처리할 수 있는 하나 또는 두 개의 비아 크기를 선택하는 것이 최선이며, 장착 구멍이나 비도금 구멍에 사용될 몇 가지 다른 크기를 선택할 수도 있습니다.

여유 공간

DFM 분석에서는 세 가지 유형의 여유 공간을 준수해야 합니다.

엣지 여유 공간:

많은 설계자들이 구리와 PCB의 가장자리 사이에 충분한 여유 공간을 제공하는 것을 잊습니다. 구리가 가장자리에 가까울 경우, 전류가 그것들에 적용될 때 인접한 레이어 사이에 단락을 일으킬 수 있습니다. 이는 보드 주변의 노출된 구리 때문입니다. 이 문제는 설계에 여유 공간을 추가함으로써 해결할 수 있습니다. 다음 근사치를 확인하세요:

• 외부 레이어: 0.010”
• 내부 레이어: 0.015”

선 간격:

선 간격은 두 도체 사이의 최소 거리입니다. 이는 재료, 구리 무게, 온도 변화, 적용 전압에 따라 다릅니다. 또한 제조업체의 능력에 따라 달라집니다.

 

솔더 마스크 여유 공간:

• 솔더 마스크 정의 패드의 경우를 제외하고 솔더 마스크 여유 공간을 솔더 패드보다 크게 유지하세요.
• 솔더 브릿지를 방지하는 가장 좋은 방법은 마스크 개구부를 구리 패드 위로 확장하거나 배럴 릴리프(솔더 마스크 클리어런스 = 드릴 크기 + 3 밀)를 제공하는 것입니다.

 

솔더 마스크 누락

때때로, 솔더 마스크가 패드 사이에서 부분적으로 또는 전체적으로 없어질 수 있습니다. 이는 과도한 구리를 노출시켜 솔더 브릿지와 단락을 유발하며, 이는 보드 성능을 저하시킵니다. 이는 솔더 마스크가 정의되지 않았거나, 큰 보드의 설정이 작은 보드에 적용될 때 발생하여 패드 홀이 커지는 경우입니다.

 

솔더 마스크 설계 팁을 따르세요:

솔더 마스크의 상대적 크기는 특징 크기보다 4 밀 크게 해야 합니다.
솔더 마스크 폭/브릿지는 최소 4 밀로 유지하세요.
구리 특징의 가장자리와 솔더의 가장자리 사이의 공간을 2 밀로 유지하세요.

산 함정

주의해야 할 또 다른 DFM 오류는 산 함정입니다. 산 함정은 기본적으로 그 지역에 산 농도를 유인할 수 있는 예각을 포함하는 디자인입니다. 이는 산 함정의 부산물로 과식각된 트레이스와 오픈 회로를 초래할 수 있습니다.

 

패드로 오는 트레이스를 예각으로 배치하지 마십시오. 트레이스를 패드에 대해 45° 또는 90° 각도로 배치하십시오. 트레이스를 라우팅한 후 어떤 트레이스 각도도 산성 함정을 만들지 않았는지 확인하십시오.

실크스크린 검사

실크스크린 검사는 DFM 분석에 영향을 미치는 다양한 속성을 포함하며 가능한 오류를 방지합니다. 여기 몇 가지 중요한 지침이 있습니다:

방향:실크스크린이 패드 위에 있을 수 있으며, 이는 DRC를 실행하여 확인해야 합니다. 실크스크린이 비아 홀과 겹칠 수도 있지만, 비아가 텐티드인 경우에는 허용됩니다. 이는 텍스트를 회전하고 구성 요소 참조 지정자 표시를 조정하는 동안 발생할 수 있습니다. 패드와 비아 위로 가는 참조 지정자 표시를 자르십시오.

선 너비와 텍스트 높이:쉽게 읽을 수 있도록 최소 선 너비 4밀과 텍스트 높이 25밀을 권장합니다. 항상 표준 색상과 큰 모양을 사용하여 좋은 표현을 하십시오. 일반적으로 크기는 텍스트 높이 35밀, 선 너비 5밀이어야 합니다. 보드가 밀집되어 있지 않고 큰 텍스트를 위한 충분한 공간이 있다면 다음 크기를 사용하십시오:

위의 사양이 중밀도 보드에 적합하지 않은 경우, 다음 크기를 사용하십시오:

높이	너비	트레이스
35 mils	25 mils	5 mils

위의 크기가 적합하지 않은 경우, 다음을 참조하십시오. 중밀도 보드의 경우:

높이	너비	트레이스
25 mils	22 mils	5 mils

실크스크린 인쇄 방법: 구체적인 방법은 크기, 여유 공간 등 많은 설계 매개변수와 패드, 비아, 트레이스와 같은 요소에 영향을 미칩니다. 수동 실크스크린 인쇄, 액상 포토 이미징, 직접 전설 인쇄에 따라 이를 명시하십시오.

표시 우선 순위 지정: 규제 요구 사항, 제조업체 식별, 조립 보조, 테스트 보조 등의 분류에 따라 실크스크린 표시를 우선 순위에 따라 지정하십시오.

제조 가능성 가이드라인을 따르면 초기 설계 단계에서 오류를 인식할 수 있습니다. 다행히 Altium Designer®의 DRC 엔진은 생산에 들어가기 전에 이러한 문제를 잡아낼 수 있도록 도와줍니다. 제조업체와 상담한 후, 위에 나열된 제약 조건을 PCB 설계 규칙에 프로그래밍하여 오류를 빠르게 발견하고 수정할 수 있습니다. 설계가 철저한 설계 검토와 제조에 준비되면, 팀은 Altium 365™ 플랫폼을 통해 실시간으로 공유하고 협업할 수 있습니다. 설계 팀은 Altium 365를 사용하여 제조 데이터와 테스트 결과를 공유할 수 있으며, 설계 변경 사항은 안전한 클라우드 플랫폼과 Altium Designer를 통해 공유될 수 있습니다.

Altium Designer와 Altium 365로 가능한 것의 표면만 긁어본 것입니다. 오늘 Altium Designer + Altium 365의 무료 체험을 시작하세요. 그리고 제조 및 조립 공정에 대해 자세히 알아보기 위해 Sierra Circuits 웹사이트를 방문하세요.