소규모 전자 회로 설계는 많은 주의를 요구합니다

생활비 상승에 따른 새로운 세금이 지속적으로 도입되면서, 소비자들이 연쇄 효과로 고통받는 것은 시간 문제일 뿐입니다. 제가 좋아하는 현지 식당들이 가격을 올리거나 제공량을 줄이는 것을 볼 때마다 화가 납니다. 물론 모든 것이 그대로 유지되기를 바라지만, 조금 더 지불하면서라도 제 배를 채울 수는 있습니다.

전자 제품에서도 PCB 디자인이 제가 좋아하는 파스타 접시처럼 점점 작아지고 있습니다. 전자 회사들이 점점 더 작은 PCB에 수백 가지 기능을 집어넣으려고 시도함에 따라, 하드웨어 디자이너들은 한계까지 시험받고 있습니다. 전기 엔지니어들은 더 작은 PCB를 사용하여 디자인하면서도 PCB 장치가 기능적인 문제로부터 자유로워야 한다는 기대를 받고 있습니다. PCB 디자인에 관련된 도전 과제가 점점 늘어나고 있기 때문에, 초기에 컴팩트한 구성 요소 디자인을 위한 인쇄 회로 기판을 최적화하는 방법을 배우는 것이 중요합니다.

컴팩트한 PCB 디자인을 위한 유용한 팁

불가능할 정도로 작은 기기 케이스에 PCB가 맞아야 한다고 들었을 때, 따를 수 있는 중요한 팁들이 있습니다:

1. 더 작은 크기의 구성 요소 사용하기

큰 패키지, 예를 들어 0805 저항기는 수동 프로토타이핑을 더 쉽게 만들 수 있지만, 컴팩트한 전자 회로 설계에는 적합하지 않습니다. 조립업체가 처리할 수 있는 가장 작은 표면 실장 부품을 찾아서 인쇄 회로 설계에 사용하세요. Quad Flat Package (QFP)와 같은 수백 개의 핀을 가진 마이크로컨트롤러를 사용하면 PCB 위의 귀중한 공간을 차지할 수 있습니다. 큰 부품을 Ball Grid Array (BGA) 패키지로 교체하세요.

BGA 부품으로 더 많은 공간을 절약하세요.

2. 더 작은 트랙과 홀 크기로 라우팅하기

대부분의 PCB 제조업체는 4 mils까지 얇은 트랙을 처리할 수 있습니다. 그 능력을 활용하여 가능한 한 트랙을 작게 만드세요. 물론, 예외는 있습니다. 전력 트랙과 마이크로스트립 안테나는 계산된 값에 따라 설계되어야 합니다. 이는 비아나 패드의 드릴 크기에도 동일하게 적용됩니다. 이 두 가지를 최적화함으로써 상당한 공간을 절약할 수 있습니다.

3. 지정자를 체계적으로 배열하기

트랙과 부품을 위한 공간을 만들기 위해 지정자를 삭제하는 것이 유혹적일 수 있습니다. 그러나 그것은 현명한 선택이 아닙니다. 대신, 지정자를 더 작게 만들고 이들을 더 작은 그룹으로 정리하세요. 구성 요소를 체계적인 순서로 반영하도록 배열을 확실히 하세요. 이는 밀집된 PCB 내에서 부품을 추적하기 쉽게 만듭니다.

4. 다층 PCB 설계

주어진 크기에 맞게 디자인을 하기 위해 트랙의 수가 문제가 된다면, PCB 층의 수를 늘리세요. 다층 PCB는 일반적으로 표준 2층 레이아웃보다 비용이 더 많이 듭니다. 전원 및 접지 평면을 내부 층으로 옮겨 4층 PCB를 만드는 것부터 시작할 수 있습니다. 그래도 부족하다면, 신호 층을 접지 평면으로 분리하여 간섭을 최소화하면서 층 수를 늘릴 수 있습니다.

5. 비아를 창의적으로 사용하기

콤팩트한 PCB에서 라우팅을 할 때 많은 수의 비아가 발생할 수 있습니다. 그리고 여러 층의 신호가 있을 때, 일반 비아는 도움이 되기보다는 방해가 됩니다. 블라인드 비아나 매립 비아를 사용하여 PCB의 양쪽에서 공간을 절약하세요. 이는 PCB의 비용을 증가시킬 수 있지만, 콤팩트한 디자인을 성공적으로 라우팅하는 데 차이를 만들 수도 있습니다.

6. 효율적인 열 관리 기법

소중한 시간을 들여 부품을 PCB에 밀집시키기만 하고, 열 문제로 인해 PCB가 일주일만에 고장 나는 것은 아무 의미가 없습니다. 이는 소형 PCB 설계를 괴롭히는 주요 도전 과제 중 하나입니다. 열 문제를 최소화하기 위해, 열을 발생시키는 부품 주변을 PCB 방열판으로 전환하세요. 열을 효율적으로 분산시키기 위해 충분한 열 확산 비아를 배치하세요. 필요하다면, 온도 상승을 빠르게 방지하기 위해 더 두꺼운 PCB를 사용하세요.

소형 PCB는 열이 많이 발생할 수 있습니다.

7. 빠른 라우팅 가능성 테스트

한 번은 라우팅이 물리적으로 불가능한 PCB에 며칠을 낭비한 적이 있습니다. 단순히 라우팅을 위한 충분한 공간이 없었습니다. 그때는 PCB 설계 소프트웨어가 지능적인 자동 라우팅 기능을 갖추지 못했었습니다. 요즘에는 소프트웨어가 전체 설계를 자동으로 라우팅하도록 함으로써 이러한 좌절을 쉽게 피할 수 있습니다. 소프트웨어가 합리적인 시간 내에 라우팅을 완료할 수 있다면, 나중에 사전 설정된 설계 규칙을 사용하여 라우팅할 수 있을 것입니다.

효율적으로 컴팩트한 PCB를 설계하고 성공 확률을 최적화하고 싶다면, 훌륭한 PCB 설계 소프트웨어가 도움이 됩니다. Altium Designer^®는 라우팅 가능성과 부합성을 테스트하면서 블라인드 비아를 배치하고 설정하기 쉽게 해줍니다. 또한 특정 신호에 대한 트랙과 홀 크기를 사용자 정의할 수 있습니다.

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