튼튼한 전자 제품 설계에는 무엇이 들어갈까요?
At a Glance
이 글에서는 견고한 전자 제품에 들어가는 일반적인 설계 결정 사항과 견고한 PCBAs를 만들기 위해 취할 수 있는 몇 가지 단계에 대해 설명하겠습니다.
"튼튼한 전자제품"을 인터넷에서 검색해 보면, 사람들이 스마트폰 위를 밟는 영상들을 많이 찾을 수 있을 겁니다. 튼튼한 전자제품은 기계적으로 충격을 견뎌야 하지만, 포장도로 위에 떨어뜨려 견디는 것 이상의 것이 튼튼한 시스템에는 필요합니다. 이는 제품의 외장 디자인만큼이나 부품 선택과 제조 선택에 관한 것입니다.
군사 및 항공우주 디자이너들은 종종 "가혹한 환경"이라는 용어를 전자 장치의 신뢰성과 수명이 시험에 들게 될 여러 시나리오를 설명하는 데 사용합니다. 다음 제품을 진정으로 튼튼하게 만들고 싶다면, PCB 레이아웃에서 그들의 전략 중 일부를 채택하는 것이 도움이 됩니다. 이 글에서는 군사 및 항공우주 디자인에서 사용되는 디자인 전략과 산업 디자인에 사용되는 전략을 살펴보겠습니다.
튼튼한 전자제품에서 가혹한 환경이란 무엇인가?
일부 산업 표준에서 정의하는 "환경"이라는 용어는 실제 환경 조건(온도, 습도 등)부터 기계적 환경(예: 진동)이나 전기적 환경(노이즈, ESD 가능성)에 이르기까지 다양한 것을 의미할 수 있습니다. 튼튼한 전자제품은 일반적으로 가혹한 환경에서 발견되는 하나 이상의 조건을 견딜 수 있도록 설계됩니다:
- 지나치게 높거나 낮은 온도
- 극단적이고 자주 발생하는 온도 변화
- 습기 및 고/저압
- 기계적 진동 또는 충격
- 고전압/전류에서의 전기 방전
- 먼지와 같은 입자
- 산화성 또는 폭발성 가스
이것은 상당히 광범위하고 어렵게 느껴지는 목록입니다. 일반적으로, 단일 장치를 설계하여 위 목록의 모든 요소를 견딜 수 있게 하는 것은 불가능합니다. 가혹한 환경은 전자 장치를 파괴할 수 있는 요소의 범위가 넓기 때문에 다루기 어렵습니다. 이러한 문제들은 보드, 구성 요소, 전체 PCBA 또는 이 모든 것에 영향을 줄 수 있습니다.
강화 전략 몇 가지
아래 표는 설계를 더욱 견고하게 만들고 위의 환경 요소 목록을 더 잘 견딜 수 있도록 구현할 수 있는 몇 가지 해결책을 요약하고 있습니다.
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위의 표에서 알 수 있듯이, 견고화는 보드 수준을 넘어서는 것입니다. 일부 솔루션은 보드 수준에서만 구현할 수 있지만, 다른 솔루션은 보드부터 구성 요소, 그리고 인클로저에 이르기까지 모든 것을 고려해야 합니다. 이러한 솔루션을 관리하는 몇 가지 산업 표준에는 다음이 포함됩니다:
- 침입 보호(IP) 표준은 견고한 전자 장비에서 수분 침입을 제한합니다
- MIL-S-901D는 선박 장비에 대한 고충격 기계적 충격 요구 사항을 명시합니다
- MIL-STD-810G는 상업적으로 채택된 군사 장비에 대한 테스트 요구 사항을 명시합니다
- 국립 전기 제조업체 협회(NEMA)는 인클로저, 캐비닛 및 하우징을 명시합니다
- 국립 화재 보호 협회(NFPA)는 특정 환경에서 전자 장비에 대한 일련의 요구 사항을 명시하여 화재 진압 또는 제한을 보장합니다
- 잠재적으로 폭발성 분위기(ATEX), NFPA 497, 및 HazLoc는 폭발성 가스가 포함된 환경에서 장치가 배치될 때 폭발을 방지하기 위한 설계 요구 사항을 명시합니다
인클로저와 마운팅 스타일이 중요합니다
지금까지 우리는 전기 설계, 물리적 배치, 그리고 PCBA에 대해서만 논의했습니다. 분명히, 견고한 전자 제품을 설계하는 것은 PCB 주변에 두꺼운 플라스틱 케이스를 씌우고 그것으로 끝내는 것 이상을 요구합니다. 케이스, 보드 장착 스타일, 그리고 고정 장치는 신뢰성을 결정하는 데 중요한 역할을 하며, 앞서 언급한 환경적 요인들과 싸우는 데에도 중요합니다.
기계적 충격과 진동을 함께 다루는 한 가지 간단한 방법은 진동 감쇠기가 있는 충격 마운트를 사용하는 것입니다. 아래에 표시된 감쇠기는 취미용 등급이지만, 쿼드콥터 드론에 사용되는 마운트와 매우 유사한 구조를 가지고 있습니다.
케이스 설계와 장착의 다른 측면들은 해결해야 할 특정 환경적 요인을 고려해야 합니다. 고압 가스 환경을 수용하는 것은 고압 액체 환경에서 사용되는 전략과 동일하지 않을 것이며, 이 둘 모두 압력 평형에 의존하는 케이스 수준의 해결책입니다. 견고한 전자 제품 설계는 전기 설계 팀이 기계 팀과 긴밀히 소통해야 하는 좋은 예입니다. 이는 견고화 전략이 전기 요구 사항과 충돌하지 않도록 보장하기 위함입니다.
견고한 전자 제품에 대한 최종 생각
내가 줄 수 있는 견고한 전자 제품에 대한 마지막 조언은, 항상 전체적인 열악한 환경 목록을 포함하는 시나리오에서 장치를 배치하지는 않을 것이라는 것입니다. 따라서, 견고한 전자 제품을 설계하는 첫 번째 단계는 제품을 손상시킬 수 있는 특정 환경 요인을 고려하고 설계에서 이러한 요소에 초점을 맞추는 것입니다. 예를 들어, 주된 걱정이 온도 순환일 경우 산화성 가스로부터의 보호 설계에 대해 걱정하지 않아도 됩니다(비록 이 보호를 부수적인 이점으로 얻을 수는 있겠지만). 설계에 중요한 것에 집중하면 여전히 컴팩트하고 비용 효율적인 제품을 생산할 수 있습니다.
Altium Designer®에서 최고의 PCB 설계 도구를 사용하면, 견고한 전자 제품을 설계할 수 있으며, 이는 인클로저 및 제작 데이터를 포함합니다. 인클로저 설계의 경우, MCAD CoDesigner 확장 프로그램을 사용하여 보드를 Autodesk Inventor, Solidworks, 또는 PTC Creo로 쉽게 가져올 수 있습니다. 설계를 마친 후 제조업체에 파일을 릴리스하고 싶을 때, Altium 365™ 플랫폼은 프로젝트를 협업하고 공유하기 쉽게 해줍니다.
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