PCB 설계자는 왜 IPC 표준을 사용할까요?

최근 저는 PCB 설계와 생산에 관여하는 모든 사람에게 산업 표준이 얼마나 중요한지 다시금 떠올리게 되었습니다. 모든 산업 표준은 방대한 정보를 담고 있는 두꺼운 문서이며, 어떤 개인도 우리 업계의 모든 표준을 외우거나 실제로 모두 활용할 수는 없습니다. 하지만 우리가 가진 표준은 설계와 제조에 관여하는 모든 이들의 기대 수준을 정하는 데 매우 중요한 역할을 합니다.

이러한 기대 수준의 설정이 디자이너를 제약하는 것처럼 들릴 수 있지만, 실제로는 그들이 설계한 보드가 대량 생산까지 포함해 실제로 제조 가능하다는 확신을 제공해 줍니다. 왜 이것이 그렇게 중요한지, 그리고 전자 산업 표준이 시간이 지나며 어떻게 발전해 왔는지 이해하는 데 도움이 되는 몇 가지 예를 들어보겠습니다.

IPC 표준의 지침을 이해하는 방법

IPC 표준의 중요성은 예시를 통해 가장 잘 설명할 수 있다고 생각합니다.

최근 IPC 표준에 대한 이야기가 다시 나온 것은 제가 LinkedIn에서 메시지를 받았기 때문입니다. 그 메시지는 IPC-7351 표준, 특히 Revision B와 Revision C에 있는 코트야드 지침에 관한 것이었습니다. 리드형 쿼드 패키지의 코트야드 지침을 보여주는 이미지는 아래의 두 이미지에 나와 있습니다.

이 두 이미지와 관련된 질문은 간단합니다.

• PCB 풋프린트에서는 이 두 코트야드 설계 중 어떤 것을 따라야 할까요?
• 질문은 매우 단순해 보이지만, 답은 동시에 단순하면서도 복잡할 수 있습니다!

우선 결론부터 말하면, 이 특정 질문에 대한 답은 두 코트야드 형식 모두 사용할 수 있다는 것입니다. 코트야드는 PCB 레이아웃에서 배치 경계를 표준화하고, SMD 부품의 구리 랜드 패드 간 거리를 표준화하는 데 사용됩니다. 이러한 값은 저밀도, 중밀도, 고밀도 배치를 기준으로 정의됩니다. 부품 풋프린트에서 코트야드 레이어가 필요한 이유를 이해한다면, IPC-7351C 개정판의 의도도 금방 이해할 수 있습니다. 즉, 더 높은 밀도의 배치를 수용하기 위해 새로운 코트야드 형식을 표준화한 것입니다.

이로 인해 두 가지 기대가 생깁니다.

• PCB 디자이너는 풋프린트를 서비스로 제작하는 사람이나, 서비스 형태로 풋프린트를 무료 다운로드로 제공하는 사람이 코트야드 레이어에 이러한 표준화된 경계를 포함할 것이라고 합리적으로 기대해야 합니다.
• PCB 조립 업체는 디자이너가 IPC-7351 표준에서 정의된 코트야드 한계의 가장자리까지 부품을 배치할 것이라고 예상해야 하며, 그들의 조립 역량 역시 이를 수용할 수 있어야 합니다.

이상적으로는, 이 예에서 풋프린트 작성자와 PCB 조립 업체 모두 IPC-7351C의 허용 범위를 수용해야 합니다. 이 특정 사례에서 Revision C 표준의 지침이 만들어진 이유는, 디자이너들이 이미 고밀도 설계에서 이러한 방식을 사용하고 있었고 PCB 조립 업체들 또한 대체로 SMT 공정에서 이러한 배치를 수용할 수 있었기 때문입니다. 따라서 PCB 설계와 제조에 관여하는 모든 당사자 간의 이러한 기대를 공식화하기 위해 표준이 업데이트된 것입니다.

IPC 표준이 기대 수준을 설정하는 다른 예

표준이 설계 관행, 신뢰성, 검증, 안전에 대한 기대 수준을 설정하는 다른 사례도 많이 찾을 수 있습니다. 아래에 그중 더 중요한 몇 가지 예를 정리했습니다.

• 설계 관행: 고전압 설계에서 좋은 예는 IPC-2221B and IPC-2221C입니다. 이러한 표준은 도체 간 이격 거리 값을 제공하며, 제품이 아크 발생으로부터 합리적인 수준으로 보호될 것이라는 어느 정도의 확신을 디자이너에게 제공합니다.
• 재료 대체: IPC-4101에 정의된 IPC 슬래시 시트는 취급 및 공정 처리 측면에서 대체 재료의 호환성을 정의합니다.
• 시험 방법: 시험 표준은 제조업체가 동일한 시험 세트를 사용해 bare PCB, PCBA, 그리고 해당 공정을 인증할 수 있도록 개발되었습니다.
• 신뢰성 분류: IPC 제품 등급은 PCB와 PCBA의 신뢰성과 관련이 있습니다. 이는 다시 최소 애뉼러 링을 위한 비아 패드 크기나 비아 도금 두께 요구사항과 같은 특정 설계 및 제조 표준을 정의하게 됩니다.

기대 수준을 설정하는 동일한 기능을 수행하는 표준은 IPC 표준 외에도 더 있습니다. 예를 들어, Ethernet 표준은 적합한 Ethernet 트랜스포머라면 누구나 피크 전압에서 2.1kV의 갈바닉 절연을 제공해야 한다고 규정합니다. 또 다른 좋은 예는 JEDEC 표준화 패키지로, 이는 집적회로 패키지의 크기와 리드 형식을 정의합니다. 이러한 집적회로 패키징 표준은 예를 들어 모든 SOIC-8 패키지가 기계적 관점에서 서로 호환 가능하도록 보장합니다.

PCB 디자이너는 IPC 표준을 반드시 따라야 할까요?

여기에 대한 답은 조금 복잡합니다. IPC 표준을 따르는 디자이너는 신뢰할 수 있고, 대량 생산이 가능하며, 그러한 특성을 독립적으로 검증할 수 있는 PCBA를 받을 가능성이 훨씬 높습니다. 이것은 가능한 경우 또는 적용 가능한 경우 IPC 표준을 따를 분명한 동기가 됩니다.

하지만 다양한 이유로 디자이너가 IPC 표준을 벗어나는 경우도 많으며, 그렇다고 해서 자동으로 제품의 신뢰성이나 생산 가능성이 없다는 뜻은 아닙니다. 때로는 PCB에 적용된 설계 방식이 IPC 표준 요구사항을 훨씬 뛰어넘기도 하는데, 이는 특정 회사가 자사 제품의 신뢰성과 제조 가능성을 보장하기 위해 필요하다고 판단한 기준이기 때문입니다. IPC 표준에서 벗어나는 것은 충분히 정당화될 수 있으며, 그렇다고 해서 그 제품이 견적 거절(no-bid)을 받는다는 의미도 아닙니다.

그렇다고 하더라도, 특정 IPC 표준을 위반하거나 무시했다면 제조업체가 특정 영역에서 신뢰성이나 대량 생산 가능성을 보장할 수 없다고 말하더라도 놀라지 마십시오. 제조업체의 CAM 부서는 설계를 생산 승인하기 전에 PCB manufacturing outputs를 철저히 검토하여 이러한 문제를 식별하고 디자이너에게 알립니다. 이렇게 해야 제조업체가 실패 위험이 있다고 판단한 제품에 대해 책임을 지지 않을 수 있습니다.

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