PCB 레이아웃 설계에 대한 완벽한 가이드

PCB 레이아웃 설계는 회로 기판 제조의 핵심 단계입니다. 합리적인 PCB 레이아웃은 생산 비용 절감과 높은 신뢰성 확보에 도움이 됩니다. 반대로, 적절하지 않은 PCB 레이아웃은 제조 가능성을 충족하지 못해 PCB 기능을 제한하거나 회로 고장과 같은 다양한 문제를 야기하여 제조 비용 증가 및 생산 시간 지연을 초래합니다. 오늘날 전자 기기에 대한 요구가 점점 높아지고 있으며, 사용되는 PCB는 점점 더 복잡하고 소형화되고 있습니다. 소형 PCB는 다양한 기능을 제공해야 하므로 PCB 레이아웃 설계에 더 큰 과제가 될 수밖에 없습니다. PCB 레이아웃 설계에는 고려해야 할 여러 측면이 있습니다. 이 글에서는 PCB 레이아웃 설계 프로세스를 설명하고 설계 과정에서 고려해야 할 가장 중요한 측면과 피해야 할 몇 가지 일반적인 문제를 나열했습니다. 계속 읽어 보겠습니다.

PCB 레이아웃 설계 단계는 무엇입니까?

기능적인 인쇄 회로 기판(PCB)을 제작하려면 여러 단계에 걸쳐 신중한 계획과 실행이 필요합니다. 이는 전기 엔지니어, 기계 엔지니어, PCB 설계자, 그리고 제조업체 간의 협력적인 작업입니다. PCB 설계 프로세스의 전 과정을 자세히 살펴보겠습니다.

1. 개략도를 작성합니다.

회로도는 전자 회로를 개념적으로 포착하여 매핑합니다. PCB 부품 저항, 커패시터, 집적 회로 및 그 상호 연결과 같은 회로는 물리적 레이아웃과 관계없이 설계됩니다. 회로도 캡처 소프트웨어는 PCB 설계를 위해 회로도를 디지털화하는 데 사용됩니다.

2. 보드 스택업을 선택하세요.

이는 PCB 자체의 적층 구조와 구성을 의미합니다. 층 수, 유전체, 구리 두께, 트레이스 폭과 같은 요인은 신호 무결성에 영향을 미치는 임피던스와 같은 매개변수에 영향을 미칩니다. 스택업은 회로 성능 요구 사항을 충족해야 합니다.

3. 설계 규칙과 제조 요구 사항을 간략하게 설명합니다.

PCB 제조 다음과 같은 조직에서 엄격한 표준을 정해 놓았습니다. IPC여기에는 최소 트레이스 간격, 홀 크기, 마스크 오버레이 등이 포함됩니다. 이러한 사양에 정통한 PCB 파트너가 있으면 오류나 보드 결함을 방지하는 데 도움이 됩니다.

4. 구성 요소와 발자국을 정리합니다.

회로도를 가이드로 삼아 PCB 레이아웃은 부품 풋프린트 배치와 참조 지정자 할당으로 시작됩니다. 배치 가이드라인은 전기적 노이즈와 간섭을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 부품 데이터시트는 위치 및 방향 설정에 필요한 세부 정보를 제공합니다.

5. 비아와 핀에 대한 드릴 구멍을 포함합니다.

비아는 층간 수직 상호연결을 제공합니다. 많은 양면 플렉스 회로에는 도금 관통 홀이 필요합니다. 홀의 치수와 위치는 명시되어 있습니다.

6. 도체의 추적을 연결합니다.

트레이스는 회로도 레이아웃에 따라 서로 다른 부품 사이의 전도성 경로를 형성하는 구리선입니다. 자동 라우팅 도구가 이를 지원하지만, 종종 수동 라우팅이 필요합니다.

7. 테스트 포인트, 라벨 및 표시를 통합합니다.

테스트 포인트는 테스트와 문제 해결을 용이하게 합니다. 식별자, 극성 표시, 버전 번호 및 기타 텍스트 정보는 일반적으로 실크스크린이나 조각 기법을 통해 추가됩니다.

8. 설계 규칙을 검증하고 제조 파일을 생성합니다.

완성된 보드 레이아웃은 설계 규칙 위반 여부를 최종적으로 점검합니다. 이후 필요한 모든 PCB 제조 데이터가 포함된 제조 및 조립 파일이 출력됩니다.

설계가 완전히 정의되면 PCB는 제조 단계로 넘어갑니다. 여기서 전자 설계도는 부품을 장착할 수 있는 물리적 보드로 변환됩니다. 전체 프로세스에는 여러 분야의 긴밀한 협력이 필요합니다.

PCB 레이아웃 설계에 대한 주요 고려 사항

1. 베어보드의 크기 및 모양 

PCB 레이아웃 설계에서 가장 먼저 고려해야 할 사항은 베어 보드의 크기, 모양, 그리고 층 수입니다. 베어 보드의 크기는 최종 전자 제품의 크기에 따라 결정되는 경우가 많으며, 베어 보드의 면적은 필요한 모든 전자 부품을 배치할 수 있는지 여부를 결정합니다. 공간이 충분하지 않으면 다층 또는 HDI 디자인따라서 설계를 시작하기 전에 보드 크기를 예측하는 것이 중요합니다. 두 번째는 PCB의 형태입니다. 대부분의 경우 PCB는 직사각형이지만, 불규칙한 모양의 PCB를 사용해야 하는 제품도 있는데, 이는 부품 배치에 큰 영향을 미칩니다. 마지막은 PCB의 층 수입니다. 한편으로는 다층 PCB 이를 통해 보다 복잡한 디자인을 구현하고 보다 풍부한 기능을 제공할 수 있지만, 레이어를 하나 더 추가하면 생산 비용이 증가하므로 설계 초기에 구체적인 레이어를 결정해야 합니다.

2. 제조 공정

PCB 생산 공정 또한 중요한 고려 사항입니다. 다양한 제조 방식은 PCB 조립 방식을 포함하여 각기 다른 설계 제약을 초래하며, 이 또한 고려해야 합니다. 다음과 같은 다양한 조립 기술도 고려해야 합니다. SMT THT 다양한 방식으로 PCB를 설계해야 합니다. 가장 중요한 것은 제조업체가 필요한 PCB를 생산할 수 있는지, 그리고 설계를 구현하는 데 필요한 기술과 전문성을 갖추고 있는지 확인하는 것입니다.

3. 재료 및 구성 요소

설계 과정에서는 사용되는 재료와 해당 부품이 시중에 유통되고 있는지 여부를 고려해야 합니다. 구하기 어려운 부품은 시간과 비용이 많이 들 수 있습니다. 따라서 교체를 위해 보다 널리 사용되는 부품을 사용하는 것이 좋습니다. 따라서 PCB 설계자는 PCB 조립 산업 전반에 대한 경험과 지식을 갖추고 있어야 합니다. MOKO는 전문적인 PCB 설계 및 부품 조달 팀을 보유하고 있습니다. 전문적인 지식과 완벽한 조달 체계를 통해 고객 프로젝트에 가장 적합한 재료와 부품을 선택하고, 고객의 예산 범위 내에서 가장 신뢰할 수 있는 PCB 설계를 제공합니다. 또한, PCB 재료에 대한 자세한 내용은 다른 블로그를 참조하세요. https://www.testpcbas.com/pcb-material/ 

4. 컴포넌트 배치

PCB 설계는 부품 배치 순서를 고려해야 합니다. 부품 위치를 적절하게 구성하면 필요한 조립 단계를 줄이고 효율성을 높이며 비용을 절감할 수 있습니다. 권장 배치 순서는 커넥터, 전원 회로, 정밀 회로, 중요 회로, 그리고 마지막으로 나머지 부품 순입니다. 또한, PCB에서 과도한 열 방출은 성능을 저하시킬 수 있다는 점에 유의해야 합니다. PCB 레이아웃을 설계할 때는 어떤 부품이 가장 많은 열을 방출하는지 고려하고, 중요 부품을 고열 부품과 멀리 배치하며, 부품 온도를 낮추기 위해 방열판과 냉각 팬을 추가하는 것을 고려해야 합니다. 열을 발생시키는 부품이 여러 개인 경우, 이러한 부품들을 여러 위치에 분산해야 하며 한 곳에 집중해서는 안 됩니다. 또한, 부품 배치 방향도 고려해야 합니다. 일반적으로 유사한 부품은 동일한 방향으로 배치하는 것이 권장되며, 이는 용접 효율을 높이고 오류를 줄이는 데 도움이 됩니다. 부품은 PCB의 솔더링 면이 아닌 도금된 스루홀 부품 뒤에 배치해야 합니다.

5. 전원 및 접지면

전원 및 접지면은 항상 보드 내부에 위치해야 하며, 중앙에 대칭적으로 배치되어야 합니다. 이는 PCB 레이아웃 설계의 기본 지침입니다. 이러한 설계는 회로 기판이 휘어지는 것을 방지하여 부품이 원래 위치에서 벗어나는 것을 방지할 수 있습니다. 전원 접지와 제어 접지를 적절히 배치하면 회로 내 고전압 간섭을 줄일 수 있습니다. 각 전원단의 접지면을 가능한 한 분리해야 하며, 불가피한 경우 최소한 전원 경로의 끝에 위치하도록 해야 합니다.

6. 신호 무결성 및 RF 문제

PCB 레이아웃 설계의 품질은 회로 기판의 신호 무결성과 전자파 간섭 및 기타 문제의 발생 여부를 결정합니다. 신호 문제를 방지하려면 서로 평행하게 트랙을 배치하지 않도록 설계해야 합니다. 평행한 트레이스는 누화 현상이 심해지고 다양한 문제를 야기할 수 있습니다. 트랙이 서로 교차해야 하는 경우, 직각으로 교차하도록 설계하여 라인 간 정전용량과 상호 인덕턴스를 줄여야 합니다. 또한, 전자파 발생량이 높은 부품이 필요하지 않은 경우, 신호 무결성에 도움이 되는 전자파 발생량이 낮은 반도체 부품을 사용하는 것이 좋습니다.

PCB 레이아웃 설계에서 피해야 할 일반적인 실수

1. 제조업체와의 협력 무시

많은 엔지니어들이 제조 시작 전에 제조업체에 설계 파일을 전달하면 된다고 생각하는 것은 흔한 오해입니다. 사실, PCB 레이아웃의 초안을 설계할 때 제조업체와 공유하는 것이 더 좋습니다. 제조업체는 풍부한 제조 경험을 바탕으로 PCB 설계를 검토하고, 제조업체가 발견하지 못하는 문제점을 찾아 설계의 제조 가능성을 보장합니다.

2. 가장자리에 너무 가깝다

부품은 회로 기판 가장자리에 너무 가까이 배치될 수 없으며, 적절한 거리를 유지해야 합니다. 그렇지 않으면 가장자리에 너무 가까워 파손될 위험이 있습니다. 숙련된 제조업체는 설계 파일을 받아 엔지니어에게 변경을 요청할 때 이러한 문제를 종종 발견합니다. 예를 들어, 숨겨진 위험을 해결하기 위해 가장자리 주변에 경로를 배치하는 등의 변경 작업을 수행하게 됩니다.

3. PCB 레이아웃 설계 검증을 무시합니다

PCB 설계를 완료하는 데 많은 시간과 에너지를 소모하고, 생산 공정에 들어가기만을 기다린다면 그것은 잘못된 것입니다. PCB 설계 검증은 결코 간과해서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 큰 문제가 발생할 수 있습니다. PCB 생산이 시작될 때까지 문제를 발견하기 위해 기다린다고 생각해 보세요. 엄청난 시간 낭비와 더 큰 경제적 손실을 초래할 것입니다. 따라서 생산에 들어가기 전에 설계를 여러 번 검증하여 오류가 없는지 확인해야 합니다. 다음 단계를 수행하는 것이 좋습니다. 전기 규칙 확인 (ERC)와 설계 규칙 검사, 이 두 시스템은 설계가 일반적인 제조 요구 사항, 고속 전기 요구 사항 등을 충족하는지 확인하고 잠재적인 설계 문제를 조기에 식별하여 신속하게 수정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

4. PCB 설계를 복잡하게 만듭니다

복잡한 설계는 필수적인 경우가 아니면 최대한 피해야 합니다. 그렇지 않으면 제조 시간과 비용이 추가로 소요됩니다. 예를 들어, 크기가 작은 부품은 생산을 복잡하게 만듭니다. 보드에 더 큰 부품을 수용할 수 있는 충분한 공간이 있다면, 제품 제조 가능성에 더 부합하는 대형 부품을 선택하는 것이 좋습니다. 간단히 말해, 레이아웃을 단순화하고 기능적 요구 사항을 충족하기 위해 설계 단계에 더 많은 시간을 투자하는 것이 훨씬 효과적이며, 이는 생산 속도와 품질을 향상시키는 데 도움이 될 것입니다.

턴키 PCB 공급업체와 협력하세요  

전반적으로 PCB 레이아웃 설계는 쉬운 일이 아닙니다. 숙련되지 않았다면 턴키 PCB 공급업체에 도움을 요청하는 것이 좋습니다. 턴키 PCB 공급업체는 제조 외에도 PCB 설계 및 엔지니어링 전문 업체입니다.

TestPcbas는 PCB 설계부터 생산, 조립, 테스트까지 원스톱 PCB 솔루션을 제공합니다. 10년 이상의 PCB 업계 경험을 보유한 전문 엔지니어링 팀이 다양한 산업 분야의 고객을 위해 PCB를 설계 및 생산합니다. PCB 설계가 제대로 되었는지 확신할 수 없다면, 최대한 빨리 여기를 클릭해주세요.저희 전문가들이 귀사의 설계를 평가하고 제조 가능한 제안을 해 드립니다. 또는 PCB 설계 서비스를 저희에게 아웃소싱하시면 최단 시간 내에 귀사의 아이디어를 제품으로 구현해 드리겠습니다.