PCB 설계의 신뢰성을 확보하는 것은 매우 중요합니다. 아무리 작은 설계 실수라도 더 세부적인 제조 및 조립 과정을 지연시키고, 결과적으로 더 높은 비용으로 이어질 수 있기 때문입니다. PCB 설계 초보자는 숙련된 설계자에 비해 더 많은 문제가 발생할 수 있다는 것을 알게 될 것입니다. 이 글에서는 가장 흔한 PCB 설계 실수 10가지를 소개하고, 초보자들이 이러한 실수를 피할 수 있도록 그에 따른 해결책을 제시합니다.
부적절한 추적 너비
단순화를 위해 보드 전체에 균일한 트레이스 폭을 사용하고 싶은 유혹이 있지만, 신호와 전력 유형에 따라 트레이스 폭에 대한 요구 사항이 다르기 때문에 최선의 방법은 아닙니다. 예를 들어, 전력을 전달하는 트레이스는 전류 흐름 증가에 따른 열을 소손되지 않고 방출하기 위해 더 넓어야 합니다. 반면, 고임피던스 신호는 기생 커패시턴스를 최소화하기 위해 좁은 트레이스가 필요합니다. 무선 주파수 신호는 특히 취약하며, 특성 임피던스와 일치하도록 정확한 트레이스 폭 값이 필요할 수 있습니다.
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부적절한 트레이스 간격
제조업체는 PCB 생산을 위한 최소 거리 요건을 설정합니다. 특히 경험이 부족한 설계자들은 이러한 최소 거리 요건을 준수하는 것이 최선의 선택이라고 생각합니다. 그러나 이는 비용 증가, 수율 저하, 그리고 트레이스 간 결합(trace-to-trace coupling)의 심화로 이어집니다. 간격이 좁으면 누화와 노이즈가 증가하여 신호 품질이 저하됩니다. 따라서 트레이스 사이에 충분한 간격을 유지하는 것이 좋습니다. 즉, 트레이스 간 거리는 신호층과 그 다음으로 가까운 기준층 간 거리의 최소 3배가 되어야 합니다.
과도한 추적 길이
고속 신호를 전송해야 하는 트레이스의 경우, 짧고 직선으로 설계해야 합니다. 길이가 너무 길면 신호 반사, EMI 민감도 증가, 비용 증가 등의 문제가 발생할 위험이 있습니다. 트레이스는 전송 라인 트레이스의 길이가 해당 트레이스를 통과하는 신호 파장의 10분의 1보다 길 때. 이 경우, 길이 외에도 임피던스 계산(인터넷에서 무료로 제공되는 다양한 특수 도구 중 하나를 사용)을 수행하여 임피던스 결합을 확인하고 신호 전력 손실을 방지해야 합니다.
디커플링 커패시터의 잘못된 위치
PCB 전원 공급 라인은 다음을 사용해야 합니다. 디커플링 커패시터 모든 보드 구성 요소에 과도 현상이나 진동 없이 안정적인 전원을 공급해야 합니다. 이러한 커패시터는 항상 전원 입력과 병렬로 연결되어야 하며, 전원이 필요한 구성 요소의 핀에 최대한 가깝게 위치해야 합니다. 전원에서 발생하는 전원선은 안정적인 전압이 필요한 핀에 도달하기 전에 디커플링 커패시터에 도달하도록 PCB에 잘 배치되어야 합니다.
보드 가장자리에 너무 가깝게 부품을 배치합니다.
PCB 설계에서 다음을 넣으면 PCB 패드 가장자리에 너무 가까이 놓으면 조립 중 패드가 손상될 수 있습니다. 좋은 설계는 패드가 보드 경계 내에 있도록 보장합니다. PCB 길이와 너비의 표준 허용 오차는 ±020인치입니다. 보드에서 부품 납땜에 SMT를 사용하는 경우, PCB 제조업체가 작업 중에 보드를 완벽하게 잡을 수 있도록 여유 공간을 확보해야 합니다. SMT 그렇지 않으면 제조업체에서 PCB를 지지하기 위해 레일이나 고정 장치를 사용해야 하는데, 이는 제조 비용을 증가시킵니다.
SMT 패드를 서로 너무 가깝게 배치
SMT 부품에는 패드 면적보다 큰 솔더 마스크가 있습니다. 하지만 개별 솔더 마스크는 서로 교차해서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 솔더 리플로우일부 부품이 중앙(및 서로)으로 이동할 수 있습니다. 하나의 큰 구리 조각이 필요하지 않고, 동시에 여러 부품이 중앙으로 이동하여 서로 충돌하여 제조 공정을 방해하고 다양한 결함을 유발하는 것도 원치 않습니다. 이러한 문제를 해결하려면 SMT 패드 사이에 충분한 공간이 있어야 합니다.
누락되거나 부적절한 비아
비아는 PCB 층간 연결 및 방열에 사용됩니다. 비아를 제대로 사용하지 않으면 신호 품질 저하 및 전력 분배 불량과 같은 문제가 발생할 수 있습니다. 설계자는 부품에 필요한 전류와 신호 주파수에 따라 전원 및 접지 연결에 적절한 개수와 크기의 비아를 구현하는 것이 좋습니다. 열 비아는 고전력 응용 분야에서 방열이 필요한 경우에 적합합니다.
디자인에서 레이어를 과도하게 사용
다층 PCB가 라우팅 공간 증가 및 향상된 성능과 같은 많은 이점을 제공한다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 신호 무결성그러나 불필요한 레이어를 과도하게 사용하면 비용이 증가하고 제조 공정이 더욱 복잡해질 뿐입니다. 따라서 PCB 설계자는 레이어를 추가하는 대신 부품 배치 최적화나 다양한 배선 전략 사용과 같은 더 나은 솔루션을 고려하여 회로 요구 사항을 신중하게 평가해야 합니다. 효과적인 PCB 설계는 예산 내에서 비용을 유지하면서 동일한 성능을 달성할 수 있습니다.
전자기 간섭 (EMI)
전자파 간섭의 가장 흔한 원인은 인쇄 회로 기판의 설계 불량과 관련이 있습니다. PCB의 EMI 최소화, 아날로그, 디지털, 전원, 저주파, 고주파 또는 기타 회로 등과 같이 기능에 따라 요소를 그룹화하는 것이 좋습니다. 그러나 트레이스에서 직각을 최소화하거나 바람직하게는 없애고 금속 용기와 차폐 케이블을 사용하여 간섭을 흡수하는 것이 좋습니다.
잘못된 안테나 레이아웃
PCB에 무선 통신용 안테나가 포함된 경우, 회로 설계는 실수를 방지하기 위해 매우 신중하게 이루어져야 합니다. 따라서 전력 전달을 최적화하기 위해 송수신기와 안테나 간의 임피던스를 일치시키는 것이 필수적입니다. 일반적으로 송수신기와 안테나를 연결하는 케이블 선은 이상적으로 50Ω의 임피던스를 가져야 합니다. 실제적이고 적절한 임피던스 조정을 위해서는 내장 안테나와 송수신기 사이에 파이(LC) 튜너 필터 또는 기타 매칭 회로를 배치해야 합니다.
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