PCB 설계 마스터링: 단계별 가이드

PCB 설계에는 세심한 사고가 필요합니다. 설계자가 더 신중하고 경험이 많을수록 결과적으로 더 좋은 보드가 탄생합니다.

1. 준비 단계:

여기에는 구성 요소 라이브러리와 회로도를 준비하는 것이 포함됩니다. 좋은 보드를 만들려면 회로도를 올바르게 설계하는 것이 필수적일 뿐만 아니라 보드를 그리는 것도 중요한 부분입니다. PCB 설계를 시작하기 전에 회로도(SCH) 및 PCB의 구성 요소 라이브러리가 준비되었는지 확인하십시오. 설계 소프트웨어에서 제공하는 라이브러리를 사용할 수 있지만 종종 적합한 옵션이 부족하므로 선택한 구성 요소의 표준 치수를 기반으로 직접 만드는 것이 가장 좋습니다. 이상적으로는 PCB 구성 요소 라이브러리로 시작한 다음 SCH 라이브러리를 만드는 것이 좋습니다. PCB 라이브러리는 보드의 설치에 직접 영향을 미치므로 요구 사항이 더 엄격한 반면 SCH 라이브러리는 핀 속성과 PCB 구성 요소와의 대응 관계를 정의하는 데 중점을 두어 더 관대합니다(표준 라이브러리의 숨겨진 핀에 주의). 그런 다음 회로도를 설계하고 완료되면 PCB 설계를 시작할 수 있습니다.

2. PCB 구조 설계:

결정된 보드 치수와 기계적 위치를 기반으로 설계 환경에서 PCB 레이아웃을 그려 필요한 커넥터, 버튼/스위치, 나사 구멍, 조립 구멍 등을 배치합니다. 배선 및 비배선 영역(예: 나사 구멍 주변의 영역을 비배선 영역으로 지정하는 크기)을 고려하고 정의합니다.

3. PCB 레이아웃:

레이아웃은 단순히 보드에 부품을 배치하는 것을 의미합니다. 이전 준비가 올바르게 수행되면 회로도에서 넷리스트를 생성한 다음(설계 -> 넷리스트 생성) PCB 레이아웃으로 가져올 수 있습니다(설계 -> 넷 로드). 연결을 나타내는 플라이 라인이 있는 모든 부품이 쌓인 것을 볼 수 있습니다. 이제 다음 원칙에 따라 부품 레이아웃을 시작할 수 있습니다.

1. 일반적으로 전기적 성능에 따라 디지털 회로 영역(간섭을 받기 쉽고 간섭을 발생시키는 영역), 아날로그 회로 영역(간섭에 민감한 영역), 전력 구동 영역(간섭원)으로 합리적으로 구분합니다.
2. 동일한 기능을 완료하는 구성요소들은 가능한 한 가깝게 배치하고, 가장 간단한 연결을 보장하도록 조정해야 합니다. 또한, 상호 연결을 단순화하기 위해 기능 블록의 상대적 위치도 조정해야 합니다.
3. 더 무거운 구성 요소의 경우 설치 위치와 강도를 고려하세요. 발열체는 온도에 민감한 구성 요소와 따로 배치해야 하며, 필요한 경우 열 대류 조치를 고려해야 합니다.
4. I/O 드라이버 구성 요소는 보드 가장자리 근처, 커넥터에 가깝게 배치해야 합니다.
5. 클록 생성기(예: 수정 발진기)는 클록을 사용하는 장치에 최대한 가깝게 배치해야 합니다.
6. 전원 입력과 각 집적 회로의 접지 핀 사이에 디커플링 커패시터를 배치해야 합니다(일반적으로 고주파 세라믹 커패시터). 밀집된 회로의 경우 여러 개의 집적 회로 주위에 탄탈륨 커패시터를 추가하는 것을 고려하세요.
7. 방전 다이오드(예: 1N4148)를 릴레이 코일에 추가해야 합니다.
8. 레이아웃은 균형 잡히고 질서 있어야 하며, 위쪽이 지나치게 붐비거나 너무 어수선해지지 않도록 해야 합니다.

전기적 성능과 생산 및 설치의 실행 가능성을 보장하기 위해 구성 요소의 실제 크기(면적 및 높이)와 상대적 위치를 고려하는 것이 중요합니다. 또한 위의 원칙을 반영할 수 있다는 전제 하에 구성 요소의 배치를 조정하여 깔끔하고 미적으로 만들어야 합니다. 유사한 구성 요소는 균일하고 일관되게 배열하여 "흩어진" 모양을 피해야 합니다. 이 단계는 보드의 전체 이미지와 후속 배선의 용이성에 영향을 미치므로 상당한 노력을 기울여야 합니다. 레이아웃 중에 불확실한 영역에 대해 사전 배선을 수행하여 철저히 고려할 수 있습니다.

4. 배선:

배선은 전체 PCB 설계 프로세스에서 가장 중요한 단계로, PCB 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 일반적으로 배선에는 세 가지 수준이 있습니다. 첫 번째는 기본 연결입니다. 배선이 연결되지 않았고 플라이 라인이 많으면 보드가 부적격으로 간주됩니다. 두 번째는 전기 성능 요구 사항을 충족하는 것입니다. 이는 PCB가 적격인지 여부를 결정하는 기준입니다. 연결을 달성한 후 최적의 전기 성능을 위해 배선을 신중하게 조정합니다. 마지막으로 미학이 있습니다. 배선이 연결되었지만 전기 성능이 좋더라도 혼란스럽고 화려해 보이면 품질이 좋지 않아 테스트와 유지 관리가 복잡해질 수 있습니다. 배선은 깔끔하고 질서 정연해야 하며 혼란스러운 교차를 피해야 합니다. 이러한 고려 사항은 전기 성능 및 기타 특정 요구 사항과 균형을 이루어야 합니다. 그렇지 않으면 설계가 초점을 잃을 수 있습니다.

배선 시:

1. 일반적으로 전기적 성능을 보장하기 위해 전원 및 접지 배선부터 시작합니다. 조건이 허락한다면 전원 및 접지선 폭을 넓히고, 이상적으로는 접지를 전원선보다 넓게 만들어 계층 구조에 따라 접지 > 전원 > 신호로 합니다. 신호선 폭은 일반적으로 0.2~0.3mm이며 최소 폭은 0.05~0.07mm입니다. 전원선은 1.2~2.5mm입니다. 디지털 PCB의 경우 넓은 접지선이 루프를 형성하여 접지망을 만들 수 있습니다(이는 아날로그 회로에는 적합하지 않음).
2. 더 엄격한 요구 사항(고주파 라인 등)을 위한 사전 배선은 반사 간섭을 최소화하기 위해 인접한 병렬 입력 및 출력 에지 라인을 피해야 합니다. 접지 절연이 필요할 수 있습니다. 인접한 층의 배선은 수직이어야 하며, 병렬 배선은 기생 결합을 일으킬 수 있습니다.
3. 발진기 하우징이 접지되었는지 확인하십시오. 클록 라인을 짧게 유지하고 불필요한 확장을 피하십시오. 클록 발진기 회로와 특수 고속 논리 회로 섹션 아래의 접지 영역을 늘려 다른 신호 라인의 간섭을 피해야 합니다.
4. 고주파 신호 복사를 줄이려면 45도 대신 90도 각도로 배선하세요(수요가 많은 회선의 경우 이중 아크를 사용하는 것을 고려하세요).
5. 신호선은 루프를 형성해서는 안 됩니다. 불가피하다면 루프를 최대한 작게 유지하고, 신호선의 비아를 최소화하세요.
6. 중요한 회선은 짧고 굵게 유지해야 하며, 양쪽에 보호 접지를 해야 합니다.
7. 플랫 케이블을 통해 민감한 신호와 노이즈를 전송할 때는 "접지-신호-접지" 구성을 사용하세요.
8. 주요 신호에는 생산 및 유지 관리를 위해 예약된 테스트 포인트가 있어야 합니다.
9. 도식적 배선이 완료된 후 배선을 최적화합니다. 초기 네트워크 검사 및 DRC 검사 검증 시 연결되지 않은 영역을 접지로 채우고 접지 연결에는 큰 구리 층을 사용하고 PCB의 사용되지 않는 영역을 접지로 연결합니다. 또는 전원 및 접지에 각각 한 층을 할당하는 다층 보드를 고려합니다.

PCB 배선 공정 요구 사항

1. 선: 일반적으로 신호선은 0.3mm(12밀), 전원선은 0.77mm(30밀) 또는 1.27mm(50밀)이어야 합니다. 선과 선과 패드 사이의 간격은 ≥ 0.33mm(13밀)이어야 합니다. 고밀도 애플리케이션에서는 IC 핀 사이에 0.254mm(10밀) 폭과 최소 0.254mm(10밀) 간격의 두 개의 선을 사용하는 것을 고려하십시오. 특별한 상황에서 구성 요소 핀이 가까이 있는 경우 폭과 간격을 적절히 줄이는 것을 고려하십시오.
2. 패드: 패드(PAD)와 비아(VIA)는 기본 요구 사항을 충족해야 합니다. 패드 직경은 홀 직경보다 ≥ 0.6mm 커야 합니다. 예를 들어, 일반 리드 저항, 커패시터 및 IC의 경우 1.6mm/0.8mm(63mil/32mil)의 패드/홀 크기를 사용하고, 1.8N1.0과 같은 소켓, 핀 및 다이오드의 경우 71mm/39mm(1mil/4007mil)의 패드/홀 크기를 사용합니다. 실제로는 실제 구성 요소 치수에 따라 패드 크기를 조정하고, 가능하면 패드 크기를 약간 늘리십시오.
3. 비아: 표준 via 크기는 1.27mm/0.7mm(50밀/28밀)입니다. 고밀도 배선 시나리오에서는 via 크기를 줄일 수 있지만 지나치게 줄일 수는 없으며, 1.0mm/0.6mm(40밀/24밀)를 사용할 수 있습니다.
4. 패드, 라인 및 비아에 대한 간격 요구 사항:
   • PAD 및 VIA: ≥ 0.3mm(12밀)
   • PAD 및 PAD: ≥ 0.3mm(12밀)
   • PAD 및 TRACK: ≥ 0.3mm(12밀)
   • TRACK 및 TRACK: ≥ 0.3mm(12밀) 고밀도 상황에서:
   • PAD 및 VIA: ≥ 0.254mm(10밀)
   • PAD 및 PAD: ≥ 0.254mm(10밀)
   • PAD 및 TRACK: ≥ 0.254mm(10밀)
   • TRACK 및 TRACK: ≥ 0.254mm(10밀)

5. 배선 최적화 및 실크스크린:

"최고는 없고, 더 나은 것만 있을 뿐이다!" 아무리 신중하게 설계하더라도, 완성되면 수정할 부분이 많이 있습니다. 일반적으로 배선을 최적화하는 데 소요되는 시간은 초기 배선에 소요되는 시간의 두 배입니다. 레이아웃에 만족하면 구리를 부을 수 있습니다(배치 -> 폴리곤 평면). 구리는 일반적으로 접지에 적용되며(아날로그와 디지털 접지의 분리에 유의), 다층 보드의 경우 전원에도 구리가 필요할 수 있습니다. 실크스크린과 관련하여 구성 요소를 가리거나 비아와 패드로 덮이지 않도록 하십시오. 설계할 때 혼란을 피하기 위해 하단 레이어의 텍스트를 미러링해야 합니다.

6. 네트워크, DRC 검사 및 구조 검사:

먼저 회로 회로도 설계가 올바른지 확인합니다. 그런 다음 생성된 PCB 네트워크 파일과 회로도 네트워크 파일 간에 물리적 연결 검사(NETCHECK)를 수행하고 출력 결과에 따라 신속하게 조정하여 올바른 배선 연결을 보장합니다. 네트워크 검사에 통과하면 DRC 검사를 수행하고 출력 결과에 따라 설계를 조정하여 PCB 배선이 전기적 성능을 충족하는지 확인합니다. 마지막으로 PCB의 기계적 설치 구조를 추가로 검사하고 확인합니다.

7. 제작:

이에 앞서 검토 과정을 거치는 것이 가장 좋습니다.

PCB 설계는 모든 요소를 ​​고려하고 완벽을 추구하며 세부 사항에 대한 극도의 주의가 필요하여 좋은 보드를 만드는 것이 보장됩니다.