PCB 설계 – 기본 설계 단계 및 규칙에 대한 종합 가이드

회로 기판 설계 프로세스에는 최대로 따라야 하는 시간이 많이 걸리는 단계가 포함됩니다. 지침을 준수하지 않으면 설계 프로젝트에서 PCB 설계 비용이 발생하는 경우가 많습니다.

따라서 더 나은 내구성, 성능 및 기능을 위해 사용해 볼 수 있는 규칙, PCB 설계 단계 및 몇 가지 무료 설계 소프트웨어에 대해 설명했습니다.

PCB 설계란 무엇입니까?

인쇄 회로 기판 설계는 레이아웃 소프트웨어를 사용하여 라우팅과 부품 배치를 결합하는 프로세스입니다. 이 조합은 PCB의 전기적 연결을 추가로 정의하여 물리적으로 생명을 불어넣습니다.

(전자 회로 설계 프로세스) 

PCB 설계 프로세스 규칙

올바른 보드 설계 규칙을 따르면 종종 불필요한 지연과 PCB 유지 관리를 제한하고 고속 PCB를 보장합니다. 회로 설계 및 구성 요소 선택에 집중하는 것이 중요하지만 규칙을 무시하면 프로젝트에 디지털 및 물리적 비용이 발생할 수 있습니다.

그렇다면 제조 가능성을 위한 설계 시 규칙에는 어떤 것들이 있습니까?

아날로그 회로용 PCB 설계 규칙

레이아웃 프로세스는 다음을 포함합니다.

1. 아날로그 신호의 명확한 반환 경로를 보장하고 경로를 짧고 직접적인 구성 요소 추적으로 채웁니다. 방해된 경로는 원점에 대한 직접 및 최단 경로를 찾을 때 반환되는 아날로그 신호가 접지면 근처를 돌아다니기 때문에 불필요한 노이즈를 유발합니다.
2. 둘째, 아날로그 접지면을 사용하여 디지털 평면과 분리하여 간섭을 방지합니다.
3. 셋째, 직접 및 짧은 신호 레이어를 유지합니다. 임피던스 불일치로 인해 더 높은 주파수에서 반사를 일으키는 PCB 요소의 전자파 간섭을 방지합니다.
4. 그런 다음 아날로그 및 디지털 회로에서 섹션을 분리하여 노이즈를 최소화합니다. 또한 노이즈 영향을 방지할 수 있으므로 아날로그 회로의 분할을 고속 디지털 구성 요소로 라우팅하지 마십시오.
5. 마지막으로 아날로그 구성요소를 단단히 배치하여 단순화된 직접 라우팅과 별도의 디지털 및 아날로그 회로를 구현합니다.

SMD PCB 설계 규칙 확인

일반적으로 전자 부품과 몇 개의 추적 번호 사이에 적절한 간격을 유지하면 표면 경로를 더 쉽게 질주할 수 있습니다.

(표면 실장 기술이 적용된 마이크로칩)

라우팅 옵션에 대한 규칙

첫째, 선택한 표면 실장 구성 요소 패키지가 라우팅 옵션에 영향을 줍니다. 또한 팬아웃 공간과 경로 복잡성이 선택에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 다음 중 하나를 선택할 수 있습니다.

단면 PCB 라우팅, 단순하고 제한적인 회로에 사용되며 드릴 구멍, 부품, 보드 가장자리 및 트레이스를 위한 충분한 여유 공간이 있어야 합니다.

양면 PCB 라우팅, 여기에서 상단 및 하단 표면을 사용하여 구성 요소 및 라우팅을 위한 우수한 영역을 제공합니다.

구성요소 선택 규칙

기판 제작 및 PCB 어셈블리를 결정하는 SMD 또는 스루홀 구성 요소에 사용할 SMD의 올바른 패키징 유형을 파악하십시오.

2레이어 PCB 설계 팁

제조업체는 종종 성능이 제한된 2층 회로 기판 설계 기판을 만듭니다. 따라서 FPGA 또는 고급 마이크로프로세서와 같은 BGA 패키지를 디자인 보드에 라우팅하는 것이 어려워집니다.

운 좋게도 아래 팁을 따르면 문제를 해결할 수 있습니다.

1. 첫째, 표준 지침을 항상 준수하지 마십시오. 예를 들어, 전원을 트레이스로 라우팅하는 것과 달리 구리 충전을 사용하는 것은 어려울 수 있습니다. 또한 전원 핀에 3개의 개별 커패시터(1uF, 10uF 및 0.1uF)를 사용하는 대신 낮은 루프 인덕턴스(22uF 추가)로 3개의 커패시터를 라우팅할 수 있습니다.
2. 그라운드 바운스/스위칭 노이즈를 피하기 위해 가능하면 모든 커넥터의 각 디지털 신호에 대해 하나의 리턴만 사용하십시오.

그라운드 바운스를 설명하는 회로

<올 시작="3">

또한 22uF MLCC와 같은 초대형 디커플링 커패시터를 IC 전원 핀 가까이에 배치합니다. 커패시터는 권장되는 레일 애플리케이션의 약 2배에 달하는 전압 비율로 컴팩트한 본체에 있을 수 있습니다.

넷째, 하단 레이어/구리 평면에 짧은 경로를 만들고, 때로는 짧게 하기 위해 리턴 스트랩을 사용합니다. 이 절차는 신호 반환 경로(증강 신호 무결성)에서 상호 인덕턴스의 낮은 유지 관리를 보장합니다.

또한 덜 혼잡한 라우팅을 위해 간격을 둔 신호 추적 및 구성 요소 조정을 사용합니다.

그런 다음 신호 및 전원 경로가 첫 번째 레이어에 유지되는 동안 두 번째 레이어에 접지 리턴 및 라우팅 구성 요소가 있습니다. 여기에서는 디자인 보드 아래에 내구성 있는 접지면을 사용합니다.

마지막으로 드릴된 직경 13mil, 6mil(DC 1A 포함) 넓은 신호 트레이스, 20mil(DC 3A 유지) 넓은 전력 트레이스를 사용합니다. 작은 기능은 저렴한 비용으로 높은 라우팅 밀도를 달성합니다.

28개의 레이어 PCB 설계 규칙

28층 PCB 설계에 대한 지침은 오류 위험을 최소화하여 보드 제조 중 비용을 절감하도록 합니다. 또한 제조업체마다 요구 사항이 다릅니다. 따라서 고전력 보드 규칙은 전력 절연, 트레이스 크기 및 간격 측면에서도 다를 수 있습니다.

구성요소 배선 규칙

전기적 특성은 다음과 같습니다.

1. 신호 라인이 루프백으로 나타나지 않고 접지와 전원 라인이 방사형인지 확인합니다.
2. 둘째, 이중 인라인에서 조리개는 40mil, 패드는 60mil이어야 합니다.
3. 또한 관통 구멍 구성 요소는 30mil 이상이어야 합니다.
4. 다음으로, 라인 간격은 10mil 이상, CPU 출력 및 입력>8/10mil, 전원 코드>18mil(매우 넓음), 신호 라인>12mil 이상이어야 합니다.
5. 마지막으로 배선 면적이 장착 구멍 주변 1mm 이내, 회로 기판 가장자리에서 1mm 이하가 되도록 배선을 그립니다.
6. 4레이어 PCB 설계

4층 PCB 회로도 설계에는 전원 트레이스/신호 + 모양, 기준 GND, 분할 VOUT/VIN 및 전원 GND가 있습니다. Vout, Vin 및 GND의 구리 레이어로 사용하지 않는 영역을 채우십시오. 그런 다음 모든 전원 공급 장치 패드를 맨 위 레이어에 연결합니다.

단계별 PCB 설계 가이드

PCB 설계자는 지침의 조립 방법을 사용하여 PCB 기판의 품질 설계 목표를 달성하십시오.

• 커패시턴스 제한, 집적 회로, 전압 등 보드 레이아웃 시스템의 전기적 매개변수를 항상 이해합니다. 
• 둘째, 기능/목적의 전기적 수준에서 PCB를 설계할 회로도를 만듭니다.
• 다음으로 Altium Designer와 같은 회로도 캡처 소프트웨어 도구를 사용하여 PCB 레이아웃을 만듭니다. 의도한 장치에서 구성 요소와 보드의 작동을 배치할 위치를 표시합니다.
• 그 후에 임피던스(PCB 트레이스를 따라 전기가 이동하는 속도/양)를 결정하므로 PCB 스택을 설계합니다.
• 다섯째, IPC의 허용기준과 기준을 통해 요구사항과 설계규칙을 정의한다. 또한 프로젝트 지연 및 지속적인 수정을 제한하는 표준 규칙에 대한 지식을 갖춘 회로 기판 공급자를 찾을 수 있습니다.
• 이제 데이터시트를 사용하여 부품을 용융 땜납을 사용하여 부드럽게 배치합니다. 그런 다음 기계 레이아웃 및 PCB 설계를 통해 배치를 진행할 수 있습니다.

(전자 부품)

• 연결 및 구성 요소에 따라 드릴 구멍을 삽입합니다. 플렉스 회로 기판의 절반은 양면이 있어 맨 아래 레이어의 드릴 구멍에 연결됩니다.

(플렉스 회로)

• 나중에 수동 부품과 같은 구성 요소와 드릴 구멍을 끈 후 개별 트레이스를 라우팅합니다. 그런 다음 보드 레이아웃에 표시, 레이블 및 식별자를 포함하여 보드의 특정 구성 요소가 있는 위치를 표시합니다.
• 마지막으로 보드 개요가 완료되면 레이아웃/디자인 파일을 생성합니다. 이제 공식적으로 PCB 조립, 제조 및 제작 준비가 되었습니다(개념에서 생산까지).

최고의 무료 PCB 설계 소프트웨어

이 섹션에는 취미 애호가를 위한 합법적이고 무료인 회로 기판 설계 소프트웨어/도구의 컴파일된 목록이 포함되어 있습니다.

다음과 같습니다.

1. DipTrace; 기능을 손상시키지 않으면서 사용하기 쉬운 기능을 갖춘 디자인 소프트웨어입니다. 또한 모든 수준의 학습에 이상적이며 Linux, Mac 및 Windows와 같은 시스템에서 작동할 수 있습니다.
2. EasyEDA; 무료인 것 외에도 EasyEDA는 팀 공동 작업자, 프로젝트 관리 도구, 라이브러리 디자이너, PCB 편집기 및 강력한 회로도 캡처를 제공합니다. 또한 기능에 제한이 없으며(오프라인과 온라인 모두에서 작동) Linux, Mac 및 Windows OS에서 작동할 수 있습니다.

EasyEDA

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서킷메이커; 이를 통해 PCB 치수 및 최대 16개의 평면 레이어 + 16개의 신호에 대한 제한 없이 설계할 수 있습니다. 설계 규칙 확인, 기본 3D 시각화 및 고급 라우팅에 추가로 도움이 될 수 있습니다. 그러나 Windows에서만 작동합니다.

Autodesk Eagle; 설계 도구에는 PCB 설계를 위한 PCB 레이아웃 편집기와 회로도를 설계하는 회로도 편집기가 있습니다. Mac, Linux 및 Windows에서 사용할 수 있는 것 외에도 포괄적인 라이브러리 콘텐츠, PCB 라우팅, 구성 요소 배치 등과 같은 기능이 있습니다.

오스몬드 PCB; 유일한 MAC 기반 EDA 설계 소프트웨어이며 PCB 레이아웃 설계 및 회로도 캡처를 지원합니다. 또한 최대 700개의 핀으로 보드를 설계할 수 있으며 여러 보드 레이어와 보드 크기에 제한이 없습니다.

프리징; 설계를 PCB, 납땜 스트립보드 또는 납땜 없는 브레드보드로 변환하는 소프트웨어로 간단한 회로를 지원하기 때문에 여러 교육 리소스에 이상적인 PCB 설계 도구입니다.

KiCad; KiCad는 물리적 설계를 위해 FreeCAD와 연결하고 버전 제어를 위해 GitHub를 지원하며 회로 시뮬레이션(Ngspice)과 통합하는 인기 있는 오픈 소스 설계 프로그램입니다. 다소 구식 라이브러리 구조를 가지고 있음에도 불구하고 전문가와 초보자를 위한 강력한 기능 제품군을 갖추고 있습니다.

쉽게 적용할 수 있는 그래픽 레이아웃 편집기(EAGLE); 설계자에게 포괄적인 라이브러리 컨텐츠, PCB 라우팅, 부품 배치 등을 제공하는 EDA 설계 프로그램입니다. 또한 Sieb &Myer 및 Excellon 드릴 파일과 PostScript 및 Gerber 레이아웃 파일을 저장할 수 있습니다.

결론

요약하자면 PCB 설계에 대한 몇 가지 규칙을 설명하고 소프트웨어 도구 목록을 제공했을 수 있습니다. 그러나 우리는 몇 가지 설계 문제를 간과할 수 있었습니다. 따라서 도움이 필요한 경우 지금 문의하세요. 지원을 위해 우리 팀의 엔지니어링 전문가와 연결해 드리겠습니다.