PCB 설계 문제 해결

적절한 인쇄 회로 기판(PCB) 설계는 운영 및 상업적으로 효율적인 전자 프로토타입을 생산하는 능력에 매우 중요합니다. 임베디드 애플리케이션의 경우 특히 그렇습니다. 임베디드 회로는 마이크로프로세서, 구성 요소 및 운영 체제에 따라 크기와 유형이 다양하지만 무엇보다도 수백 바이트에서 수 메가바이트의 코드까지 다양할 수 있는 소프트웨어의 복잡성에 따라 다릅니다.

개발된 회로도에서 Gerber/drill 파일을 내보내어 시뮬레이션 및 PCB 설계가 가능합니다. 설계가 무엇이든 엔지니어는 전기 회로(및 전자 부품)가 어떻게 배열되어야 하고 어떻게 작동할지 정확히 알아야 합니다. EE의 경우 PCB 설계에 적합한 소프트웨어 도구를 찾는 것은 어려운 작업일 수 있습니다. 한 PCB 프로젝트에 이상적인 소프트웨어 도구가 다른 프로젝트에는 적합하지 않을 수 있습니다. EE는 직관적이고 유용한 기능을 포함하며 위험을 제한할 만큼 안정적이며 여러 프로젝트에 적용할 수 있는 강력한 라이브러리를 갖춘 보드 설계 도구를 원합니다.

하드웨어 문제

통합이 성능과 신뢰성의 핵심인 사물 인터넷을 대상으로 하는 프로젝트의 경우 PCB 내의 전도성 및 비전도성 재료의 통합을 위해서는 IoT 설계자가 설계의 다양한 전기적 및 기계적 측면 간의 상호 작용을 연구해야 합니다. 특히 PCB의 전기 가열은 부품 크기가 계속 줄어들면서 점점 더 중요한 요소가 되고 있습니다. 동시에 기능 요구 사항이 증가하고 있습니다. 설계된 대로 성능 기반 성능을 달성하려면 온도 응답, 보드의 전기 부품 동작 및 전반적인 열 관리가 시스템의 기능과 안정성에 매우 중요합니다.

보호를 위해 PCB를 분리해야 합니다. 전자 시스템을 생성하기 위해 기판에 배치된 구리 트레이스를 보호하여 단락을 방지합니다. FR-4는 물리적/기계적 특성, 특히 고주파에서 데이터를 유지하는 능력, 열에 대한 높은 저항과 다른 재료보다 적은 물을 흡수하는 능력. FR-4는 고급 건설 및 산업 및 군사 장비에 널리 사용됩니다. 초고단열재(UHV)와 호환됩니다.

그러나 FR-4는 생산에 사용되는 화학 공정에서 비롯된 PCB 기판으로서 여러 가지 한계에 직면해 있습니다. 특히, 유리섬유의 변형뿐만 아니라 개재물(기포) 및 줄무늬(세로 방향 기포)의 형성에 취약한 소재입니다. 이러한 불완전성은 절연 강도의 불일치를 초래하고 PCB 트레이스 성능을 손상시킵니다. 새로운 에폭시 유리 소재는 이러한 문제를 해결합니다.

다른 일반적으로 사용되는 재료는 더 높은 온도를 지원하고 더 단단한 폴리이미드/유리 섬유와 유연하고 가벼우며 디스플레이 및 키보드와 같은 응용 프로그램에 적합한 KAPTON입니다. 유전체 재료(기판)를 선택할 때 고려해야 할 요소에는 열팽창 계수(CTE), 유리 전이 온도(Tg), 열전도율 및 기계적 강성이 포함됩니다.

군사/항공우주 PCB는 레이아웃 사양 및 100% DFT(Design-for-Test) 적용 범위를 기반으로 하는 특별한 설계 고려 사항이 필요합니다. MIL-STD-883 표준은 기계 및 전기 테스트, 제조 및 교육 절차, 기타 제어를 포함하여 군사 및 항공 우주 시스템에 사용하기에 적합한 마이크로 전자 장치를 테스트하기 위한 방법과 절차를 설정하여 전체에 걸쳐 균일한 수준의 품질과 신뢰성을 보장합니다. 이러한 장치에 대한 다양한 응용 프로그램.

자동차 시스템용 전자 장치의 설계는 패키지 집적 회로에 대한 AEC-Q100 기계 및 전자 테스트와 같은 다양한 표준을 충족하는 것 외에도 일련의 규칙을 따라야 합니다. 누화 효과는 차량 안전을 저해할 수 있습니다. 이러한 영향을 최소화하기 위해 PCB 설계자는 신호와 전력선 사이에 최소 거리를 지정해야 합니다. 설계 및 표준화는 시스템 작동 저하를 피하기 위해 간섭 제한 및 열 발산 조건을 충족하기 위해 추가 수정이 필요한 설계 측면을 자동으로 강조 표시하는 소프트웨어 도구를 통해 촉진됩니다.

그림 1:Altium 디자이너(이미지:Altium)

회로 자체의 간섭이 신호 품질에 대한 유일한 위협은 아닙니다. 자동차의 PCB는 차체와 복잡한 방식으로 상호 작용하는 노이즈로 인해 회로에 원치 않는 전류를 유도합니다. 그리고 자동차 점화 시스템으로 인한 전압의 피크와 변동으로 인해 부품이 가공 공차를 훨씬 벗어날 수 있습니다.