제조를 위한 PCB 설계 최적화: 핵심 전략 및 모범 사례

바로가기:
제조를 위한 설계(DFM)란?
DFM의 목적은?
DFM 요소
제조를 위한 설계가 PCB 레이아웃으로 어떻게 변환되는가
Millennium Circuits Limited의 DFM 검사

제조를 위한 PCB 설계

 

제조 및 비즈니스 부문 전반에서 수많은 기계가 인쇄 회로 기판(PCB)에 의존합니다. 마찬가지로 PCB의 기능은 소비자가 매일 사용하는 장치를 현실로 만듭니다.

PCB 설계 및 제조에 이토록 많은 것이 걸려 있으므로, 최대 효율로 생산을 구현하는 것이 중요합니다. 그러나 이를 위해서는 설계 단계와 제조 공정에 관여하는 모든 당사자가 제품 아이디어를 결실 맺기 위해 끊임없이 소통해야 합니다. 여기서 제조를 위한 설계(DFM) 개념과 그 단계 시퀀스가 작용합니다.

제조를 위한 설계(DFM)란?

제조를 위한 설계(DFM)는 제조사가 제품 설계를 일련의 범주에서 검토하여 가능한 가장 효율적인 제조 수단을 통해 치수, 소재, 공차, 기능성을 최적화할 수 있게 하는 프로세스입니다. DFM을 통해 인증된 제품 계약업체는 각 새로운 제품 아이디어를 다양한 영역에서 조사하여 당면한 제품에 가장 적합한 치수, 소재, 제조 공정을 찾습니다.

간접비를 동시에 줄이고 제품 품질을 개선하려는 제조사는 DFM을 채택합니다. DFM은 단기 실행에 대한 대체 제조 방법을 찾는 것도 가능하게 합니다. 예를 들어, 회사가 소량만 필요한 제품의 경우, 그 제한된 실행 아이템을 생산하기 위해 비싸고 하이테크한 성형 장치 무기를 설정하는 것은 낭비일 수 있습니다.

동시에 그 제품은 기존 산업 무기가 없으면 제조하기 어려운 고유한 치수를 요구할 수 있습니다. DFM은 비용을 절약할 수 있는 대체 방법을 찾는 데 도움을 줍니다. 예를 들어, 별도의 성형 캐비티가 필요했던 조각에 열성형 방법을 사용하는 것입니다.

DFM은 기존 설계를 개선하는 데도 도움이 됩니다. 회사가 과거에 제품을 대량 생산했고 이제 다시 생산할 계획이라면, 원래 설계와 그것을 제품으로 만드는 데 사용된 공정을 재평가하여 이번엔 비용을 절약할 수 있습니다. 이전 단계 중 어떤 것이 낭비적인지 판단하면 공정에서 제거할 수 있습니다.

DFM의 목적은?

DFM의 목적은 설계자와 제조사 사이에 한때 흔했던 의사소통 오류를 제거하는 것입니다. 과거 수십 년 동안 두 당사자는 상호 오해로 인해 종종 충돌했습니다. 전형적인 시나리오에서 설계자는 일련의 치수와 소재 목록으로 제품을 구상합니다. 설계자는 블루프린트와 스케치를 제조사에게 보내며, 제조사의 임무는 설계를 생산에 투입하는 것입니다. 설계에서 문제를 발견하면 설계자는 제조사가 이 문제를 바로잡도록 맡깁니다.

설계자 관점에서 설계 단계 이후 발생하는 단계(수정 포함)는 제조사의 책임이었습니다. 문제는 제조사가 보통 설계 공정의 복잡성을 이해하지 못하지만, 특정 치수나 소재가 비현실적이거나 불가능할 때를 안다는 것입니다. 이런 경우 생산이 막판 설계 개편으로 지연되는 경우가 많으며, 이는 관련 당사자들에게 비용이 많이 들었습니다. 때로는 제조사가 결함과 제품 결함 및 고객 불만 위험에도 불구하고 설계를 급하게 생산에 투입하기도 했습니다.

DFM 엔지니어링을 통해 설계, 개발, 생산 공정의 모든 단계 전문가들이 모든 단계를 함께 작업합니다. 함께 각 부서의 엔지니어들이 제품이 개발, 테스트, 수정 위해 반송될 때 실시간으로 서로의 입력과 피드백을 듣는 결합된 팀을 형성합니다. DFM은 설계 결함을 거의 즉시 포착하고 제조 팀이 생산을 시작하기 훨씬 전에 수정함으로써 비용과 시간을 절약합니다.

DFM을 채택한 제품 및 개발 팀에는 제조 공정 외부 당사자(구매자, 공급업체, 변호사)의 의견도 포함됩니다. 제품 설계를 마무리한 후, 기업은 전체 제조 예산의 일부만 지출했지만 설계는 제품 비용의 대부분을 결정합니다. 따라서 제조사는 제품에 전념할 때 너무 많은 것을 걸고 있습니다.

DFM을 통해 기업은 각 부서의 엔지니어들이 협력적으로 조사함으로써 비용이 많이 드는 생산 중단과 낭비적인 실행을 초래할 수 있는 실수를 제거할 수 있습니다. DFM은 또한 결함 제품이 대중에게 출시되어 갑작스러운 결함, 고객 불만, 다중 소송, 브랜드 명성을 소비자 눈에 손상시킬 수 있는 기타 PR 위기를 초래하는 시나리오를 피하는 데 도움을 줍니다.

DFM 요소

DFM 단계는 주어진 제품의 공정, 설계, 소재, 환경, 준수를 결정하기 위해 다음 순서를 포함합니다.

1. 제조 공정

DFM의 첫 부분은 문제의 제품에 사용할 올바른 제조 공정 유형을 결정하는 것입니다. 특정 수량으로 제품을 생산해야 할 때, 공정은 생산 범위와 계획된 프레싱 수를 반영해야 합니다.

주어진 제품에 가장 적합한 제조 공정을 결정하려면 제품 크기와 생산에 필요한 소재 같은 요소를 고려해야 합니다. 또한 제품 표면이 요구하는 단계와 기본 조립 단계를 넘어 2차 단계가 필요한지 여부도 고려하세요.

2. 제품 설계

DFM의 다음 부분은 제품 설계를 검토하고 사양이 완제품에 적합한지, 아니면 생산 개시 전에 추가 변경이 필요한지 판단하는 것입니다. 이 단계의 목적은 이전 실행의 가능한 설계 문제를 바로잡고 이번 생산이 더 원활하고 효율적으로 진행되도록 하는 것입니다.

기존 설계를 수정한다면, 수정이 기본 설계 원칙에 부합하는지 확인하세요. 계약 제조사와 이 영역의 모든 결정을 논의하세요. 그렇게 하면 당면한 제품에 대한 제조 원칙에 따라 향후 생산 실행이 이루어지도록 도울 수 있습니다.

3. 제품 소재

DFM의 또 다른 중요한 측면은 문제의 제품에 필요한 소재를 결정하는 것입니다. 제품의 모양, 크기, 용도에 따라 강도, 질감, 열 특성 등 다양한 요소를 고려해야 합니다.

이 단계에서 계약 제조사와 상담하여 선택한 소재가 당면한 생산 요구 사항을 충족하는지 확인해야 합니다. 마음에 둔 특정 소재가 있다면, 그 소재가 열을 견디고 전기를 전도하는지 알아야 합니다. 이러한 요소가 제품을 성사시키거나 망칠 수 있기 때문입니다.

4. 최종 환경

공정, 설계, 소재에 대한 선택을 확정하기 전에 소비자가 제품을 사용할 환경을 조사해야 합니다. 이 환경이 소재와 제품 모양에 미칠 수 있는 영향의 종류를 결정하면, 앞서 내린 세 가지 DFM 선택이 충분한지 판단해야 합니다.

제조를 위한 설계 예시에는 소비자가 제품을 어떻게, 어디에서 사용할지 고려하는 것이 포함됩니다. 연중 실외 사용 제품을 개발한다면 소재는 주변 온도와 기상 조건의 전체 범위를 견딜 수 있어야 합니다. 사용자가 제품을 다른 물체에 장착한다면 설계는 다양한 설정을 수용해야 합니다.

5. 테스트/준수

DFM의 마지막 단계는 문제의 제품에 대한 설계와 소재가 다양한 주체가 의견을 제시하는 안전 및 품질 표준을 충족하는지 결정하는 것입니다. 제3자 ISO 인증 시험 시설이 이를 결정할 수 있습니다. 중립적인 제조 분석가가 테스트를 감독해야 합니다.

다양한 주체가 현재 상태의 설계 진행 능력에 영향을 미칠 수 있는 표준을 가질 수 있습니다. 예를 들어, 주, 연방, 국제 수준의 규제 규칙이 기존 구성에서 제품을 안전하지 않다고 판단할 수 있습니다. 제품이 의도한 산업 코드를 충족하지 못할 수 있습니다. 제품 설계가 귀사 자체 안전 표준을 충족하지 못할 수도 있습니다.

일반적인 설계 실수

PCB 설계 및 생산 중 DFM을 채택하면 다음 실수를 제거할 수 있습니다.

1. 가장자리 클리어런스

제조사가 PCB 설계에서 저지를 수 있는 가장 중요한 실수 중 하나는 충분한 가장자리 클리어런스를 허용하지 않는 것입니다. 이 문제는 PCB 가장자리를 따라 구리에 문제가 될 수 있습니다. 구리는 보호 코팅이 없으면 부식될 수 있습니다. 이 허용치를 염두에 두지 않고 PCB를 설계하면 최종 절단 시 코팅이 제거될 수 있습니다.

다행히 설계에 필요한 클리어런스를 추가하면 가장자리 허용 문제를 쉽게 바로잡을 수 있습니다. PCB 외부 층의 경우 코팅에 설계에 0.010인치만 추가하면 됩니다. 내부 층의 경우 코팅에 설계에 0.015인치만 추가하면 됩니다.

2. 산 트랩 생성

산 트랩은 이 문제를 고려하지 못한 PCB 설계에서 반복적인 문제가 될 수 있습니다. 이 가능성을 피하려면 예각에서 각진 트레이스를 설계하지 마세요. 예를 들어 45도 각도는 90도 각도보다 훨씬 바람직합니다. 후자는 PCB를 산 트랩에 취약하게 만들 수 있지만, 전자는 일반적으로 이 문제에 취약하지 않습니다. 라우팅을 마친 후 모든 트레이스 각도를 다시 확인하여 결합된 트레이스가 산 트랩을 만들지 않았는지 확인하세요.

3. 복잡한 보드 레이아웃

보드가 복잡해지는 상황에 도달하면, 필요한 모든 구성 요소를 같은 쪽에 정리할 수 있는 더 해결 가능한 계획으로 설계를 재고해야 합니다. 일부 PCB 설계자가 가끔 저지르는 실수는 기본 면의 공간을 확보하기 위해 몇 요소를 보드 뒷면에 배치하는 것입니다.

PCB 양면에 구성 요소를 배치하면 제조 공정 비용이 증가합니다. 게다가 PCB 다른 면에 구성 요소를 추가하면 제조사에 수많은 복잡성이 더해집니다.

4. 패드 사이에 솔더 마스크 없음

PCB 설계에서 솔더 마스크는 모든 회로 기판의 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 구리와 다른 금속 간 접촉을 방지하기 때문입니다. 패드 사이에 솔더 마스크가 없으면 음극 금속 간 접촉이 형성되어 예기치 않은 단락을 일으킬 수 있습니다.

모든 회로 기판에 충분한 솔더 마스크가 있도록 하려면, 모든 PCB 생산에 대한 설계 규칙에 이를 포함하세요. 그렇게 하면 대형 PCB 설정을 소형 회로 기판으로 변환할 때 솔더 마스크 적용에 문제가 없어야 합니다.

5. 패드에 비아 배치

PCB에서 공간이 부족하면 공간을 확보하기 위해 비아를 추가하고 싶을 수 있습니다. 그러나 이는 보드에서 솔더를 끌어당겨 납땜 공정을 비효과적으로 만들어 PCB의 장착 능력을 약화시킬 수 있습니다. 비아 옵션이 특정 상황에서 유용할 수 있지만, 필요할 때만 사용하세요. 마이크로, 블라인드, 매립 비아에도 동일하게 적용됩니다.

제조를 위한 설계가 PCB 레이아웃으로 어떻게 변환되는가

PCB 엔지니어링에서 DFM 원칙은 PCB 크기에 관계없이 모든 설계 사양을 기능적 레이아웃으로 유지하는 데 제조사를 돕습니다. 한 보드의 구성 요소를 더 작은 PCB에 통합할 때, 부품을 제자리에 맞추고 산 트랩 및 가장자리 클리어런스 같은 문제를 피하기 어려울 수 있습니다. DFM은 보드가 생산에 들어가기 전에 이러한 문제를 피하는 데 도움이 됩니다.

DFM 엔지니어링을 통해 인증된 제조사는 회로 기판 설계를 검사하여 측정이 PCB 의도된 목적에 충분한지 확인합니다. 또한 보드 설계가 의도된 환경에서 작동할지 검토합니다. 예를 들어, 보드가 엄청난 열을 발생시키는 기계에 사용된다면 PCB 설계는 이러한 조건을 견딜 수 있는 구성 요소와 보호 요소를 통합해야 합니다.

DFM 공정은 또한 일련의 표준 테스트를 통과하지 못하면 PCB 설계가 생산 승인을 받지 못하도록 보장합니다. 예를 들어, PCB가 예상 근무 조건 세트에서 쉽게 실패하면 설계자는 추가 구성 요소로 보드를 재작업하여 해당 장치의 작업을 처리할 수 있을 때까지 해야 합니다.

PCB 생산에서 DFM 원칙은 제조를 위한 설계와 함께 작동하며, 이는 제조 문제와 그것이 PCB에 어떻게 적용되는지 다룹니다.

Millennium Circuits Limited의 DFM 검사

설계 검사 및 준수 테스트와 관련하여 객관적이고 자격 있는 제3자의 의견을 구해야 합니다. Millennium Circuits Limited에서는 PCB 설계와 시제품에 DFM 분석을 실행하여 결함과 기타 문제를 식별합니다. 오늘 MCL에 문의하여 귀하의 PCB를 생산에 투입하기 전에 개선하는 데 우리가 어떻게 도울 수 있는지 알아보세요.