PCB 레이아웃-6 PCB 설계 시 고려해야 할 중요한 사항

거의 모든 전자 회로에는 PCB 레이아웃이 포함되어 있다는 사실을 알고 계셨습니까? 사물 인터넷 시대에 PCB의 수요와 복잡성은 나날이 증가하고 있습니다. PCB를 설계하는 것은 특히 빡빡하게 제한된 공간 내에 여러 전자 부품과 최적의 라우팅을 배치하기 때문에 두려울 수 있습니다. PCB 레이아웃 주위에 당신의 방법을 아는 것은 처음에 그것을 올바르게 얻는 데 중요합니다.

이 문서에서는 재료 및 구성요소 선택, 구성요소 배치, PCB 스택업, PCB 비아 유형, 전력, 열 문제, 보드 제약을 포함하여 PCB를 설계할 때 고려해야 할 6가지 필수 사항에 대해 설명합니다.

1. 재료 및 구성요소

관련 세부 사항에서 인쇄에 사용할 재료 및 구성 요소를 고려해야 합니다. 먼저 PCB가 수행해야 하는 기능, 최종 제품의 대략적인 크기, 다른 회로와의 PCB 상호 연결 및 제품에서의 배치를 정의해야 합니다.

일부 재료는 극한의 온도에서 작동할 수 있습니다. 다른 것들은 실패하고 합선될 수 있습니다. 이러한 이유로 인쇄 회로 기판용으로 선택한 재료 및 구성 요소와 관련하여 최종 제품의 작동 온도를 염두에 두십시오.

마지막으로 재료의 비용과 가용성을 고려하십시오. 찾기 어려운 재료에 만족하면 비용과 시간이 많이 소요되어 결국 PCB 조립이 지연될 수 있습니다. PCB에 필요한 구성 요소를 안정적으로 공급할 수 있는 PCB 공급업체를 선택하는 것을 고려하십시오. 고려해야 할 다른 영역에는 예비 부품, 수리 및 교체가 포함됩니다.

2. PCB 레이아웃 구성요소 배치

보드에 구성 요소를 배치하려면 많은 문제 해결 기술과 창의성이 필요합니다. 모든 사람이 독특한 디자인 관점을 가지고 있기 때문에 귀하의 구성 요소 배치는 다른 사람의 아이디어와 다를 것입니다.

그것이 최종 목표이기 때문에 PCB의 제조를 고려하십시오. 예를 들어, 트랜지스터와 같은 생각이 비슷한 구성 요소는 배치할 때 동일한 방향을 향해야 제조업체가 쉽게 설치하고 검사할 수 있습니다.

개별 구성 요소의 크기와 높이를 염두에 두십시오. 일부 구성 요소는 다른 구성 요소보다 크며 서로 옆에 배치할 때 회로 기판에 고르지 않은 범프가 발생할 수 있습니다. 일부 더 높은 세부 사항은 더 짧은 요소를 차단할 수 있으며 보드가 부품을 보드에 조각하기 위해 납땜 오븐을 통과할 때 납땜 조인트가 제대로 연결되지 않은 상태로 돌아올 수 있습니다. 항상 기판에 있는 구성 요소의 높이와 너비를 고려하십시오. 비슷한 치수의 세부 사항을 기판의 한 면에 배치할 수 있으므로 납땜 웨이브가 막히지 않고 더 작은 부품에 도달할 수 있습니다.

라우팅을 위한 공간을 허용합니다. 구성 요소를 너무 가깝게 배치하면 라우팅을 시작할 때 손이 닿지 않습니다. 예를 들어 집적 회로에는 보드 주위에 연결해야 하는 많은 핀이 있습니다. 공간이 부족하여 디자인 레이아웃을 다시 건너뛰는 것을 방지하려면 프로세스를 쉽게 하기 위해 많은 핀을 연결해야 하는 구성요소에 충분한 공간을 제공하세요.

3. PCB 레이아웃 스택 업

PCB 스택업은 전체 PCB의 기초를 형성합니다. 여기에는 절연층과 구리층의 배치가 포함됩니다. 스택은 PCB 내의 다양한 레이어로 구성되며 각 레이어에서 특성 임피던스를 설정할 수 있습니다. PCB의 레이어가 많을수록 비용이 높아집니다.

인쇄 회로 기판에는 접착제와 함께 적층된 서로 다른 재료의 층이 있습니다. 맨 위 레이어는 보드에 문자 및 기호와 같은 다른 표시기를 추가하는 실크스크린입니다. 하단 레이어는 FR4이며 보드의 강성과 두께를 제공합니다. 다음은 구리 층이며, 그 다음은 PCB에 독특한 녹색을 제공하는 솔더 마스크입니다. 최적의 다층 적층으로 방사 및 외부 노이즈를 최소화합니다. 또한 설계의 향상된 전자기 호환성을 허용하고 예산 범위 내에서 비용을 유지하며 제조 기술의 효율성을 보장합니다.

4. 유형을 통한 PCB 레이아웃

PCB Via는 보드의 다른 레이어 간의 상호 연결을 허용합니다. 비아는 트레이스, 패드 및 기타 전도성 요소를 연결하고 한 층에서 다른 층으로 이동하는 전기 및 열 에너지의 경로를 제공할 수 있습니다. 우리는 비아를 생성하기 위해 기판에 구멍을 뚫기 때문에 다른 PCB 구성 요소와 관련하여 각 구멍의 배치와 크기를 고려해야 합니다. 제조 공정의 효율성을 위해서는 보드의 모든 비아가 동일한 크기인지 확인하는 것이 좋습니다.

비아에는 세 가지 기본 유형이 있습니다. 스루 비아, 블라인드 비아 및 매립 비아. 관통 비아는 두 개의 보이는 외부 레이어를 연결합니다. 블라인드 비아는 보이는 외부 레이어와 보이지 않는 내부 레이어를 연결합니다. 매장된 비아는 두 개의 숨겨진 내부 레이어를 연결합니다. 다른 유형의 비아에는 상단 레이어에서 하단 또는 내부 레이어로 열을 전달하기 위한 열 비아와 전기 및 열 부품 누출을 방지하기 위해 솔더 마스크로 둘러싸인 텐트형 비아가 있습니다. 비아마다 전류 전달 용량이 다르기 때문에 사용하려는 비아 유형의 기능에 대해 PCB 공급업체와 상의하십시오.

5. 전력 및 열 문제

구성 요소 배치를 얻는 것이 설계에 중요하지만 해당 구성 요소가 작동하도록 하는 동시에 전원 라우팅도 고려해야 합니다. 전원 및 접지면은 보드 내부에 있어야 하며 보드가 뒤틀리거나 케이스가 휘어지는 것을 방지하기 위해 중앙에 대칭이어야 합니다.

열 문제는 더 높은 밀도와 과도한 처리 속도를 가진 더 큰 회로 기판에 영향을 미칩니다. 이러한 문제를 방지하려면 PCB에서 열이 발산되도록 해야 합니다. 재료를 선택하는 동안 많은 열을 생성하는 구성 요소를 식별하고 열을 전환하는 방법을 찾으십시오. 빠르게 뜨거워지는 부품 주변의 표면 공간은 냉각을 위한 공간이 필요하기 때문에 중요한 레이아웃 설계 고려 사항입니다. 방열판, 냉각 팬 및 열 완화 장치를 포함하는 것을 고려할 수 있습니다. 열 예비를 추가할 수 있는 일부 장소에는 PCB 레이어를 통한 방열판 속도를 늦추기 위한 스루홀 비아가 있습니다.

신호 무결성에 영향을 줍니다. 전자 장치의 전자기 간섭과 같은 전기적 문제를 예상해야 합니다. PCB가 이러한 문제를 일으키지 않도록 하려면 트랙을 서로 평행하게 배치하지 마십시오. 서로 교차해야 하는 레코드의 경우 커패시턴스와 상호 인덕턴스를 최소화하기 위해 올바른 각도인지 확인하십시오.

6. 이사회 제약

먼저 설계하려는 PCB의 목적에 따라 기판의 크기와 모양을 고려해야 합니다. 보드는 다른 모든 부품을 포함하기 때문에 PCB의 주요 구성 요소입니다. PCB의 크기와 모양을 결정하는 요소에는 대상 제품의 기능과 크기가 포함됩니다. 예를 들어, 활동 추적기와 같은 웨어러블 제품은 텔레비전에 비해 훨씬 더 작은 PCB가 필요합니다.

일부 제품에는 보드가 수용할 수 있는 것보다 더 많은 회로가 있는 PCB가 필요합니다. 이러한 상황에서는 더 작은 영역에 더 많은 기능을 담을 수 있는 다층 고밀도 상호 연결 PCB(HDI PCB)를 사용해야 할 수도 있습니다. 고밀도 인터커넥트는 스택 비아의 강력한 인터커넥션을 가지고 있기 때문에 신뢰성 수준을 높였습니다. HDI PCB의 또 다른 장점은 구성 요소의 근접성으로 인해 전기 신호가 이동하는 데 걸리는 시간을 줄이는 것입니다.

PCB 레이아웃 문제

PCB 조립 단계. 잘 설계된 보드는 열 부족, 환형 링 부족, 솔더 마스크 누락, 산성 트랩 등과 같은 PCB 레이아웃 문제가 발생하는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. 열 완화 트레이스와 관련 구리 평면이 부적절하게 연결되면 열 부족이 발생합니다. 누락된 솔더 마스크는 PCB의 BOM(Bill Of Materials)이 보드에 장착되는 동안 촘촘한 간격의 보드에서 발생할 수 있습니다. 산성 트랩은 할당된 네트에서 분리된 흔적으로 인해 PCB 기판에 개방 회로를 유발할 수 있습니다. 드릴 히트를 놓치면 환형 링이 발생합니다. PCB 제조 시 고려하는 것이 중요합니다. 최종 제품의 기능에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 레이아웃 오류의 가능성이 높습니다. 손실, 불량 프로토타입 및 시간 낭비를 초래하는 이러한 문제를 방지하기 위한 몇 가지 PCB 레이아웃 규칙이 있습니다.

결론

이 기사에서는 인쇄 회로 기판을 설계할 때 고려해야 할 다양한 문제와 잘못 설계된 PCB가 일으킬 수 있는 몇 가지 문제에 대해 논의했습니다. 논의된 몇 가지 주제에는 부품 배치, 기판 제약, PCB 스택업, 재료 및 부품, 전력 및 열 효과, PCB 비아 유형이 포함됩니다.

PCB의 다양한 구성요소를 연결하기 위해 기판에 전도성 경로를 인쇄합니다. 연결이 내부에 있기 때문에 전체 설계의 복잡성이 크게 줄어듭니다. 집적 회로, 트랜지스터 및 저항과 같은 요소는 납땜을 통해 기판에 장착됩니다.

PCB는 IoT 장치 및 그래픽 카드, 마더보드, 네트워크 인터페이스 카드, TV, 휴대폰, 태블릿 등의 기능에 매우 중요합니다. 기술이 계속 발전함에 따라 PCB 레이아웃의 복잡성도 증가합니다. 즉, 생산에 적합한 설계를 얻는 것은 고품질 인쇄 회로 기판으로 보답할 것입니다. 최종 제품은 예상대로 안정적으로 작동할 뿐만 아니라 예산 범위 내에서 유지되어야 합니다. 이 기사가 좋은 PCB 레이아웃에 도달하는 데 도움이 되기를 바랍니다.