회로도에서 PCB까지: Altium Designer 종합 워크플로우 가이드
설계 프로세스 개요
PCB(인쇄회로기판)는 전자 인쇄 기술로 제조되며 부품 간 전기적 연결을 제공합니다. 회로도는 PCB 설계가 따라야 할 유일한 원칙으로, 회로도의 복잡성과 PCB 크기에 따라 레이어 수를 결정하여 회로 설계자가 설정한 기능을 최종 구현합니다. 레이어 수에 따라 단면, 양면, 4층, 6층 등 다층 PCB로 분류됩니다. 전자 기술 발전으로 PCB는 거의 모든 전자 기기에 적용되고 있습니다.
다양한 PCB 설계 소프트웨어가 각자의 장단점을 가지고 있으며, 본 글에서는 Altium Designer를 이용해 회로도 설계부터 PCB 설계 파일 생성까지의 전 과정을 다룹니다.
1. 기획 설계
제품 설계 전 기본 모듈 계획, 회로도 작성 등 기획 설계가 선행됩니다. 이는 수작업으로도 가능하며, 본 글에서는 간단한 설계를 예로 들어 PCB 설계 과정을 설명합니다.
2. 회로도 설계
모든 것은 아이디어에서 시작해 회로도, 그리고 PCB 설계로 이어집니다. 회로도 설계는 PCB 설계의 기초이며 그 효과와 직결됩니다. 회로도에 오류가 있으면 PCB에도 반드시 실수가 발생하므로, 회로도 설계의 정확성과 정밀성을 최우선으로 확보해야 합니다.
3. 회로도 라이브러리 구축
- 프로젝트 생성: Altium Designer 메인 화면에서 File → New → Project → PCB Project 순으로 클릭해 엔지니어링 파일을 생성하고 저장합니다. 엔지니어링 파일의 장점은 회로도 심볼 파일(.schlib), PCB 패키지 파일(.pcblib), 회로도 파일(.Sch), PCB 파일(.PCB) 등 모든 관련 파일을 한 곳에서 관리할 수 있다는 점입니다. 넷리스트가 PCB로 자동 연동되어 회로도와 PCB 간 인터랙티브 작업이 가능해집니다. 엔지니어링 파일 없이 작업하면 넷리스트 경로를 수동으로 찾아야 하므로 불편합니다.
- 회로도 심볼 생성: 엔지니어링 파일에서 File → New → Libraries → Schematic Libraries를 선택해 저장합니다. 회로도는 심볼 간 연결로 구성되므로 심볼을 먼저 만들어야 합니다. 본 글의 회로 예제에는 스위치, LED, 소켓이 포함되며 이들 심볼은 Altium Designer 내장 라이브러리에 있습니다. 하지만 요구사항에 완벽히 부합하는 설계를 위해 자체 라이브러리 구축을 권장합니다. 실제 엔지니어 대부분이 내장 라이브러리를 사용하지 않습니다. 라이브러리 생성 시 해당 부품의 데이터시트를 참조해 핀 이름, 애노드/캐소드, 트랜지스터 3단자 등 마킹의 정확성을 보장해야 합니다.
- PCB 패키지(풋프린트) 생성: File → New → Libraries → PCB Libraries (.pcblib) 선택 후 저장. PCB 패키지 품질이 PCB 제조 가능성을 결정합니다. 심볼과의 핀 매칭 외에도 수많은 세부 사항에 주의해야 합니다. 예를 들어 QFP 패키지는 데이터시트가 보통 후면 뷰를 제공하므로 패키지 생성 시 미러링이 필요합니다. 그렇지 않으면 라이브러리가 반대로 생성됩니다. 부품 패드와 비아 크기도 원칙에 맞춰야 합니다. 부품 비아 크기는 핀 직경에, 패드 크기는 비아 크기에 의존합니다.
LED 패키지 생성 예시 (직경 3mm, 핀 간격 2.54mm, 핀 직경 0.6mm)
패드 배치:
- 패드 비아 직경 = 부품 핀 직경 + 0.3mm + 0.9mm
- 패드는 원형, 직경 = 패드 비아 직경 0.9mm + 1.2mm = 2.1mm (일반적으로 1층 보드 +1.2mm, 2층 보드 +1.0mm)
- SMT 적용 시 패드는 탑 레이어에 배치
- 배치 좌표: X (-1.27mm), Y (0)
- 패드를 1번 핀으로 정의 (Designator = 1)
- 두 번째 패드도 동일하게 생성하되 좌표: X (1.27mm), Y (0), Designator = 2
제조 편의를 위해 부품 패키지의 원점을 부품 중심으로 설정하므로 위와 같은 좌표값이 나옵니다.
실크스크린 그리기 → 저장 및 파일명 지정
- 심볼과 패키지 연결: 컴포넌트 속성에서 PCB 패키지를 회로도 심볼과 연결합니다. 라이브러리 생성 후 편집 및 컴파일 시 Altium Designer가 각 부품 정보를 검사해 오류가 있으면 자동으로 힌트 창을 띄웁니다.
- 회로도 그리기: 프로젝트 파일에서 File → New → Schematic 선택. 적절한 도면 크기(A4 등) 선택 후 생성한 심볼을 배치하고 핀을 전기적 연결선으로 연결합니다. 완료 후 우클릭 → "Compile Document ***.Schdoc"으로 오류 자동 검사합니다.
4. PCB 파일 생성
- PCB 문서 생성: 프로젝트에서 File → New → PCB → 저장
- 보드 외곽선 그리기: Mechanical 1 레이어에 보드 외곽선 작성. 본 예제는 62×55mm.
- 부품 및 넷리스트 불러오기: Design → "Update PCB Document ***.pcbDOC" → "Validate Changes" → "Execute Changes"
- 설계 규칙 설정: 배선 폭, 배선 간격, 전원/그라운드 라인 폭 등 설정
- 배치(Layout): "좋은 배치는 절반의 완성"입니다. 원칙: ① 위치 고정 홀 먼저 고정 ② 고정 위치가 필요한 부품 우선 배치 ③ 기능 모듈별로 큰 것부터 작은 것, 어려운 것부터 쉬운 것 순으로 배치
- 배선(Routing): 부품을 연결하는 선과 비아를 배치하는 과정
- 인터랙티브 배선: Place → Interactive Routing (커서가 십자 모양으로 변경)
- 자동 배선: Auto Route → All → Route All
- 티어드롭 및 동박 코팅: 리드-패드 간, 비아 간 기계적 강도 강화. 배선 완료 후 넓은 면적의 동박 코팅을 시행하며, 보통 그라운드 라인과 연결해 그라운드 임피던스를 낮추고 전원/신호 전송을 안정화합니다.
- DRC(Design Rule Check): Tools → Design Rule Check 실행. 오류 리포트 확인 후 수정하고 오류가 없을 때까지 반복.
PCB 파일 출력
- 거버 파일: PCB 제조사에 제공
- 조립도: 작업장 운영 매뉴얼용
- 부품 좌표: 자동 실장 장비용
- BOM: 구매부 및 제조부용
- 기타 필요한 포맷의 파일들
설계 완료
지금까지 회로도에서 PCB 파일 출력까지 전체 PCB 설계 과정을 살펴보았습니다. 이 글은 개요를 제공하며, 더 자세한 내용은 실무를 통해 익히시기 바랍니다.
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