PCB 설계는 모든 전자 제품 개발 프로젝트의 필수적인 부분입니다. PCB 설계는 CAD 소프트웨어 도구를 사용하여 2D 회로도에서 PCB의 3D 렌더링을 생성하며, 이를 사용하여 보드를 제조합니다. 최적화된 PCB 설계는 회로 기판이 원하는 대로 예상 사양 내에서 작동하도록 보장합니다. PCB 설계자는 기계적 정의, 중요 부품 배치, 부품 배치, 중요 라우팅, 라우팅, 최종 설계 규칙 검사 및 아웃잡 생성 단계를 따르는 특정 프로세스를 따라야 합니다.
• PCB 설계 소프트웨어 도구
많은 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어 패키지를 사용할 수 있으며, 일부는 무료이고 다른 일부는 유료입니다.
Altium Designer, PADs, Allegro 및 OrCAD는 가장 일반적으로 사용되는 PCB 설계 소프트웨어 도구입니다. 더 간단한 설계와 엔지니어링 학생 및 취미 활동가를 위해 Kicad 및 ExpressPCB와 같은 무료 CAD 도구가 있습니다. 이러한 도구는 더 복잡한 설계를 처리하는 데 제한이 있으며 기능이 제한적입니다.
PCB 설계 소프트웨어의 기능과 성능은 도구마다 상당히 다를 수 있습니다. 엔지니어 또는 설계자는 다른 도구에는 없는 필수 기능이 있기 때문에 특정 도구를 선택하는 경우가 많습니다. 더 기본적인 PCB 설계 도구는 훨씬 더 기본적인 기능과 기능을 제공합니다. 회사가 유료로 사용해야 하는 소프트웨어는 설계 규칙이 지정된 복잡한 라우팅 및 신호 시뮬레이션과 같은 더 많은 기능과 기능을 제공합니다.
PCB가 점점 더 복잡해지고 종종 훨씬 더 작은 공간에 배치됨에 따라 유료 소프트웨어 패키지가 필요한 경우가 아니더라도 선호되는 경우가 많습니다.
• 회로도 캡처
전자 제품 개발의 첫 번째 단계 중 하나는 설계 사양을 만드는 것입니다. 이 문서는 보드의 요구 사항을 설명하고 중요 구성 요소, 신호 속도, 차동 쌍 등을 식별합니다.
사양이 완료되면 회로도 캡처를 시작할 수 있습니다. PCB 회로도는 손으로 그려지는 경우가 있었고 지금도 가끔 그렇지만, 대부분의 회로도는 CAD 소프트웨어를 사용하여 그려지거나 "캡처"됩니다.
PCB 회로도는 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되는지 보여주고 보드에서 트레이스를 배치하는 방법에 대한 지침을 제공하는 2차원 도면입니다. CAD 소프트웨어를 사용하여 엔지니어는 각 구성 요소에 대한 회로도 기호를 생성한 다음 PCB 풋프린트 또는 랜드 패턴에 연결합니다. 풋프린트는 PCB 설계자가 생성하며 각 구성 요소의 물리적 치수, 핀 위치를 정의하고 SMT인지 스루홀인지 정의합니다.
• 구성 요소 배치
PCB 설계는 2차원 회로도를 가져와 3차원 렌더링을 생성하는 것입니다. 회로도가 완료되고 보드 크기 및 모양, 제약 조건 및 드릴 정보와 같은 기계적 사양이 설정되면 구성 요소 배치가 PCB 설계 프로세스의 첫 번째 단계입니다. PCB 풋프린트는 설계에 배치되기 전에 필요한 모든 정보를 입력해야 합니다. 관련 정보를 모두 정의해야 합니다.
구성 요소 배치에 대해 자세히 알아보기 전에 구성 요소를 대략적으로, 종종 관련 그룹으로 배치하여 구성 요소가 어디에 위치할지, 보드에 모두 맞을지 여부를 파악하는 것이 중요합니다. 서로 다른 구성 요소가 어떻게 통신할지, 신호가 유지해야 하는 속도를 고려하는 것이 필수적입니다. 대략적인 배치 연습은 스택업에 필요한 레이어 수를 결정하는 데도 도움이 될 수 있습니다. 다음은 중요 라우팅입니다. 즉, PCB 설계자가 나중에 이동하지 않을 매우 엄격한 제약 조건이 있는 트레이스를 의미합니다. 중요 라우팅이 고정되면 보다 일반적인 배치가 수행됩니다. 최종 배치는 라우팅이 시작된 후 배치 변경으로 인해 작업을 찢고 다시 해야 할 수 있으므로 철저히 검토해야 합니다.
• 라우팅
라우팅은 회로도에 따라 트레이스로 구성 요소를 연결하는 것입니다. 많은 제약 조건과 요구 사항이 있는 복잡한 설계의 경우 일부 소프트웨어 도구를 사용하면 설계자가 일련의 설계 규칙을 입력할 수 있습니다. 규칙이 위반되면 설계 규칙 검사 중에 플래그가 지정됩니다. 그런 다음 회로도에서 넷리스트(텍스트 기반 파일)가 생성됩니다. 넷리스트에는 참조 지정자 및 핀 번호와 같은 정보가 포함되어 있습니다. 또한 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결해야 하는지도 표시합니다.
라우팅의 첫 번째 단계는 중요 라우팅을 배치하는 것입니다. 이는 신호가 특정 속도로 이동해야 하거나, 필요한 시간 제약 내에서 연결을 수행해야 하거나, 차동 쌍인 라우팅입니다. 이것들은 완료되면 고정됩니다. 중요 라우팅은 먼저 완료되며, 트레이스의 크기와 길이가 중요합니다. 나머지 라우팅은 일반적으로 난이도 또는 복잡성 순서로 배치됩니다. 이러한 트레이스는 다양한 유형의 비아를 통해 레이어를 위아래로 이동하는 경우가 많습니다. PCB 설계자는 최종 상세 검토를 수행해야 하며 모든 DRC 위반 사항은 수정되거나 삭제됩니다.
• 제조 출력
PCB 설계 프로세스가 완료되고 승인되면 제조 데이터가 생성됩니다. Gerber 파일은 다른 레이어를 표시하는 데 사용되는 이미지이며 제작을 위해 사진 플로터와 함께 사용됩니다. 제작에 필요한 다른 파일은 실크 스크린, 솔더 마스크, NC 드릴 및 라우팅입니다.
조립의 경우 프로세스에 관련된 다양한 기계를 프로그래밍하는 데 완전히 다른 일련의 파일이 사용됩니다. 여기에는 구성 요소를 소싱하고 구매할 수 있도록 하는 자재 명세서(BOM), 픽앤플레이스 기계를 프로그래밍하는 데 사용되는 픽앤플레이스 파일, 기능 테스트 및 검사를 위한 넷리스트가 포함됩니다.
