초보자를 위한 PCB 설계: 첫 번째 보드 제작을 위한 단계별 가이드

초보자가 보내는 첫 번째 보드는 일반적으로 패드에서 0.5mm 떨어진 커넥터 설치 공간, 부하가 걸릴 때 뜨거워지는 전력 트레이스, 작업을 시작하기 전에 제작사가 이메일로 보내야 하는 Gerber 패키지 등 세 가지 문제 중 하나를 안고 돌아옵니다. 그 중 어느 것도 회로 오류가 아닙니다. 이는 회로도가 화면에서 이미 작업된 후에 이루어진 레이아웃 및 핸드오프 결정입니다.

첫 번째 설계의 경우 신뢰할 수 있는 경로가 좁습니다. 보드를 단면 또는 2층으로 유지하고, 단일 트레이스를 라우팅하기 전에 모든 커넥터와 장착 구멍을 배치하고, 눈으로 보는 대신 현재 테이블에서 전력 트레이스의 크기를 결정하고, 제작자가 실제로 생산할 수 있는 것과 일치하는 설계 규칙 검사로 마무리합니다. 아래 섹션에서는 각 단계가 존재하는 이유와 이를 건너뛸 때 발생하는 비용에 대해 설명합니다.

확인할 수 있는 회로도와 발자국으로 시작하세요

회로도는 "실제" 설계 작업이 시작되기 전에 완료하는 서류 작업이 아닙니다. 레이아웃, BOM, 조립 도면을 구동하는 것은 넷리스트이며, 여기에 남아 있는 모든 불일치는 나중에 잘라야 하는 구리 흔적이 됩니다.

레이아웃 대신 도서관에서 추가 시간을 보내십시오. 공개 리포지토리와 배포자 사이트는 다른 사용자가 그린 발자국으로 가득 차 있으며, 0.2mm의 너무 좁은 패드는 화면에서 여전히 설득력 있게 보이지만 손으로 ​​납땜하는 것은 거의 불가능합니다.

• 직접 그리는 대신 구성요소 데이터시트에서 권장 랜드 패턴을 복사하세요.
• 핀 1의 방향을 확인하고 부품이 바닥면에 안착되었을 때 대칭이 맞는지 확인합니다.
• 각 발자국 안뜰이 이웃과 겹치지 않는지 확인하십시오.
• 두 가지를 모두 레이아웃으로 가져오기 전에 발자국의 패드 수를 기호와 일치시킵니다.

여전히 전체 흐름에 대한 정신적 모델을 구축하고 있다면 주말을 레이아웃 도구에 투입하기 전에 PCB 설계 기본 사항, 스택업 선택 및 문제 해결 팁에 대한 연습을 읽어 볼 가치가 있습니다.

일반적으로 단면 또는 2층 보드로 충분합니다.

첫 번째 프로젝트의 경우 하나 또는 두 개의 레이어가 거의 항상 회로를 운반하며, 단순한 보드는 제작 비용이 더 저렴하고, 도착 시간이 더 빠르며, 문제가 발생했을 때 재작업하기가 훨씬 쉽습니다.

단면 보드는 모든 트레이스를 구리 하단에 배치하고 모든 부품을 상단에 배치합니다. 걱정할 도금된 비아가 없으며, 하나의 트레이스가 다른 트레이스와 교차해야 하는 경우 재설계 대신 와이어 링크로 문제를 해결합니다. 그렇기 때문에 타이머, 센서 브레이크아웃, 단일 트랜지스터 드라이버 등 많은 첫 번째 프로젝트가 단면적으로 유지됩니다.

표면 마감은 초보자가 기대하는 것보다 더 중요합니다. 유기 납땜성 방부제인 OSP는 납땜이 잘 되는 편평한 구리를 남기고 합리적인 보관 수명을 유지하며 금 도금보다 비용이 저렴합니다. 단면 OSP 보드는 서투른 납땜 인두가 손상될 수 있는 부분이 거의 없기 때문에 합리적인 첫 번째 주문입니다.

단면 OSP PCB 보드 단면 OSP PCB는 환경 친화적이고 무독성인 OSP(유기 납땜성 필름) 표면 처리를 사용합니다. 그들은 매우 평평한 패드, 마키 패드를 제공합니다... 제품보기 →

두 개의 레이어는 한 면에 연속적인 접지면을 제공하며, 이는 매우 적은 비용으로 최대의 노이즈 및 신호 품질 향상을 제공합니다. 설계에 스위칭 조정기, SPI 버스 또는 크리스털이 포함되어 있는 경우 두 레이어부터 시작하십시오.

라우팅이나 소음으로 인해 요구되는 경우 4계층으로 이동

신호 밀도나 클럭 속도가 높아지면 4개 레이어는 더 이상 사치가 아닙니다. 초보자에게 친숙한 표준 배열은 신호, 접지, 전력, 신호입니다. 모든 트레이스는 바로 아래에 연속적인 참조 평면을 가지므로 2레이어 레이아웃을 괴롭히는 대부분의 복귀 경로 추측이 제거됩니다.

2개 레이어에서 4개 레이어로의 단계는 실제적이지만 일반적으로 사람들이 두려워하는 것보다 작으며 레이아웃 시간이 훨씬 적은 조용한 보드를 구입합니다. 녹색 솔더 마스크와 OSP 마감 처리된 표준 4층 빌드는 많은 최초의 진지한 디자인이 끝나는 곳입니다.

4개의 층 녹색 OSP PCB 4층 double-sided green OSP boards, using high-Tg FR-4 substrate and environmentally friendly OSP (organic soldering flux) surface treatment process, the green s... 제품보기 →

라우팅하기 전에 구성요소 배치

배치는 라우팅 난이도의 대부분을 결정합니다. 초보자는 부품을 대략적으로 배치하고 라우팅을 시작한 후에야 커넥터가 움직여야 한다는 사실을 발견하는 경우가 많습니다.

1. 커넥터, 스위치, LED 및 장착 구멍을 먼저 배치하세요. 인클로저가 위치를 결정하기 때문입니다.
2. 다음으로 기계적 제약이 있는 부품(수정, 안테나, 방열판, 금지 영역이 있는 모든 부품)을 추가합니다.
3. 공간이 허락한다면 각 디커플링 커패시터를 역할을 하는 전원 핀에 최대한 가깝게 배치합니다.
4. 나머지 구성요소 사이의 연결이 짧게 유지되도록 배열한 다음 라우팅을 시작합니다.

제작자가 달리 명시하지 않는 한 보드 외곽선에서 구리를 최소 0.3mm 이상 유지하고 V 점수 또는 라우팅된 가장자리가 조립 후 재료를 제거한다는 점을 기억하십시오. 높은 부품 아래에 테스트 포인트를 묻지 말고, 측정해야 할 모든 것 주위에 프로빙 공간을 남겨 두십시오. 직접 측정하게 됩니다.

크기는 습관이 아닌 현재의 흔적입니다.

트레이스 폭은 무엇보다도 먼저 열적 결정입니다. 전류에 비해 너무 좁은 트레이스는 가열되고 전류 자체가 아닌 온도 상승으로 인해 결국 라미네이트나 솔더 접합이 손상됩니다.

IPC-2221 곡선은 거의 모든 온라인 추적 너비 계산기 뒤에 있으며 패턴은 간단합니다. 너비가 현재보다 빠르게 증가합니다. 동일한 구리 두께에서 1A에서 2A로 이동하면 필요한 너비에 2가 아닌 대략 2.6이 곱해집니다. 내부 레이어 트레이스는 라미네이트가 열을 가두기 때문에 더 뜨거워지므로 내부 트레이스는 외부 레이어 폭의 약 2.6배가 필요합니다.

해당 수치는 온도에 대한 최소값으로만 처리하십시오. 전압 강하, 제어된 임피던스 및 퓨즈 전류 모두 푸시 폭이 더 높습니다.

디자인이 실제로 최신 정보를 전달하는 경우 세부 사항을 구매하는 것이 아니라 구리 무게와 표면 마감이 레이아웃 결정이 됩니다. 2온스의 구리는 테이블의 모든 너비를 대략 절반으로 줄이며, 전력 및 자동차 전자 장치용으로 제작된 양면 무연 보드에 사용되는 것과 같은 무연 납땜 마감은 프로세스와 납땜할 표면을 모두 변경하므로 조기에 지정할 가치가 있습니다.

전력 및 자동차 전자 장치용 양면 녹색 무연 납땜 PCB 양면 녹색 무연 주석 도금 보드. 주석 코팅으로 형성된 두꺼운 금속 장벽은 탁월한 방열 성능과 열 처리 능력을 갖추고 있습니다. 제품보기 →

기하학도 중요합니다. 90도가 아닌 45도로 라우팅하고, 고전류 루프를 물리적으로 작게 유지하고, 스택업이 허용하는 곳이면 어디든 깨지지 않는 지면에서 신호 트레이스를 실행합니다.

Fabricator의 실제 한계에 맞서 DRC를 실행하세요.

설계 규칙 확인은 최종 목적으로 남겨둔 형식이 아닙니다. 시작하기 전에 제작업체의 게시된 기능에서 규칙을 설정한 다음 배치 후, 라우팅 후에 다시 검사를 실행하십시오.

다층 공장에서는 3/3mil의 라인 폭과 간격을 유지할 수 있습니다. 해당 형상의 6층 금도금 보드는 많은 공장에서 일상적인 생산입니다. 그러나 6/6mil로 설계하면 느린 첫 번째 보드의 성능이 저하되고 에칭 변형 및 저렴한 견적에 대한 여유가 남습니다.

내보내기 전에 다음 확인 사항을 지우십시오.

• 연결되지 않은 단일 패드 네트. 이는 일반적으로 회로도 기호가 배선되지 않았음을 의미합니다.
• 트레이스, 패드 및 구리 타설 사이의 클리어런스 위반.
• 솔더 페이스트를 방해하는 노출된 패드 위에 실크스크린이 인쇄되었습니다.
• 제작자의 최소값보다 작은 환형 링과 드릴 크기.
• 겹치거나 중복된 패드는 발자국을 편집할 때 종종 남겨집니다.

그런 다음 Gerber를 RS-274X 형식, 레이어당 하나의 파일, 일치하는 단위의 NC 드릴 파일, 레이어 수, 보드 두께, 구리 무게, 표면 마감 및 모든 임피던스 요구 사항을 나열하는 짧은 텍스트 메모로 내보냅니다. 제작자가 묻는 모든 질문은 견적에 하루를 추가합니다.

무엇을 보낼지, 무엇을 돌아올지

파일이 정확하면 제작이 빠릅니다. 간단한 보드의 표준 리드 타임은 다음과 같습니다.

• 단면 및 양면 대량 배치: 6~7일
• 4~8겹: 9~20일
• 10~16겹: 20~25일
• 16~32겹: 25~45일
• HDI 보드: 25일 이내
• 양면 프로토타입: 최대 24시간

가격은 크기, 레이어 수, 구리 무게, 마감, 수량 및 공차를 얼마나 세게 적용하는지에 따라 결정됩니다. 인증은 공장이 어떤 시장에 서비스를 제공할 수 있는지 보여줍니다. ISO 9001, ISO 14001 및 ISO 45001은 일반적인 품질, 환경 및 안전 관리를 다루는 반면, IATF 16949는 보드가 차량에 사용될 때 중요하고 UL은 완제품이 북미에서 판매될 때 중요합니다. Gerber를 잠그기 전에 잠재 공급업체의 서비스 페이지를 읽으면 매일 실행되는 공차 및 마감이 무엇인지 알 수 있으며 이는 기능 표에 인쇄된 최소값보다 더 유용합니다.

이 기사에서 시퀀스 하나를 빼면 다음과 같이 만드세요.

1. 회로도를 그리고 데이터시트와 비교하여 모든 설치 공간을 확인합니다.
2. 신호를 전달하는 가장 낮은 레이어 수를 선택하고 두 레이어로 이동하자마자 접지면을 추가하십시오.
3. 무엇이든 라우팅하기 전에 커넥터, 장착 구멍 및 디커플링 커패시터를 배치하십시오.
4. 전류 테이블에서 전력 트레이스의 크기를 조정하고 전류 루프를 짧게 유지하세요.
5. DRC를 실행하고 RS-274X Gerber를 NC 드릴 파일로 내보낸 다음 작성된 스택업 메모와 함께 패키지를 보냅니다.

그런 다음 소량의 프로토타입을 주문하고 천천히 전원을 켜고 무엇을 바꿀지 적어보세요. 두 번째 보드는 항상 첫 번째 보드보다 낫습니다. PCB 설계를 배우는 가장 빠른 방법은 하나를 완성하는 것입니다.