전문가가 밝히는 고성능 PCB의 비밀

고성능 PCB를 구축하는 것은 보드에 더 빠른 구성요소를 배치하는 것만이 아닙니다. 나는 열악한 전력 공급, 약한 열 계획, 긴 신호 경로 또는 깔끔해 보이지만 고속 작동을 지원하지 않는 레이아웃으로 인해 설계가 실패하는 것을 보았습니다. 신뢰할 수 있는 PCB는 회로 설계, 레이어 스택업, 전원 시스템 및 최종 제품 환경 간의 명확한 연결에서 시작됩니다. 이러한 영역을 함께 계획하면 재작업을 줄이고 테스트를 더욱 예측 가능하게 만들 수 있습니다. ### 전기 목표부터 시작 PCB 레이아웃 도구를 열기 전에 주요 설계 목표를 기록합니다. - DDR, USB, PCIe, 이더넷 또는 기타 인터페이스의 데이터 속도 - 각 전력 레일의 최대 전류 - 허용되는 전압 리플 - 작동 온도 범위 - 보드 크기 및 커넥터 위치 - 필수 임피던스 값 - 인클로저의 기계적 한계 - 예상 생산량 이 목록은 레이아웃 팀에게 실용적인 설계 가이드를 제공합니다. PCIe Gen4 신호가 있는 보드는 저속 컨트롤러 보드와 라우팅 요구 사항이 다릅니다. 소형 산업용 장치에는 자연적인 공기 흐름이 있는 대형 보드보다 더 강력한 열 계획이 필요할 수도 있습니다. 나는 구성 요소를 배치하기 전에 이러한 점을 정의하는 것을 선호합니다. 구리, 비아, 부품이 이미 배열된 후보다 종이에 문제를 해결하는 것이 더 쉽습니다. ### 레이어 스택업을 조기에 선택하십시오. 레이어 스택업은 신호 품질, 전력 무결성, 열 성능 및 제조 비용에 영향을 미칩니다. 고속 설계의 경우 일반적으로 다음을 원합니다. - 고속 신호 레이어 근처의 연속 기준면 - 신호 레이어와 기준 레이어 사이의 짧은 거리 - 전용 전원 및 접지 구조 - 전류 전달 경로를 위한 충분한 구리 - 제어된 임피던스 라우팅을 위한 실용적인 배열 일부 중간 속도 제품에는 4레이어 보드가 작동할 수 있습니다. 고속 설계에는 라우팅 영역을 분리하고 더 나은 참조 평면을 유지하기 위해 6개 이상의 레이어가 필요할 수 있습니다. 올바른 숫자는 인터페이스, 보드 크기, 현재 수준 및 제조 제한에 따라 다릅니다. 라우팅이 시작되기 전에 PCB 제조업체에 스택업을 검토하도록 요청합니다. 제작자는 필요한 임피던스에 대해 특정 유전체 두께, 구리 무게 또는 트레이스 폭을 권장할 수 있습니다. 이 단계는 가정된 누적을 사용하여 설계하고 공장에서 다른 재료를 사용한다는 사실을 발견하는 일반적인 문제를 방지하는 데 도움이 됩니다. ### 기능별 구성 요소 배치 구성 요소를 외형만 정렬하지 않고 신호 흐름과 전력 흐름에 따라 배치합니다. 일반적인 순서는 다음과 같습니다. 1. 커넥터 및 외부 인터페이스 2. 보호 장치 3. 전원 입력 및 변환 단계 4. 메인 프로세서 또는 컨트롤러 5. 메모리 장치 6. 클록 소스 7. 아날로그 섹션 8. 로컬 지원 회로 고속 메모리는 프로세서에 가까이 있어야 합니다. 스위칭 조정기는 입력 커패시터, 인덕터 및 출력 커패시터를 의도된 전류 경로에 가깝게 유지해야 합니다. USB 또는 이더넷 신호를 전달하는 커넥터는 불필요한 우회 없이 관련 보호 및 인터페이스 구성 요소에 연결되어야 합니다. 소형 컴퓨팅 보드에서 DDR 메모리를 프로세서 보드 전체에 배치하면 길고 고르지 않은 경로가 생성될 수 있습니다. 메모리를 더 가깝게 이동하면 라우팅 팀이 길이 일치 및 참조 평면을 더 잘 제어할 수 있는 경우가 많습니다. 또한 민감한 아날로그 회로에서 잡음이 많은 전력 변환 영역을 분리합니다. 이러한 물리적 분리가 양호한 접지를 대체하지는 않지만 원치 않는 결합을 줄일 수 있습니다. ### 고속 신호 경로 제어 고속 신호는 트레이스 길이뿐만 아니라 전체 경로에 반응합니다. 기준면, 비아, 커넥터, 구부러진 부분, 복귀 경로 및 인근 구리가 모두 성능에 영향을 미칩니다. 라우팅 검사에는 다음이 포함됩니다. - 제어된 임피던스 - 짧고 직접적인 트레이스 - 일관된 기준 평면 - 트레이스 폭의 작은 변화 - 제한된 비아 전환 - 민감한 신호 사이의 적절한 간격 - 인터페이스가 요구하는 길이 일치 - 명확한 반환 경로 비아를 통해 레이어를 변경하는 신호에는 고주파 전류에 대한 반환 경로가 필요합니다. 기준 평면이 변경되고 근처에 적절한 접지 경유가 없는 경우 반환 전류의 경로가 더 길어질 수 있습니다. 이는 노이즈를 증가시키고 신호 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 나는 접지면이나 전력면의 틈새를 가로질러 고속 쌍을 라우팅하는 것을 피합니다. 시각적으로 짧은 경로는 복귀 경로가 중단되면 여전히 제대로 작동하지 않을 수 있습니다. 차동 쌍의 경우 의도한 간격을 유지하고 불필요한 구부러짐을 확인합니다. 길이 일치가 중요하지만 이것이 유일한 목표로 간주되어서는 안 됩니다. 기준 연속성이 좋지 않은 잘 일치하는 쌍은 여전히 ​​문제를 일으킬 수 있습니다. ### 안정적인 전력 공급 네트워크 구축 PCB 고장의 대부분은 전력 시스템에서 시작됩니다. 프로세서는 기본 테스트 중에 부팅되고 부하가 변경되면 실패할 수 있습니다. 무선 주기가 시작되면 무선 모듈이 재설정될 수 있습니다. 모터 드라이버는 소음을 제어 섹션으로 다시 보낼 수 있습니다. 나는 다음과 같은 질문으로 각 전력 레일을 검토합니다. - 정상 전류와 피크 전류는 무엇입니까? - 부하가 얼마나 빨리 변할 수 있나요? - 디커플링 커패시터는 어디에 배치해야 합니까? - 레귤레이터의 열 면적이 충분한가? - 전원 및 접지 경로가 충분히 넓은가요? - 비행기가 큰 전압 강하를 일으키지 않고 전류를 전달할 수 있습니까? - 민감한 레일이 잡음이 많은 스위칭 노드와 분리되어 있습니까? 디커플링 커패시터는 접지에 대한 짧은 연결을 통해 관련 전원 핀에 가까워야 합니다. 몇 센티미터 떨어진 곳에 배치된 커패시터는 장치 옆에 배치된 커패시터와 동일한 고주파수 지원을 제공하지 못할 수 있습니다. 조정기의 스위칭 노드는 컴팩트하게 유지되어야 합니다. 나는 시계, 아날로그 입력, 안테나 및 고임피던스 트레이스로부터 멀리 두었습니다. 정확한 레이아웃은 레귤레이터 데이터 시트에 따라 달라지므로 전체 설계를 확인하지 않고 복사하기보다는 제조업체의 참조 레이아웃을 시작점으로 사용합니다. ### 라우팅하기 전에 열 성능을 계획하십시오. 고성능 PCB는 프로세서, 조정기, 메모리, 전력 트랜지스터, LED 및 커넥터를 통해 열을 생성할 수 있습니다. 열은 신뢰성에 영향을 미치고 시스템 성능을 저하시킬 수 있습니다. 배치하는 동안 주요 열원을 표시합니다. 그런 다음 다음 사항을 확인합니다. - 뜨거운 구성 요소 아래와 주변의 구리 영역 - 노출된 패드 아래의 열 비아 - 공기 흐름 방향 - 방열판 공간 - 온도에 민감한 부품과의 거리 - 인클로저의 온도 한계 예를 들어 소형 컴퓨터 보드는 열린 작업대에서 올바르게 작동할 수 있으며 밀봉된 케이스 내부에서는 프로세서 속도가 감소할 수 있습니다. PCB 레이아웃은 변경되지 않았지만 공기 흐름은 변경되었습니다. 이것이 제가 보드를 인클로저 및 장착 위치와 함께 검토하는 이유입니다. 열 비아는 열을 내부 또는 하단 구리층으로 이동할 수 있습니다. 크기, 피치 및 제조 제한은 특히 미세 피치 패드 내부에 배치되는 경우 PCB 공급업체를 통해 확인해야 합니다. ### 외부 연결 보호 외부 포트는 보드를 정전기 방전, 케이블 소음 및 우발적인 연결 이벤트에 노출시킵니다. 원치 않는 에너지가 보호 구조로 전달되는 경로가 짧아지도록 보호 장치를 커넥터 가까이에 배치합니다. 보호 부품도 신호 요구 사항에 맞아야 합니다. 저속 입력에 적합한 장치는 고속 인터페이스에 너무 많은 정전 용량을 추가할 수 있습니다. 작동 전압, 클램핑 동작, 정전 용량 및 패키지 레이아웃 지침에 대해서는 데이터 시트를 확인합니다. 전원 진입점에는 다음이 필요할 수 있습니다. - 퓨즈 또는 재설정 가능 보호 - 역극성 보호 - 서지 보호 - 필터링 - 돌입 전류 제어 올바른 선택은 제품과 해당 전원에 따라 다릅니다. 저는 배터리 제품, USB 전원 장치 및 산업용 컨트롤러에 대해 서로 다른 조건을 검토하지 않고 동일한 보호 네트워크를 사용하지 않습니다. ### 생산과 일치하는 디자인 규칙을 사용하십시오. 레이아웃은 소프트웨어 검사를 통과하더라도 여전히 제조가 ​​어려울 수 있습니다. 저는 선택한 PCB 프로세스를 기반으로 설계 규칙을 설정했습니다. - 최소 트레이스 너비 및 간격 - 비아 직경 및 드릴 크기 - 구리-가장자리 여유 공간 - 환형 링 제한 - 솔더 마스크 간격 - 부품 안뜰 규칙 - 어셈블리 여유 공간 - 테스트 포인트 액세스 또한 어셈블러가 선택한 부품을 배치하고 검사할 수 있는지 여부도 확인합니다. 매우 작은 패키지로 보드 공간을 절약할 수 있지만 조립 및 수리 필요성이 늘어납니다. 최선의 선택은 전기 성능, 가용성, 조립 제한 및 서비스 계획의 균형을 유지합니다. ### 파일을 보내기 전 유효성 검사를 진행합니다. 릴리즈 전 PCB를 여러 각도에서 검토합니다. 전기 검토에서는 임피던스, 전원 경로, 복귀 경로, 여유 공간 및 네트 연결을 확인합니다. 기계적 검토에서는 구멍, 커넥터 위치, 인클로저 접촉, 구성 요소 높이 및 장착 지점을 확인합니다. 제조 검토에서는 드릴 파일, 솔더 마스크, 구리 밸런스, 패널 요구 사항 및 조립 데이터를 확인합니다. 저는 다음과 같은 도구를 사용합니다. - 전기 규칙 검사 - 설계 규칙 검사 - 길이 및 임피던스 보고서 - 전력 무결성 분석 - 신호 무결성 시뮬레이션 - 열 검토 - 3D 인클로저 검사 - Gerber 및 드릴 파일 검사 프로토타입에는 유용한 테스트 지점이 포함되어야 합니다. 주요 전력 레일, 재설정 신호, 시계, 통신 버스 및 주요 아날로그 노드에 액세스하고 싶습니다. 측정할 수 없는 보드는 회로도가 정확하더라도 디버그하기가 더 어려워집니다. 또한 최대 프로세서 로드, 최대 데이터 트래픽, 예상 입력 전압, 인클로저 온도, 케이블 연결 등 현실적인 조건에서 제품을 테스트합니다. 기본 시동 테스트만으로는 전력 소음이나 열 한계를 알 수 없습니다. 고성능 PCB 설계는 각 결정이 다음 결정을 지원할 때 가장 잘 작동합니다. 스택업은 임피던스를 안내합니다. 배치는 신호 및 전원 흐름을 보호합니다. 라우팅은 참조 경로를 유지합니다. 열 계획은 안정적인 작동을 지원합니다. 생산 규칙은 레이아웃을 일관된 결과를 얻을 수 있는 보드로 전환합니다. 이러한 영역을 하나의 연결된 시스템으로 취급하면 피할 수 있는 레이아웃 문제를 해결하는 데 드는 시간을 줄이고 제품 자체를 개선하는 데 더 많은 시간을 할애할 수 있습니다.

PCB는 화면에서 올바르게 보일 수 있지만 테스트 중에는 여전히 실패할 수 있습니다. 느린 신호 에지, 원치 않는 소음, 열 축적, 약한 납땜 접합, 열악한 생산 파일은 간단한 보드를 긴 문제 해결 프로젝트로 만들 수 있습니다. 저는 PCB 설계 작업을 할 때 안정적인 성능과 프로토타입에서 생산까지의 원활한 경로라는 두 가지 목표에 중점을 둡니다. 속도는 중요하지만 보드가 예상 부하에서 안정적으로 유지되는 경우에만 가능합니다. ## 전기 요구 사항부터 시작합니다. 보드의 작동 조건을 나열하는 것으로 시작합니다. - 공급 전압 및 전류 - 신호 속도 - 작동 온도 - 기계적 크기 - 커넥터 유형 - 예상 생산 수량 - 안전 및 테스트 요구 사항 이 단계는 종이에는 좋아 보이지만 제품에 맞지 않는 설계 선택을 방지하는 데 도움이 됩니다. 저전력 센서 보드는 간단한 2층 스택업으로 잘 작동할 수 있습니다. 고속 통신 보드에는 제어된 임피던스, 더 강력한 접지 구조 및 신중한 트레이스 라우팅이 필요할 수 있습니다. 두 보드를 동일하게 취급하면 피할 수 있는 문제가 발생할 수 있습니다. ## 적절한 레이어 스택업을 사용하십시오. 레이어 수는 신호 품질, 열 흐름, 라우팅 공간 및 생산 비용에 영향을 미칩니다. 2층 PCB는 다양한 제어 보드, LED 제품 및 기본 센서 시스템에 적합합니다. 4레이어 PCB는 다음을 제공할 수 있기 때문에 고속 신호에 대해 더 나은 지원을 제공하는 경우가 많습니다. - 전용 접지면 - 더 짧은 반환 경로 - 더 깔끔한 전력 분배 - 신호 라우팅을 위한 더 많은 공간 스택업을 검토할 때 신호 레이어와 해당 참조 평면 사이의 거리를 확인합니다. 신호 추적은 단독으로 작동하지 않습니다. 반환 전류에도 명확한 경로가 필요합니다. 복귀 경로가 슬롯, 분할 평면 또는 간격으로 인해 끊어지면 회로에서 예상보다 더 많은 잡음이 발생할 수 있습니다. ## 고속 경로를 짧고 직접적으로 유지하십시오. 빠른 신호는 트레이스 길이, 굽은 부분, 비아 및 인근 노이즈 소스에 민감합니다. 신호 타이밍이 빡빡할 때는 긴 경로를 피합니다. 유용한 라우팅 습관은 다음과 같습니다. - 쌍을 이루는 신호를 서로 가깝게 유지 - 필요한 경우 관련 트레이스의 길이 일치 - 날카로운 모서리 방지 - 불필요한 비아 제한 - 시계를 시끄러운 전원 섹션에서 멀리 유지 - 터미네이션 부품을 필요한 장치 근처에 배치 실제 예는 USB 데이터 라인을 사용하는 보드입니다. 쌍의 라우팅이 고르지 않거나 간격이 좋지 않거나 참조 평면이 중단된 경우 보드는 기본 테스트를 통과하고 다른 케이블 또는 호스트와의 연결 끊김을 계속 표시할 수 있습니다. 제작 전에 라우팅 규칙을 검토하면 이러한 유형의 재작업을 줄일 수 있습니다. ## 깨끗한 전력 시스템 구축 많은 PCB 결함은 전력 섹션에서 시작됩니다. 부하가 변경되면 프로세서가 다시 시작되거나, 증폭기에서 소음이 발생하거나, 무선 모듈의 연결이 끊어질 수 있습니다. 전체 전원 경로를 확인합니다. 1. 입력 보호 2. 레귤레이터 선택 3. 전류 수요 4. 디커플링 커패시터 5. 접지 귀환 6. 전원 구성 요소 주변의 열 각 집적 회로는 전원 핀 근처에 적절한 디커플링을 가지고 있어야 합니다. 정확한 커패시터 값은 장치와 공급업체의 권장 사항에 따라 다르므로 다른 프로젝트의 값을 복사하는 대신 데이터시트를 시작점으로 사용합니다. 또한 레귤레이터에는 열이 확산될 수 있는 충분한 공간이 필요합니다. 작은 패키지는 가벼운 부하에서는 작동할 수 있지만 보드가 계속 실행되면 너무 뜨거워질 수 있습니다. 프로토타입 단계의 열 테스트를 통해 설계에 더 큰 패키지, 더 넓은 구리 또는 다른 전력 방식이 필요한지 여부를 확인할 수 있습니다. ## 라우팅 전에 구성 요소 배치 좋은 배치는 라우팅이 시작되기 전에 문제를 해결하는 경우가 많습니다. 기능별로 부품을 그룹화합니다. - 전원 입력 및 보호 - 처리 및 메모리 - 통신 인터페이스 - 아날로그 회로 - 센서 - 커넥터 - 테스트 포인트 빠른 신호를 교환하는 구성 요소를 서로 가깝게 배치합니다. 저는 민감한 아날로그 부품을 스위칭 조정기, 모터, 계전기 및 고전류 경로로부터 멀리 유지합니다. 커넥터 배치도 사용자 경험에 영향을 미칩니다. 보드는 성능이 좋을 수 있지만 커넥터가 인클로저 벽에 너무 가깝거나 잘못된 방향을 향하고 있는 경우 조립이나 서비스가 여전히 어렵습니다. ## 구리 및 레이아웃을 통해 열 제어 열은 부품 수명을 단축시키고 불안정한 작동을 유발할 수 있습니다. 조정기, 전력 트랜지스터, LED, 프로세서 및 기타 활성 부품에서 발생하는 열을 추정합니다. 열 비아는 부품 패드의 열을 내부 또는 하단 구리 영역으로 전달할 수 있습니다. 더 넓은 구리 트레이스는 고전류 경로에 도움이 될 수 있지만 최종 결과는 구리 두께, 공기 흐름, 보드 크기 및 주변 재료에 따라 달라집니다. 예를 들어 모터 제어 PCB는 모터가 몇 분 동안 작동하는 동안 짧은 벤치 테스트 중에 작동할 수 있습니다. 테스트 시간이 길어지면 드라이버와 커넥터 주변의 온도 상승이 드러날 수 있습니다. 지속적인 작동 중에 보드를 측정하면 간단한 전원 켜기 점검보다 작동 상태를 더 잘 볼 수 있습니다. ## 제조를 위한 설계 신뢰성 있는 PCB는 제조 및 조립도 쉬워야 합니다. 나는 다음 사항을 검토합니다. - 최소 트레이스 폭 및 간격 - 드릴 크기 - 구리 두께 - 솔더 마스크 간격 - 부품 간격 - 패드 디자인 - 보드 가장자리 간격 - 실크스크린 배치 - 패널 요구 사항 제조 업체는 표준 및 고급 공정에 대해 서로 다른 제한을 가질 수 있습니다. 레이아웃을 마무리하기 전에 공급업체의 디자인 규칙을 요청합니다. 이렇게 하면 검토를 위해 파일을 보낸 후 많은 기능이 변경되는 것을 방지할 수 있습니다. 부품 배치는 어셈블리 수율에도 영향을 미칩니다. 높은 구성요소 옆에 있는 매우 작은 부품은 검사하거나 배치하기 어려울 수 있습니다. 명확한 참조 표시와 판독 가능한 극성 표시는 조립 및 수리에 도움이 됩니다. ## 테스트 포인트를 조기에 추가하세요. 테스트 포인트는 레이아웃이 거의 완성되면 잊어버리기 쉽습니다. 다음에 대한 액세스 포인트를 추가합니다. - 주 전원 레일 - 접지 - 재설정 - 프로그래밍 신호 - 통신 버스 - 주요 아날로그 신호 테스트 포인트는 프로토타입 테스트 중에 시간을 절약할 수 있습니다. 작은 구성 요소 핀을 프로빙하지 않고도 전압이나 파형을 측정할 수 있습니다. 또한 생산팀이 보드를 확인할 수 있는 실용적인 방법을 제공합니다. 테스트 계획은 설계와 일치해야 합니다. 보드에 펌웨어 프로그래밍, 전류 측정 및 통신 테스트가 필요한 경우 PCB는 각 작업에 대한 명확한 방법을 제공해야 합니다. ## 제작 전 디자인 확인 완전한 검토에는 회로도와 레이아웃 이상의 내용이 포함됩니다. 다음 파일과 데이터를 확인합니다. - 회로도 - PCB 레이아웃 - BOM - 픽 앤 플레이스 파일 - Gerber 또는 제조 파일 - 드릴 파일 - 조립 도면 - 펌웨어 및 프로그래밍 노트 회로도와 레이아웃을 비교하여 연결되지 않은 핀, 반전된 부품, 잘못된 설치 공간 및 누락된 전원 경로를 파악합니다. 인클로저 공간이 제한적일 때는 3D 모델을 검토하기도 합니다. 전기 규칙 검사와 설계 규칙 검사는 많은 문제를 발견할 수 있지만 사람의 검토를 대체하지는 않습니다. 도구는 잘못된 커넥터 위치나 어색한 수리 경로를 놓치면서 두 트레이스가 충분히 멀리 떨어져 있는지 확인할 수 있습니다. ## 정상적인 조건에서 프로토타입 테스트 프로토타입은 실제 사용을 반영한 조건에서 테스트되어야 합니다. 나는 다음을 측정합니다. - 시작 동작 - 전류 소모 - 신호 품질 - 온도 - 통신 안정성 - 기계적 적합성 - 장기간 작동 또한 제품이 이러한 조건에 직면할 수 있을 때 다양한 부하, 케이블, 전원 및 작동 상태를 테스트합니다. 인클로저 없이 실온에서 작동하는 보드는 케이스를 닫은 후에 다르게 동작할 수 있습니다. 열, 케이블 배치, 진동 및 주변 전자 장치로 인해 결과가 달라질 수 있습니다. ## 나의 실제적인 견해 더 빠른 PCB 성능은 하나의 레이아웃 트릭에서 나오는 것이 아닙니다. 이는 적절한 레이어 구조, 짧은 신호 경로, 제어된 전력 공급, 합리적인 구성 요소 배치, 열 계획 및 신중한 테스트 등 여러 가지 연결된 결정에서 비롯됩니다. 신뢰성은 첫 번째 보드가 생산되기 전부터 시작됩니다. 명확한 설계 규칙과 완전한 제조 파일은 설계자, 제작자 및 조립 팀 간의 혼란을 줄여줍니다. 지연이나 반복적인 실패로 인해 어려움을 겪고 있는 PCB 프로젝트를 볼 때 저는 일반적으로 하나의 고립된 추적보다는 프로세스를 살펴봅니다. 작은 배치 선택이 신호 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 테스트 포인트가 누락되면 진단 속도가 느려질 수 있습니다. 저비용 스택업은 훨씬 나중에 나타나는 라우팅 제한을 만들 수 있습니다. 명확한 요구 사항, 신중한 레이아웃 및 테스트 증거를 통해 더 빠르고 안정적인 PCB가 구축됩니다. 이러한 접근 방식을 통해 보드는 프로토타입부터 생산까지 예상대로 성능을 발휘할 수 있는 더 나은 기회를 얻을 수 있습니다.

부품을 촘촘하게 배치하고 트레이스를 최대한 짧게 배선하면 고성능 PCB가 만들어지지 않습니다. 나는 다른 질문으로 시작합니다. 이 보드가 동시에 충족해야 하는 전기, 열, 기계 및 제조 제한은 무엇입니까? 빠른 프로세서, 고속 메모리 또는 10Gbps 이더넷 인터페이스는 취약한 설계 선택을 빠르게 노출시킬 수 있습니다. 보드는 기본적인 전원 켜기 테스트를 통과했지만 여전히 데이터 오류, 불안정한 전압 레일, 뜨거운 구성 요소 또는 어려운 생산 문제로 어려움을 겪을 수 있습니다. 숙련된 엔지니어는 레이아웃이 시작되기 전에 이러한 위험을 줄입니다. ## 보드의 실제 작동 조건을 정의합니다. PCB 편집기를 열기 전에 주요 요구 사항을 수집합니다. - 신호 속도 및 상승 시간 - 공급 전압 및 전류 - 레이어 수 및 보드 두께 - 커넥터 유형 - 예상 온도 범위 - 기계적 크기 - 조립 방법 - 생산 수량 - 테스트 요구 사항 클럭 주파수만으로는 신호가 얼마나 어려운지 알 수 없습니다. 빠른 에지를 가진 디지털 신호는 클럭 속도가 적당해 보이는 경우에도 고주파 신호처럼 동작할 수 있습니다. 이는 트레이스 길이, 복귀 경로, 임피던스, 비아 및 기준면에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 상승 시간이 매우 짧은 100MHz 프로세서 버스는 신호 에지가 완만한 느린 버스보다 라우팅 문제를 더 많이 일으킬 수 있습니다. 나는 시계 라벨에 의존하는 대신 장치 데이터시트와 인터페이스 사양을 출발점으로 사용합니다. ## 라우팅하기 전에 레이어 스택을 계획합니다. 레이어 스택은 PCB 성능의 많은 부분을 제어합니다. 이는 임피던스, 열 흐름, 전력 공급 및 제조 비용에 영향을 미칩니다. 공통 스택에는 다음이 포함될 수 있습니다. - 상단 신호 레이어 - 접지 평면 - 전원 평면 - 하단 신호 레이어 더 복잡한 보드에는 추가 신호 및 평면 레이어가 필요할 수 있습니다. DDR 메모리, USB 3.x, PCIe 또는 고속 네트워킹을 사용하는 설계에는 간격 및 참조 레이어에 대한 보다 엄격한 제어가 필요한 경우가 많습니다. 중요한 추적을 라우팅하기 전에 제작자에게 현실적인 스택업을 요청합니다. 스택업에는 다음이 포함되어야 합니다. - 유전체 두께 - 구리 두께 - 트레이스 폭 - 트레이스 간격 - 제어된 임피던스 값 - 비아 구조 - 완성된 보드 두께 이 단계는 공장에서 선택한 재료로 구축할 수 없는 목표 임피던스로 트레이스를 라우팅하는 일반적인 실수를 방지합니다. ## 복귀 전류 경로를 보호합니다. 신호는 눈에 보이는 구리 트레이스를 따라서만 이동하지 않습니다. 반환 전류는 사용 가능한 임피던스가 가장 낮은 경로를 따르며, 종종 트레이스 아래의 기준면에 가깝습니다. 고속 트레이스가 분할 평면을 가로지르거나 열악한 참조 영역을 통과하는 경우 반환 전류가 간격을 중심으로 이동해야 할 수 있습니다. 이는 루프 영역을 증가시키고 잡음, 방사 및 신호 왜곡을 생성할 수 있습니다. 가능할 때마다 연속적인 기준 평면을 통해 빠른 신호를 유지합니다. 신호가 레이어를 변경하면 신호 경유 근처에 접지 스티칭 경유를 배치합니다. 이는 반환 전류에 참조 레이어 사이의 더 짧은 경로를 제공합니다. USB 및 PCIe 라우팅에 간단한 예가 나타납니다. 쌍은 길이 목표를 충족할 수 있지만 커넥터 또는 레이어 전환 근처에서 반환 경로가 끊어지면 인터페이스가 여전히 실패할 수 있습니다. ## 차동 쌍을 시스템으로 라우팅합니다. 차동 쌍에는 동일한 트레이스 길이 이상이 필요합니다. 송신기에서 수신기까지의 전체 경로를 확인합니다. - 쌍 간격 - 트레이스 폭 - 참조 평면까지의 거리 - 쌍 내 길이 차이 - 비아 수 - 커넥터 전환 - 잡음이 있는 회로로부터의 거리 굴곡과 레이어 변경을 통해 두 개의 트레이스를 함께 유지합니다. 나는 날카로운 모서리와 급격한 간격 변화를 피합니다. 쌍이 비아를 사용하는 경우 두 트레이스는 유사한 비아 구조를 사용해야 합니다. 길이 일치에도 컨텍스트가 필요합니다. 작은 불일치는 한 인터페이스에서는 허용될 수 있지만 다른 인터페이스에는 적합하지 않을 수 있습니다. 모든 설계에 하나의 규칙을 적용하는 대신 구성 요소 공급업체나 인터페이스 표준의 제한 사항을 사용합니다. ## 시끄럽고 민감한 회로를 분리합니다. 전력 변환기, 모터 드라이버, 수정 발진기, RF 섹션 및 고속 인터페이스는 주변 회로에 영향을 줄 수 있습니다. 배치는 소음 제어의 첫 번째 수준을 제공합니다. 고전류 루프가 컴팩트하게 유지되도록 스위칭 레귤레이터를 배치했습니다. 루프에는 일반적으로 입력 커패시터, 스위칭 장치, 인덕터 및 복귀 경로가 포함됩니다. 이 영역에 길게 연결하면 벨소리와 전자기 잡음이 증가할 수 있습니다. 민감한 아날로그 입력은 인덕터, 스위치 노드 및 고속 디지털 버스에서 멀리 떨어져 있습니다. 접지면이 도움이 될 수 있지만 잘못된 배치를 복구할 수는 없습니다. 나는 배치를 그리기 연습보다는 회로 설계의 일부로 취급합니다. ## 나는 일시적인 수요를 중심으로 전력 시스템을 설계합니다. 프로세서는 시작, 데이터 전송 또는 계산 중에 다른 전류를 소비할 수 있습니다. 전력망은 과도한 전압 이동 없이 응답해야 합니다. 검토 사항: - 최대 부하 전류 - 부하 단계 동작 - 레귤레이터 응답 - 커패시터 유형 및 값 - 커패시터 배치 - 평면 저항 - 평면 인덕턴스 - 열 제한 디커플링 커패시터는 커패시터, 전원 핀 및 접지 리턴 간의 연결이 짧고 넓을 때 가장 잘 작동합니다. 동일한 보드에 배치되었지만 장치에서 멀리 떨어진 커패시터는 예상되는 고주파 지원을 제공하지 못할 수 있습니다. 저는 빠른 전원 핀 가까이에 작은 커패시터를 배치하고 조정기와 보드가 더 넓은 주파수 범위에 걸쳐 에너지 저장이 필요한 곳에는 더 큰 커패시터를 사용합니다. 정확한 값은 측정, 시뮬레이션 및 공급업체 지침을 통해 제공됩니다. ## 열 설계를 레이아웃의 일부로 처리합니다. 구성 요소에 구리 패드가 있으므로 열이 사라지지 않습니다. 프로세서, 조정기, LED, 전력 트랜지스터 및 기타 활성 부품에서 발생하는 열을 추정합니다. 유용한 설계 선택 사항은 다음과 같습니다. - 더 넓은 구리 영역 - 노출된 패드 아래의 열 비아 - 열 확산 평면에 대한 짧은 경로 - 뜨거운 구성 요소 주위의 공간 - 공기 흐름 접근 - 적합한 구성 요소 등급 소형 인클로저는 PCB가 개방형 벤치에서 테스트를 통과한 경우에도 내부 온도를 높일 수 있습니다. 제품에서 허용하는 경우 의도한 하우징 내부의 보드를 테스트합니다. 모터 제어 보드가 실제적인 예입니다. MOSFET은 짧은 테스트 동안 정격 전류를 처리한 다음 반복 가속 중에 훨씬 더 뜨거워질 수 있습니다. 전기 회로도만 검토하면 이 조건을 놓칠 수 있습니다. ## 레이아웃 중에 제조 한계를 확인합니다. 고성능 디자인은 구축 가능해야 합니다. 나는 다음 사항에 대한 제작사의 규칙을 확인합니다. - 최소 트레이스 폭 - 최소 간격 - 드릴 크기 - 환형 링 - 구리 균형 - 솔더 마스크 간격 - 비아 충진 - 표면 마감 - 패널 배열 매우 작은 비아와 좁은 간격은 조밀한 설계를 지원할 수 있지만 비용을 높이거나 생산 수율을 줄일 수 있습니다. 나는 전기적 또는 기계적 요구가 지원되는 경우에만 고급 기능을 사용합니다. 또한 구성 요소 가용성을 검토합니다. 회로는 기술적으로 정확할 수 있지만 핵심 부품의 공급이 제한되면 여전히 지연이 발생할 수 있습니다. 핀 레이아웃, 전기적 동작, 패키지 크기 및 펌웨어 영향에 대해 승인된 대안을 확인해야 합니다. ## 시뮬레이션과 측정을 함께 사용합니다. 시뮬레이션은 제작 전에 위험을 찾는 데 도움이 됩니다. 다음을 지원할 수 있습니다. - 임피던스 검사 - 전력 무결성 분석 - 열 추정 - 신호 아이 다이어그램 - 누화 검토 - 조정기 응답 검사 측정을 통해 제조된 보드가 실제로 수행하는 작업을 확인합니다. 저는 설계상 필요할 때 오실로스코프, 차동 프로브, 전류 프로브 또는 벡터 네트워크 분석기를 사용합니다. 고속 메모리 인터페이스의 경우 시스템 부팅 여부만으로 성공을 판단하지 않습니다. 타이밍 마진, 전압 이동, 링잉, 온도 및 부하 변화에 따른 오류를 찾습니다. 유용한 테스트 계획에는 다음과 같은 명확한 조건이 포함됩니다. 1. 공급 한계가 낮거나 높을 때 보드를 테스트합니다. 2. 일반 및 최대 부하를 적용합니다. 3. 시작 및 종료 중 동작을 확인합니다. 4. 장치 핀 근처의 중요한 레일을 측정합니다. 5. 적절한 트래픽으로 고속 링크를 테스트하십시오. 6. 인클로저 내부의 열적 동작을 검토합니다. 7. 실패를 기록하고 레이아웃 기능과 비교합니다. ## 출시 전에 디자인을 검토합니다. 최종 검토에서는 전기 규칙 확인 이상의 내용을 다룹니다. 나는 다음을 검사합니다: - 고속 경로 - 평면 연속성 - 전력 루프 - 디커플링 배치 - 열 경로 - 커넥터 핀 할당 - 테스트 지점 - 조립 방향 - 기계적 여유 공간 - 생산 노트 나는 프로젝트 후반에 이루어진 작은 변경 사항에 세심한 주의를 기울입니다. 커넥터 이동, 레이어 변경 또는 커패시터 교체는 신호 경로와 전력 동작에 영향을 미칠 수 있습니다. 강력한 PCB 설계는 성능과 비용, 테스트, 조립 및 장기 서비스의 균형을 유지합니다. 짧은 추적은 도움이 되지만 결과의 일부일 뿐입니다. 우수한 레이어 계획, 깨끗한 반환 경로, 안정적인 전력 공급, 열 제어 및 신중한 검증을 통해 첫 번째 프로토타입보다 일관되게 성능을 발휘하는 보드가 만들어집니다.

PCB가 기본 테스트에서는 작동하지만 설치 후 실패하는 경우 레이아웃에 원인이 숨겨져 있는 경우가 많습니다. 소음, 열, 약한 전력 공급, 잘못된 접지, 제조 제한 등은 모두 보드 성능을 저하시킬 수 있습니다. 나는 하나의 개별적인 기능보다는 전체 디자인 경로에 중점을 둡니다. 더 빠른 추적은 약한 전력면을 해결하지 못합니다. 강력한 재료 선택은 잘못된 복귀 경로를 수정하지 않습니다. 신뢰할 수 있는 PCB 성능은 함께 작동하는 여러 설계 결정에서 비롯됩니다. ### 1. 보드의 실제 작동 조건부터 시작합니다. 레이아웃을 변경하기 전에 보드가 어떻게 작동할지 정의합니다. 다음 사항을 검토합니다. - 신호 속도 및 상승 시간 - 작동 전압 및 전류 - 예상 온도 범위 - 기계적 크기 제한 - 커넥터 위치 - EMI 요구 사항 - 생산 수량 - 조립 방법 - 서비스 및 수리 요구 사항 클럭 주기가 짧은 디지털 신호는 에지 속도가 빠를 때 여전히 레이아웃 문제를 일으킬 수 있습니다. 이것이 바로 빈도만으로 위험을 판단하는 것을 피하는 이유입니다. 보드가 어떻게 사용되는지도 확인합니다. 밀봉된 인클로저 내부의 제어 보드는 개방형 하우징에 배치된 소형 센서 보드와 열 요구 사항이 다릅니다. ### 2. 신호 흐름을 지원하는 레이어 스택 구축 레이어 스택은 임피던스, 반환 전류, 열 이동 및 라우팅 공간에 영향을 미칩니다. 고속 설계의 경우 다음과 같은 스택을 고려하는 경우가 많습니다. - 구성 요소 및 중요한 신호를 위한 최상위 레이어 - 최상위 레이어 아래의 접지면 - 내부 전원 평면 - 내부 신호 레이어 - 접지면 - 보조 라우팅을 위한 하단 레이어 솔리드 기준 평면에 가까이 배치된 신호 레이어는 일반적으로 더 제어된 반환 경로를 갖습니다. 트레이스와 평면 사이의 거리도 임피던스에 영향을 미칩니다. 유전체 갭이 넓을수록 동일한 타겟 임피던스에 대해 더 넓은 트레이스가 필요할 수 있습니다. 나는 6단이나 8단 보드를 선택하는 이유가 단지 그것이 더 성능이 좋다는 이유 때문이 아닙니다. 레이어가 많을수록 비용이 추가되고 제조 단계가 추가될 수 있습니다. 레이어 수는 라우팅, 전력 및 신호 요구 사항과 일치해야 합니다. ### 3. 신호에 필요한 제어 임피던스 USB, 이더넷, LVDS, PCIe, HDMI 및 유사한 인터페이스에는 제어된 임피던스가 필요할 수 있습니다. 트레이스 폭만으로는 임피던스가 설정되지 않습니다. 디자인은 또한 다음 사항에 따라 달라집니다. - 구리 두께 - 유전 두께 - 유전 상수 - 트레이스 간격 - 기준면 품질 - 솔더 마스크 효과 중요한 네트를 라우팅하기 전에 PCB 제작자에게 제안된 스택업을 요청합니다. 이는 일반적인 계산기 설정에 의존하는 대신 레이아웃에 실용적인 목표를 제공합니다. 차동 쌍의 경우 쌍 길이, 간격 및 참조 환경을 일관되게 유지합니다. 또한 불필요한 비아와 기하학의 급격한 변화를 피합니다. 반환 경로가 손상된 짧은 쌍은 구조가 깔끔한 긴 쌍보다 더 많은 문제를 일으킬 수 있습니다. ### 4. 복귀 경로 보호 많은 레이아웃 문제는 순방향 추적보다는 복귀 전류로 인해 발생합니다. 고속 신호가 분할 평면을 통과하거나 한 참조 레이어에서 다른 참조 레이어로 이동할 때 해당 신호의 반환 경로는 더 긴 경로를 취하도록 강제될 수 있습니다. 그러면 루프 영역이 늘어나고 더 많은 방사선이 생성될 수 있습니다. 구조에 새로운 복귀 경로가 필요할 때 신호 전환 비아 근처에 접지 비아를 배치합니다. 나는 빠른 인터페이스를 평면 간격, 잡음이 많은 전력 섹션 및 큰 전류 루프로부터 멀리 유지합니다. 유용한 검토 질문은 간단합니다. "이 에지 속도에서 반환 전류는 어디로 흐르나요?" 답변이 명확하지 않은 경우 라우팅에 대한 추가 검토가 필요합니다. ### 5. 전력 공급을 짧고 안정적으로 유지하십시오. PCB는 부하가 없을 때 올바른 전압을 표시할 수 있으며 작동 중에 전압 강하가 발생할 수 있습니다. 전원 입력에서 각 부하까지의 전체 경로를 검토합니다. - 커넥터 - 보호 장치 - 퓨즈 또는 전류 제한기 - 조정기 - 플레인 또는 구리 주입 - 디커플링 커패시터 - 로드 핀 관련 전원 핀 가까이에 고주파 디커플링 커패시터를 배치합니다. 핀에서 커패시터까지 그리고 다시 접지까지의 루프는 짧게 유지되어야 합니다. 벌크 커패시터는 더 느린 부하 변화를 지원할 수 있지만 로컬 고주파 디커플링을 대체하지는 않습니다. 모터 드라이버나 프로세서 보드의 경우 노이즈가 많은 전류 경로를 민감한 아날로그 섹션과 분리합니다. 전력 영역은 공통 접지 전략을 공유할 수 있지만 레이아웃은 큰 스위칭 전류가 민감한 측정 영역을 통과하지 못하도록 방지해야 합니다. ### 6. 더 큰 방열판을 추가하기 전에 열을 줄이세요. 열 문제는 종종 레이아웃에서 시작됩니다. 확인 사항: - 뜨거운 부품 주변의 구리 영역 - 노출된 패드 아래의 열 비아 - 열원 사이의 거리 - 공기 흐름 방향 - 인클로저 제한 사항 - 구리 두께 - 연속 작동 시간 짧은 테스트 부하를 처리하는 레귤레이터는 연속 작동 중에 훨씬 더 뜨거워질 수 있습니다. 데이터시트의 일반적인 조건에만 의존하는 대신 실제 부하에서 온도를 측정합니다. 소형 보드의 경우 열 비아는 구성 요소 패드의 열을 내부 또는 하단 구리 영역으로 이동할 수 있습니다. 결과는 전체 스택업과 인클로저에 따라 달라지므로 PCB와 하우징을 하나의 열 시스템으로 취급합니다. ### 7. 잡음이 많은 회로와 민감한 회로 분리 스위칭 레귤레이터, 모터 드라이버, 계전기, 수정 발진기 및 고전류 커넥터는 잡음을 발생시킬 수 있습니다. ADC 입력, 센서 라인, 오디오 회로 및 기준 전압이 더 민감할 수 있습니다. 특수 필터를 사용하기 전에 배치를 사용하여 거리를 만듭니다. 실용적인 레이아웃은 다음과 같습니다. - 레귤레이터 근처의 전원 입력 - 레귤레이터 IC에 가까운 스위칭 구성 요소 - 보드 가장자리 근처의 모터 또는 릴레이 출력 - 스위칭 노드에서 떨어진 민감한 아날로그 회로 - 관련 인터페이스 회로 근처의 통신 커넥터 대형 스위칭 노드 옆에 민감한 트레이스를 라우팅하는 것을 피합니다. 고전압 전이 시 작은 구리 영역은 강한 전기장 결합을 생성할 수 있으므로 해당 노드를 회로가 허용하는 한 짧고 컴팩트하게 유지합니다. ### 8. 시뮬레이션뿐만 아니라 생산을 위한 설계 보드가 회로도 검토를 통과하더라도 여전히 조립 또는 수율 문제를 일으킬 수 있습니다. 나는 다음 사항을 확인합니다. - 부품 간격 - 솔더 마스크 개구부 - 패드 근처의 비아 위치 - 최소 트레이스 및 공간 - 구리 균형 - 패널화 요구 사항 - 테스트 포인트 액세스 - 재작업 여유 공간 - 부품 가용성 열린 비아가 많은 열 패드는 리플로우 중에 솔더가 부품에서 흘러나오는 것을 허용할 수 있습니다. 비아-인-패드 설계에는 패키지 및 제작업체에 따라 충전 및 캡핑 비아가 필요할 수 있습니다. 또한 선택한 설치 공간이 실제 구성 요소 패키지와 일치하는지 확인합니다. 작은 불일치로 인해 납땜 접합 불량, 수동 재작업 또는 생산 후반의 레이아웃 변경이 발생할 수 있습니다. ### 9. 레이아웃이 완료되기 전에 테스트 포인트를 추가하세요. 보드에 오류가 발생하면 접근 가능한 테스트 포인트를 통해 진단 시간을 줄일 수 있습니다. 다음 항목에 대한 테스트 액세스를 고려합니다. - 주 전원 레일 - 접지 - 재설정 - 시계 - 통신 라인 - 센서 출력 - 프로그래밍 인터페이스 - 주요 조정기 노드 마이크로컨트롤러와 직렬 인터페이스가 있는 보드의 경우 잘 배치된 몇 가지 테스트 포인트를 사용하면 부품을 제거하지 않고도 전원, 재설정 동작, 부팅 신호 및 데이터 활동을 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 각 테스트 포인트가 무엇을 증명해야 하는지 정의합니다. 팀이 합의한 전압 범위, 타이밍 조건 또는 예상 상태가 없으면 신호에 연결된 테스트 패드는 덜 유용합니다. ### 10. 올바른 순서로 검토 도구를 사용하세요. 저는 여러 가지 검사를 사용하지만 각 검사마다 다른 질문에 대한 답이 있습니다. 회로도 검토를 통해 회로 의도를 확인합니다. 레이아웃 검토를 통해 배치 및 라우팅을 확인합니다. 설계 규칙 검사를 통해 간격과 제조상의 충돌을 찾아냅니다. 신호 분석은 임피던스, 타이밍 및 누화를 검사합니다. 전력 무결성 검사에서는 전압 강하 및 잡음을 확인합니다. 열 테스트는 부하가 걸린 상태에서 실제 보드가 어떻게 작동하는지 보여줍니다. 프로토타입 테스트는 계산이 완전히 예측할 수 없는 것을 확인합니다. 시뮬레이션은 결정을 뒷받침할 수 있지만 명확한 스택업, 정확한 모델 또는 물리적 테스트를 대체하지는 않습니다. ### 실제 예 빠른 USB 인터페이스와 스위칭 조정기를 갖춘 4계층 컨트롤러를 생각해 보세요. 프로토타입은 벤치에서 올바르게 계산되지만 조정기가 더 무거운 부하를 전달하면 연결이 끊어질 수 있습니다. USB 쌍의 기준 평면, 조정기의 스위칭 루프, 디커플링 커패시터 배치, 디지털 접지와 전원 반환 사이의 연결을 검사합니다. 또한 더 긴 케이블과 인클로저가 설치된 상태에서 보드를 테스트하겠습니다. 문제는 하나의 실패한 구성 요소가 아닌 여러 개의 작은 레이아웃 선택에서 발생할 수 있습니다. 더 짧은 스위칭 루프, 더 깔끔한 USB 반환 경로, 더 나은 커패시터 배치를 통해 다음 프로토타입을 더 쉽게 평가할 수 있습니다. ### 내가 의지하는 리뷰 습관 나는 색깔 있는 흔적만 보고 PCB를 리뷰하지 않습니다. 나는 현재 경로를 따르고, 열원을 표시하고, 빠른 가장자리를 식별하고, 각 신호가 참조를 찾는 위치를 확인합니다. 레이아웃을 제작자의 스택업과 비교합니다. 나는 조립소에서 선택된 부품을 배치하고 납땜할 수 있음을 확인합니다. 설치 후 예상되는 부하, 온도, 케이블 길이, 인클로저 조건에서 보드를 테스트합니다. 설계 결정이 서로 지원되면 PCB 성능이 향상됩니다. 명확한 요구사항이 스택업을 안내합니다. 스택업은 임피던스와 복귀 경로를 안내합니다. 배치는 소음과 열을 제어합니다. 제조 점검은 생산 문제로부터 설계를 보호합니다. 그런 다음 테스트를 통해 다음 개정에 대한 팀 증거가 제공됩니다. 복잡성을 더한다고 해서 튼튼한 보드가 만들어지는 것은 아닙니다. 이는 레이아웃, 재료, 전원 시스템, 열 계획 및 생산 프로세스를 제품이 실제로 작동하는 방식과 일치시키는 데서 비롯됩니다.

더 나은 성능의 PCB는 레이아웃에 더 많은 기능을 추가한다고 해서 나오는 것이 아닙니다. 제품과 작업환경, 조립 후 나타날 수 있는 문제점을 명확하게 보는 것에서부터 시작됩니다. 나는 PCB 설계를 검토할 때 올바른 연결 이상의 것을 찾습니다. 신호 품질, 열 흐름, 전력 안정성, 제조 제한, 수리 접근 및 보드가 최종 인클로저 내부에서 작동하는 방식을 확인합니다. 보드는 초기 테스트를 통과하더라도 여전히 소음, 핫스팟, 약한 납땜 접합 또는 어려운 생산 작업으로 인해 어려움을 겪을 수 있습니다. 나의 접근 방식은 디자인 목표에서 시작됩니다. 구성 요소를 배치하기 전에 주요 작동 조건을 기록합니다. - 공급 전압 및 전류 범위 - 신호 속도 및 인터페이스 유형 - 예상 온도 범위 - 보드 크기 및 레이어 제한 - 커넥터 위치 - 기계적 고정 지점 - 생산 수량 - 필수 검사 및 수리 액세스 이 단계는 주위의 제품을 무시하고 회로도 주위에 레이아웃을 구축하는 일반적인 문제를 방지하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 소형 모터용 제어 보드는 모터가 시동될 때 전류 스파이크를 처리해야 할 수도 있습니다. 평균 전류에 대한 트레이스 크기만 조정하면 시작 중에 보드에 전압 강하 또는 국지적 발열이 나타날 수 있습니다. 피크 상태를 검토하고, 전원 경로를 주의 깊게 배치하고, 스위칭 부품 근처에 충분한 구리를 허용합니다. 구성 요소 배치는 보드의 나머지 부분을 형성합니다. 나는 회로도에 나타나는 순서가 아닌 기능별로 부품을 배치합니다. 전원 입력, 보호, 변환, 처리, 통신 및 출력 섹션에는 각각 명확한 영역이 필요합니다. 관련 구성요소 간의 짧은 경로는 일반적으로 라우팅을 더 쉽게 만들고 원치 않는 결합을 줄입니다. 민감한 부분은 특별한 주의가 필요합니다. 클록 소스는 그것이 제공하는 장치 가까이에 있어야 합니다. 센서 입력은 레이아웃에서 피할 수 있는 경우 노이즈가 많은 스위칭 노드 옆에서 실행되어서는 안 됩니다. 조정기는 부품 제조업체의 레이아웃 지침에 따라 입력 및 출력 커패시터를 관련 핀에 가깝게 유지해야 합니다. 서비스 경로도 확인합니다. 기술자가 테스트 지점에 도달할 수 있나요? 보드 전체를 제거하지 않고도 커넥터를 분리할 수 있나요? 근처의 플라스틱 부품을 가열하지 않고 뜨거운 부품을 교체할 수 있습니까? 이러한 질문은 첫 번째 생산 배치 이전에 레이아웃 문제를 드러내는 경우가 많습니다. 배전은 자체적으로 검토할 가치가 있습니다. 나는 전원 경로를 별도의 트레이스 모음이 아닌 연결된 시스템으로 취급합니다. 트레이스 폭, 구리 두께, 비아 수, 복귀 경로 및 커넥터 등급을 확인합니다. 전류가 작은 비아나 약한 커넥터 핀을 통과해야 하는 경우 넓은 트레이스가 모든 전력 문제를 해결하지는 못합니다. 그라운드 디자인도 그만큼 중요합니다. 공유 경로가 원치 않는 전압 변화를 일으킬 수 있는 경우 고전류 반환 경로는 낮은 수준의 센서 반환과 좁은 섹션을 공유해서는 안 됩니다. 혼합 신호 보드의 경우 디지털, 아날로그 및 전력 전류가 보드를 통해 이동하는 방식을 정의합니다. 정확한 방법은 회로, 스택업, 주파수 범위에 따라 다릅니다. 열은 전기적 성능을 변화시킬 수 있습니다. 조정기, MOSFET, LED, 프로세서 또는 전력 증폭기가 포함된 보드를 검토할 때 열이 모이는 위치를 추정합니다. 구리 영역, 열 비아, 구성 요소 간격, 공기 흐름 및 인클로저와의 접촉을 살펴봅니다. 소형 LED 드라이버는 주변에 공기가 있는 벤치에서 잘 작동할 수 있습니다. 밀봉된 플라스틱 케이스 안에 있는 동일한 보드는 더 높은 온도에서 작동할 수 있습니다. 더 큰 구리 영역이나 더 나은 열 경로가 도움이 될 수 있지만 결과는 레이아웃만으로 가정하기보다는 테스트를 통해 확인해야 합니다. 고속 신호에는 제어된 경로가 필요합니다. 빠른 인터페이스는 트레이스 길이, 임피던스, 간격, 레이어 변경, 비아 및 반환 전류의 영향을 받을 수 있습니다. 나는 인터페이스 요구 사항과 PCB 제작자의 스택업 데이터를 따릅니다. USB, 이더넷, DDR, LVDS 및 기타 고속 링크에는 특정 라우팅 규칙이 필요할 수 있습니다. 나는 기준 평면의 틈새를 가로질러 민감한 쌍을 라우팅하는 것을 피합니다. 불필요한 굴곡을 제한하고 쌍 관계를 일관되게 유지합니다. 깔끔한 회로도는 라우팅 후 불량한 복귀 경로를 수정할 수 없습니다. 설계 규칙은 공장과 일치해야 합니다. 보드는 화면에서 괜찮아 보일 수 있지만 설계에서 제작자가 잘 지원하지 않는 제한을 사용하는 경우 여전히 생산 문제가 발생할 수 있습니다. 레이아웃 전에 다음 사항을 확인합니다. - 최소 트레이스 및 공간 - 구멍 크기 및 종횡비 - 구리 무게 - 레이어 스택업 - 솔더 마스크 간격 - 부품 간격 - 표면 마감 - 패널 및 툴링 요구 사항 특별한 기능을 적용하기 전에 제작자에게 문의합니다. 패드 크기, 구멍 크기 또는 간격을 조금만 변경하면 프로세스 위험이 줄어들고 검사가 단순화될 수 있습니다. 구성요소 선택도 생산에 영향을 미칩니다. 패키지 가용성, 승인된 대안, 허용 오차, 정격 전압, 온도 정격 및 습기 민감도를 확인합니다. 설치 공간에 맞는 부품이라도 공급 간격이 길거나 실질적인 교체가 불가능할 경우 문제가 발생할 수 있습니다. 하나의 소형 컨트롤러 보드의 경우 키 저항 네트워크에 대해 두 가지 패키지 옵션을 선택하면 회로를 변경하지 않고도 조립이 더 쉬워졌습니다. 레이아웃 팀은 설치 공간 규칙을 명확하게 유지했으며 구매는 공급 변경을 관리할 수 있는 여지가 더 많았습니다. 그 선택은 복잡성을 추가하는 것이 아니라 계획에서 나온 것입니다. 테스트는 레이아웃의 일부여야 합니다. 전원 레일, 재설정 라인, 통신 신호 및 보드 작동을 확인하는 데 도움이 되는 기타 지점에 대한 테스트 지점을 추가합니다. 계획된 프로브 또는 고정 장치가 해당 지점에 도달할 수 있어야 합니다. 커넥터 아래에 숨겨진 테스트 포인트는 생산 중에 많은 가치를 제공하지 않습니다. 또한 기능 테스트와 안전 점검을 분리합니다. 보드는 과도한 전류, 열악한 절연 거리 또는 불안정한 전원 레일을 표시하면서도 올바르게 통신할 수 있습니다. 각 검사에는 명확한 통과 조건이 필요합니다. 디자인 검토는 실제 질문을 사용할 때 더 잘 작동합니다. - 현재가 어디에 집중될 수 있습니까? - 잡음에 가장 민감한 신호는 무엇입니까? - 커넥터를 잘못 삽입하면 어떻게 되나요? - 어느 부분이 가장 뜨거워질까요? - 특별한 손 배선 없이 보드를 테스트할 수 있나요? - 승인된 구성 요소 중 하나를 사용할 수 없으면 어떻게 됩니까? - 제작자가 미세 피치 영역을 검사할 수 있습니까? 나는 실패한 프로토타입을 기다리는 것보다 출시 전에 이러한 질문에 대답하는 것을 선호합니다. 실제 PCB 작업 흐름은 설명하기가 간단합니다. 1. 전기, 기계, 열 및 생산 한계를 정의합니다. 2. 회로를 기능 영역으로 그룹화합니다. 3. 중요한 구성 요소와 커넥터를 배치합니다. 4. 전원 및 접지 경로를 구축합니다. 5. 적절한 규칙에 따라 민감한 고속 신호를 라우팅합니다. 6. 열 흐름과 서비스 접근을 확인하십시오. 7. 설계 규칙, 여유 공간 및 제조 가능성 검사를 실행합니다. 8. 제작업체 및 조립팀과 함께 설계를 검토합니다. 9. 기록된 측정값을 기준으로 첫 번째 보드를 테스트합니다. 10. 테스트 결과를 바탕으로 레이아웃을 업데이트합니다. 가장 유용한 개선 사항은 새로운 구성 요소나 추가 PCB 레이어가 아닐 수도 있습니다. 더 짧은 복귀 경로, 도달 가능한 테스트 지점, 더 나은 열 연결 또는 조립 라인에 더 많은 허용 오차를 제공하는 설치 공간일 수 있습니다. 저는 PCB 성능이 여러 가지 작은 선택이 함께 작용한 결과라고 봅니다. 회로 요구 사항과 제조 한계 및 제품 사용을 연결하면 보드를 구축, 테스트, 수리 및 개선하기가 더 쉬워집니다. 이는 첫 번째 벤치 테스트 이상으로 성능이 뛰어난 PCB를 만드는 실용적인 방법입니다. 귀하의 문의를 환영합니다: mr.xu@lingchaopcb.com/WhatsApp +8613780181891.

Howard Johnson 및 Martin Graham, 2003, 고속 디지털 설계: 흑마법 핸드북 Henry W Ott, 2009, 전자기 호환성 엔지니어링 Eric Bogatin, 2018, 신호 및 전력 무결성 단순화 IPC, 2012, 인쇄 기판 설계의 일반 표준 IPC-2221B IPC, 2009, 인쇄 기판 설계의 전류 운반 용량 결정을 위한 표준 IPC-2152 Texas Instruments, 2018, 신호 무결성 및 전력 무결성을 위한 고속 레이아웃 지침