PCB 부품 레이아웃 원칙
In PCB 레이아웃 설계, 의 경우 구성 요소의 배치가 중요합니다. 보드가 얼마나 깔끔하게 보이는지, 인쇄된 트레이스의 길이와 수에 영향을 미칩니다. 또한 장치의 전반적인 신뢰성에도 영향을 미칩니다. 다음은 PCB 부품 배치에 따라야 하는 몇 가지 기본 규칙입니다.
균일하고 일관된 배포
구성 요소가 보드 전체에 고르게 퍼지도록 배치합니다. 밀도와 간격을 일정하게 유지합니다. 구성 요소가 보드를 완전히 채우지 않도록 합니다. 보드 가장자리 주변에 약간의 공간을 남겨둡니다. 빈 여백의 크기는 보드 면적과 보드가 제품에 고정되는 방식에 따라 달라집니다. PCB 가장자리에 바로 놓이는 구성 요소는 보드 가장자리에서 3mm 이상 떨어져 있어야 합니다. 전자 기기에서는 각 가장자리를 따라 5~10mm의 공간을 남겨 두는 것이 일반적입니다.
일반적으로 가능하면 부품을 PCB의 한쪽에 배치합니다. 구성 요소의 각 와이어 리드에는 자체 납땜 패드를 사용해야 합니다.
겹치지 않고 충분한 여유 공간 확보
구성요소가 위에서 아래로 겹쳐서 교차하는 일이 없어야 합니다. 인접한 구성 요소 사이에 충분한 간격을 유지하세요. 물리적 접촉을 피하기 위해 간격을 너무 좁혀서는 안 됩니다. 근처에 있는 두 구성 요소의 전위차가 큰 경우 구성 요소 사이에 안전 거리를 유지하세요. 일반적인 환경에서 안전한 에어 갭은 mm당 약 200V입니다. 즉, 높은 전압 차이가 예상되는 경우 간격을 늘리세요.
낮은 장착 높이
부품의 장착 높이는 가능한 한 낮게 설정합니다. 부품의 리드가 보드 위로 약 5mm 이상 올라가지 않아야 합니다. 부품이 너무 높으면 진동과 충격에 잘 견디지 못합니다. 높이가 높은 부품은 기울어지거나 넘어지거나 인접한 부품에 닿을 수 있습니다. 이는 신뢰성을 떨어뜨립니다.
축 방향 및 규칙성
PCB가 최종 제품에 어떻게 배치되고 고정될 것인지에 따라 부품 축 방향을 결정합니다. 부품을 규칙적으로 배열하는 경우 큰 부품의 축을 정렬하여 제품에 대해 똑바로 서도록 합니다. 이렇게 하면 보드의 기계적 안정성이 향상됩니다. 축을 정렬하면 진동에도 부품을 고정하는 데 도움이 됩니다.
패드 간격 및 리드 굴곡
컴포넌트 양쪽 끝의 패드는 컴포넌트의 축 방향 몸체 길이보다 약간 넓게 떨어져 있어야 합니다. 리드를 구부릴 때는 루트에서 바로 구부리지 마세요. 본체 손상을 방지하기 위해 구부리기 전에 최소 2mm의 직선 리드 길이를 남겨둡니다. 이렇게 하면 부품 리드와 납땜 조인트에 가해지는 스트레스를 줄일 수 있습니다.
부품이 PCB에 실장되고 고정되는 방법
PCB에 부품을 장착하는 방식에는 수직(세워서 장착)과 수평(눕혀서 장착)의 두 가지 주요 방식이 있습니다. 수평은 부품 축이 PCB 표면과 평행함을 의미합니다. 수직은 축이 수직인 것을 의미합니다. 두 방법 모두 장단점이 있습니다. 설계할 때 유연하게 사용하세요. 한 가지 스타일을 사용하거나 두 가지 스타일을 혼합하여 사용할 수 있습니다. 회로가 진동에 견디고 정비가 쉬우며 부품 레이아웃이 균일한지 확인하세요. 이는 트레이스 라우팅 시에도 도움이 됩니다.
수직(수직) 장착
수직으로 장착된 부품은 보드 면적을 덜 차지합니다. 단위 면적당 더 많은 부품을 장착할 수 있습니다. 이는 휴대용 라디오 및 보청기와 같은 고밀도 제품 설계에 적합합니다. 많은 소형 휴대용 기기가 수직 실장을 사용합니다.
그러나 수직 부품은 작고 가벼워야 합니다. 크거나 무거운 부품은 수직 장착에 적합하지 않습니다. 무거운 부품은 기계적 강도를 감소시키고 진동 저항을 낮춥니다. 기울어지거나 떨어져서 다른 부품에 닿아 신뢰성 문제를 일으킬 수 있습니다.
수평(눕혀서) 장착
수평으로 장착하면 기계적 안정성이 향상됩니다. 기판이 더 깔끔하게 보입니다. 수평 실장은 솔더 패드 사이의 부품 스팬을 늘려 두 솔더 지점 사이에 트레이스 라우팅을 더 쉽게 할 수 있습니다. 이는 트레이스 레이아웃에 유용합니다. 수평 실장은 일반적으로 기계적 안정성과 라우팅 용이성이 중요한 경우에 선호됩니다.
PCB 부품 배열 형식
구성 요소는 보드에 균일하고 깔끔하며 콤팩트하게 배치해야 합니다. 회로 장치 간 및 개별 구성 요소 간의 상호 연결을 줄이고 짧게 하세요. PCB에는 불규칙 배치와 규칙 배치라는 두 가지 주요 레이아웃 형식이 있습니다. 둘 중 하나만 사용하거나 둘을 함께 사용할 수 있습니다.
불규칙한 배치
불규칙한 배치에서는 컴포넌트 축이 정렬되지 않고 위치가 엄격한 규칙을 따르지 않습니다. 무질서해 보이지만 컴포넌트 방향과 위치가 자유로워집니다. 이러한 자유로움은 트레이스 레이아웃을 더 쉽게 만들어 줍니다. 상호 연결을 줄이거나 단축하여 전체 트레이스 길이를 크게 줄일 수 있습니다. 트레이스가 짧으면 기생 파라미터가 낮아지고 간섭을 줄이는 데 도움이 됩니다. 불규칙한 배치는 고주파 회로에 매우 유용합니다. 수직으로 장착된 구성 요소와 함께 자주 사용됩니다.
일반 배치
규칙적인 배치는 부품의 축이 보드 가장자리와 평행 또는 수직이 되도록 정렬합니다. 고주파 부품을 제외한 대부분의 전자 제품은 부품을 평행 또는 수직으로 배치해야 합니다. 특히 부품을 수평으로 실장하는 경우 더욱 그렇습니다. 규칙적인 배치는 보드 외관을 개선하고 조립, 납땜 및 디버깅을 더 쉽게 만듭니다. 또한 생산 및 유지 관리도 더 쉽습니다.
일반 배치는 구성 요소 유형은 보통이지만 수량이 많은 저주파 회로에 이상적입니다. 많은 기기가 이 형식을 사용합니다. 그러나 규칙적인 배치는 위치와 방향에 제약이 있습니다. 트레이스 라우팅이 더 복잡해질 수 있으며 결과적으로 총 트레이스 길이가 늘어날 수 있습니다.
PCB에 부품 패드 위치 지정
구성 요소의 각 리드는 PCB의 납땜 패드에 있어야 합니다. 패드 위치는 부품 크기와 고정 방식에 따라 달라집니다. 수직 실장 또는 불규칙한 배치의 경우, 패드 위치는 부품 크기와 간격의 제약을 덜 받을 수 있습니다. 일반 배치의 경우 패드 위치와 간격은 특정 표준을 따라야 합니다.
어떤 방식이든 패드 중심(즉, 도금된 구멍의 중심)이 보드 가장자리에 너무 가까워서는 안 됩니다. 일반적인 거리는 2.5mm 이상입니다. 적어도 패드 중심은 가장자리에서 보드 두께보다 멀리 떨어져 있어야 합니다.
패드 위치는 표준 좌표 그리드에 위치하는 것이 이상적입니다.
IEC 표준에서, 의 기본 그리드 피치는 2.54mm(국내 표준은 2.5mm)입니다. 서브 그리드 피치에는 1.27mm 또는 0.635밀리(1.25mm 또는 0.625밀리)가 포함됩니다. 이러한 그리드 표준은 컴퓨터 지원 설계, 자동 드릴링 또는 자동 부품 배치 및 납땜을 사용할 때 중요합니다. 수동 드릴링의 경우 이중 인라인 IC 핀 간격을 제외하고는 엄격한 그리드 준수를 완화할 수 있습니다. 그래도 패드 위치는 부품을 깔끔하고 일관되게 유지해야 합니다. 크기가 비슷한 부품의 경우 패드 간격을 균일하게 유지해야 합니다. 패드 중심 거리는 기판 두께보다 작아서는 안 됩니다. 이렇게 하면 깔끔하게 유지되고 조립 및 리드 구부리기가 더 쉬워집니다.
물론 깔끔함은 상대적인 개념입니다. 특별한 경우에는 판단력을 발휘하세요.
PCB 레이아웃에 영향을 미치는 요인
좋은 PCB 레이아웃에는 많은 요소가 영향을 미칩니다. 여기서는 가장 중요한 요소들을 다룹니다.
신호 흐름 방향
보드에 회로 유닛을 배치할 때는 전체 회로를 기능별로 나눕니다. 기능 모듈을 신호 흐름의 순서대로 배치합니다. 이렇게 하면 신호 경로를 편리하게 레이아웃할 수 있습니다. 신호 방향을 일관되게 유지하세요. 대부분의 경우 신호 흐름을 왼쪽에서 오른쪽(왼쪽 입력, 오른쪽 출력) 또는 위에서 아래로(위쪽 입력, 아래쪽 출력) 배열합니다.
입력 및 출력 커넥터에 직접 연결되는 구성 요소를 해당 커넥터 근처에 배치합니다. 각 기능 블록의 핵심 장치를 중심으로 배치합니다. 예를 들어 트랜지스터나 IC를 코어로 사용하고 그 주변에 관련 구성 요소를 배치합니다. 부품 모양, 크기, 극성, 핀 수를 고려하세요. 배선을 줄이려면 위치와 방향을 조정하세요.
특수 구성 요소의 위치
전자 장비의 간섭은 전기, 자기, 열, 기계 등 다양한 원인에서 발생할 수 있습니다. 보드 레이아웃을 설계할 때는 먼저 회로도를 분석하세요. 특수 부품을 먼저 식별한 다음 다른 부품을 배치하세요. 이렇게 하면 간섭을 피하고 간섭을 최대한 줄이기 위한 조치를 취할 수 있습니다.
특수 부품은 기기에 전기적, 자기적, 열적 또는 기계적으로 영향을 미치는 부품을 말합니다. 또한 작동 요구 사항으로 인해 특정 위치에 고정해야 하는 부품일 수도 있습니다.
전자기 간섭(EMI) 방지
EMI는 작업 장비에서 자주 발생합니다. 원인으로는 외부 전자파, 잘못된 라우팅 또는 PCB의 잘못된 부품 배치 등이 있습니다. 레이아웃 단계에서 많은 간섭 문제를 피할 수 있습니다. 이를 초기에 무시하면 설계가 실패할 수 있습니다.
서로 영향을 줄 수 있는 부품은 분리하거나 차폐하세요. 고주파 섹션의 연결을 짧게 하여 분산된 매개변수와 상호 전자기 결합을 줄이세요. RF 섹션에 금속 차폐 캔을 사용하려는 경우, 차폐 크기를 위해 보드 공간을 남겨두세요.
민감한 부품은 시끄러운 부품에 너무 가까이 두지 마세요. 고전압(예: 220V)과 저전압 섹션을 분리하고 입력 및 출력 스테이지를 분리하세요. DC 전원 리드가 긴 경우 필터링 부품을 추가하여 50Hz 노이즈를 차단하세요.
일부 부품이나 흔적에 전위차가 클 수 있는 경우 방전이나 고장을 방지하기 위해 간격을 넓히세요. 금속 케이스 부품이 서로 닿지 않도록 하세요. 예를 들어, NPN 트랜지스터의 금속 케이스나 전력 트랜지스터의 방열판은 전위가 높을 수 있는 컬렉터에 연결될 수 있습니다. 전해 커패시터 캔은 음전위 또는 접지에 있는 경우가 많습니다. 이러한 금속 케이스가 절연되어 있지 않은 경우 충분한 거리를 확보하거나 절연을 추가하지 않으면 단락이 발생할 수 있습니다.
열 간섭 제어
온도 상승도 간섭을 일으킵니다. 레이아웃에서 열이 발생하는 부품과 온도에 민감한 부품을 식별합니다.
고전력 저항기와 같이 열을 발생시키는 부품은 인클로저 근처나 공기 흐름이 좋은 곳에 배치하세요. 통풍구를 사용하여 냉각을 돕습니다. 열이 발생하는 부품을 한데 모으지 마세요. 방열판이나 소형 팬을 사용하여 온도 상승을 제한 범위 내로 유지하세요. 대형 전원 부품은 섀시에 고정하여 금속 쉘을 이용해 열을 방출할 수 있습니다. 반드시 PCB에 있어야 하는 경우 큰 방열판을 제공하고 다른 부품과 멀리 떨어뜨려 놓으세요.
트랜지스터, IC, 대형 전해 커패시터와 같이 온도에 민감한 부품은 열원 근처나 온도가 더 많이 상승하는 기기 상단에 두지 않아야 합니다. 장시간 가열하면 작동점이 변경되어 성능이 저하될 수 있습니다.
기계적 강도 고려 사항
보드의 균형과 안정성에 유의하세요. 크고 무거운 부품(전원 변압기, 대형 전해 커패시터, 방열판이 있는 전원 트랜지스터)의 경우 PCB 솔더 조인트에만 의존하지 마세요. 가능하면 섀시에 장착하여 무게 중심이 낮고 제품이 안정되도록 하세요. 큰 부품은 PCB를 휘게 하거나 다른 부품과 커넥터를 손상시킬 수 있습니다.
부품의 무게가 약 15g을 초과하고 PCB 위에 있어야 하는 경우 납땜에만 의존하지 마세요. 브래킷, 클램프 또는 기타 기계적 지지대를 사용하세요.
약 200mm × 150mm보다 큰 보드의 경우 보드가 구부러지고 진동 스트레스를 받게 됩니다. 변형을 방지하기 위해 기계식 프레임이나 보강재를 추가하세요. 마운팅 브래킷, 고정 나사 및 커넥터 부착물을 위한 공간을 확보하세요.
서비스 및 접근성
전위차계, 가변 커패시터 또는 튜닝 코일과 같이 조정 가능한 부품의 경우 제품을 어떻게 조정할지 고려하세요. 외부에서 조정하는 경우 부품 위치를 전면 패널의 노브와 일치시키세요. 내부에서 조정하는 경우 PCB에 쉽게 접근할 수 있도록 부품을 배치합니다.
디버깅 및 서비스 시 안전을 위해 고전압 부품은 손이 닿지 않는 곳에 배치하세요. 예를 들어 CRT 고전압 부품은 손이 닿기 어려운 곳에 배치하세요.
PCB 레이아웃 요약
레이아웃은 PCB 설계의 주요 부분입니다. 고정된 보드 영역에 부품을 올바르게 배치하는 것이 첫 번째 단계입니다. 레이아웃은 회로도에 따라 인쇄된 선으로 부품을 연결하는 것만이 아닙니다. 신뢰할 수 있는 제품을 만들려면 부품과 부품의 연결을 신중하게 배치해야 합니다.
레이아웃이 좋지 않으면 간섭이나 성능 저하가 발생하고 이론적 설계가 실패할 수 있습니다. 일부 레이아웃은 기술 사양을 충족하지만 지저분해 보입니다. 고르지 않고 무질서한 배치는 시각적 품질을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 조립과 유지보수를 더 어렵게 만듭니다. 이는 합리적인 설계가 아닙니다.
위의 가이드라인은 일반 인쇄 회로에 대한 기본적인 PCB 레이아웃 지식을 가르치는 것을 목표로 합니다. 이를 따라 가능한 한 합리적인 레이아웃을 만드세요. 좋은 레이아웃은 트레이스 길이를 줄이고 간섭을 줄이며 기계적 내구성을 개선하고 냉각을 돕고 제조 및 유지보수를 용이하게 합니다.
PCB 레이아웃을 위한 실용적인 체크리스트(빠른 참조)
- 회로를 기능 블록으로 나누고 신호 흐름에 따라 블록을 배치합니다.
- 입력 및 출력 관련 부품을 커넥터 근처에 배치합니다.
- 고주파 블록을 콤팩트하게 배치하고 흔적을 매우 짧게 유지하세요.
- 고전압과 저전압 영역을 분리하세요.
- 필요한 경우 금속 보호막을 위한 공간을 확보하세요.
- 열이 발생하는 부품은 환기 장치나 섀시 근처에 보관하세요.
- 온도에 민감한 부품은 열원에서 멀리 떨어진 곳에 보관하세요.
- 조밀하고 작은 부품에는 수직 마운팅을 사용합니다. 안정성과 쉬운 라우팅을 위해 수평 장착을 사용합니다.
- 부품이 기판 가장자리에 있는 경우 부품 패드에서 기판 가장자리까지 최소 3mm를 유지합니다(일반적인 패드 중앙에서 가장자리 간 간격은 2.5mm 이상).
- 자동 조립을 계획할 때는 표준 그리드 간격(2.54mm 또는 2.5mm)을 사용합니다.
- 패드 중앙 간격을 보드 두께 이상으로 유지합니다.
- 무거운 부품의 경우 납땜과 함께 기계식 지지대를 사용합니다.
- 대형 보드(> 200 × 150mm)의 경우 보강재 또는 프레임을 추가합니다.
- 테스트 포인트와 서비스 액세스를 위한 공간을 남겨두세요.
- 가능하면 컴포넌트 축이 깔끔하게 정렬되도록 하되, RF의 경우 불규칙한 레이아웃을 선택하면 트레이스 길이를 줄일 수 있습니다.
