BIPA산업기술교육센터

부천산업진흥재단에서 PCB 설계 교육을 담당하고 있는 정성인 강사님께서 교육생들의 이해를 돕기 위해 
정기적으로 
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[PCB 설계 기술이 왜 중요한가?] 
PCB는 Printed Circuit Board의 약자로서 절연기판에 전기적 신호 전달을 위한 도체(copper)를 형성하고, 전기적 회로 배선에 따라 에칭(etching)하여 요구되는 회로가 적절히 잘 동작할 수 있도록 만든 인쇄회로기판으로 정의할 수 있다. 다시 말하면, 전기나 전자적 회로가 원활한 동작을 위해 기판위에 전자부품을 실장할 수 있는 홀을 가공하고 전자 부품 상호간의 단자를 연결하여 만든 기판이다.
 
PCB는 우리의 생활 주변에 흔히 볼 수 있으며, 그 중에서도 컴퓨터와 핸드폰일 것이다. 컴퓨터의 본체 케이스를 열어서 유심히 살펴보면, PCB 기판을 어렵지 않게 볼 수 있다. 전자부품들과 단자들 사이로 가느다란 트레이스들이 촘촘히 연결되어 있는 것을 볼 수 있다. 어떤 트레이스는 얇게 형성되어 있고 또 어떤 트레이스들은 눈으로 확연히 알 수 있을 정도로 매우 두껍게 배선되어 있는 것을 알 수 있다. 
 
사람의 손바닥보다도 작은 핸드폰은 사람의 눈에 겨우 보일정도로 전자부품들이 촘촘히 배치되어 있는 것을 볼 수 있다. 반도체 기술, 하드웨어나 소프트웨어 기술 그리고 PCB 설계 기술의 눈부신 발전에 힘입어 영화나 TV 등의 동영상을 즐길 수 있으며, GPS 기능이 내장되어 초행길이나 정확한 위치를 찾을 때 유용하게 활용할 수 있는 등 우리 생활에 많은 편리함을 제공하고 있다. 
 
 
최근에는 전자산업뿐만 아니라 의료, 자동차, 로봇, 기계, 선박, 항공 우주 등의 모든 산업분야에 PCB가 내장되면서 PCB 설계기술이 매우 중요한 핵심원천기술로 대두되고 있다. 
 
20세기까지만 하더라도 사용되는 주파수 대역폭이 수 MHz ~ 수 백 MHz로서 기판 설계의 문제는 극히 간단하여 그 문제를 해결하는데 별다른 어려움이 없었다. 기존의 문제라고 한다면 아날로그 회로의 일부 중요한 부분인 오프셋(offset) 값이 오차 범위를 벗어나거나, 전자부품에 공급되는 전원이 다소 불안정하거나 그리고 무선통신(Radio Frequency, RF)의 임피던스(Impedance)의 부정합 등으로 발생되는 문제점들이다. 설계자는 문제들(troubles)을 어렵지 않게 참고자료를 참조하여 해결하는 방법을 찾을 수 있었다. 
 
반도체 기술의 진보는 기판에 고정밀이나 고밀도의 설계가 가능하였으며 제품의 외형 크기와 함께 무게도 점차적으로 가벼워지고 있다. 그러나 이로 인해 기판 설계자의 입장에서는 단순한 설계 방식에서 다양한 문제들을 고려한 설계를 반영하지 않으면 능동적으로 신속하게 대응하기가 더욱 어려워지고 있다. 즉 기판에서 예상하지 못한 현상들이 빈번하게 발생하고 있다는 것이다. 특히 기존에 주로 발생되고 있었던 아날로그 회로나 전원회로 그리고 무선통신 회로에서 발생되었던 현상들이 디지털 시스템으로 확대되어 나타나고 있다. 이러한 현상은 앞으로 더욱 가속화될 것으로 판단된다. 
 
 
한편, 최근에 개발되고 있는 전자제품들은 소형화, 고속화, 경량화, 고집적화, 고밀도화, 초미세화 등으로 우리의 생활환경에 많은 편리함을 제공하고 있지만, 전자부품의 상호간의 신호를 전달하는 과정에서 전자기적인 간섭(Noise, EMI 등)으로 인해 시스템의 성능의 악화를 더욱 가속화하고 있다. 더욱이 기판에서 설계자의 의도와는 별도로 다양한 형태의 노이즈가 발생하여 신뢰성 확보가 큰 관심 문제로 부각되고 있다. 
 
예를 들면, 디지털 시스템에서 클럭 속도가 끊임없이 증가되면서 보드 레벨에서의 신호무결성(Signal Integrity, SI) 및 전력무결성(Power Integrity, PI)이 설계에서 매우 중요한 문제로 등장하고 있다. 이러한 디지털 시스템의 고속화 추세는 신호간의 간섭이나 전달 지연 등의 문제로 발전하게 된다. 이러한 현상은 전자부품에 공급되는 전원이 적절하게 설계되지 못하여 전압강하(voltage drop)가 발생하거나 그라운 설계의 미흡으로 그라운드 바운스(ground bounce)나 임피던스 부정합(Impedance mismatch) 등의 불필요한 현상들이 나타나게 된다. 
 
이와 같이 기존 설계에서 전혀 문제가 제기되지 않았거나 미비한 정도의 문제로만 생각했었던 현상들이 보드에서 크로스토크(Crosstalk), 임피던스 부정합(Impedance Mismatching), 전파지연(Propagation Delay), 스큐(Skew), 지터(Jitter), 표피효과(Skin Effect), 전송선로(Transmission Line), SSN(Simulteneous Switching Noise), 그라운드 바운스(Ground Bounce), 케이블링(Cabling) 등이 제품 성능 저하의 문제로 나타나고 있다.


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제목	[Chapter_1] PCB 설계 기술이 왜 중요한가?
작성자	관리자
작성일	2015-04-13 오전 11:59:57
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