BIPA산업기술교육센터

부천산업진흥재단에서 PCB 설계 교육을 담당하고 있는 정성인 강사님께서 교육생들의 이해를 돕기 위해 정기적으로 관련자료를 업데이트 할 예정이니, 참고하시기 바랍니다. 본 게시물의 저작권은 작성자에게 있으며, 출처를 밝히는 경우 배포가 가능합니다.

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전자부품의 배치 기술 (1)

 
PCB 설계기술은 ① 부품의 라이브러리 생성, ② 전자부품의 배치기술, ③ 배선설계기술 그리고 ④ 그라운드/파워 설계기술이라는 네 개의 부분으로 분류할 수 있다. 이들 중 어느 것이 가장 중요하다고 생각하는가? 
 아마도 ‘② 전자부품의 배치기술’이 가장 중요하다고 생각하는 설계자들이 많을 것이다. 정답은 없다. 다시 말해서 ① ~ ④ 중에서 어느 것이 더 중요하거나 덜 중요하다고 말할 수 없다는 것이다. 모두가 다 중요하다는 것이다. 
 일부 설계자는 전자부품의 배치기술이 전체 설계의 70~80%를 차지한다고 주장하는 분들도 있지만, 그것은 PCB 설계를 제대로 이해하지 못하고 하는 말이다. 가령 부품을 배치하면서 단순히 부품만을 고려하여 배치하는 설계자는 아무도 없다. 
 부품을 배치하면서 그라운드/파워 라인, 클럭 라인, 중요 신호 라인 등을 고려하여 부품을 배치하고 또 중요한 신호 라인을 짧게 라우팅하기 위하여 이미 배치된 상태를 다시 재배치하는 것이다. 
 이번 호에서는 전자부품의 배치기술에 관해 설명하고자 한다. 전자부품의 배치를 단순한 개념으로 접근하게 되면 여러 번의 기판을 재설계해야 하는 경우가 산업현장에서 빈번히 발생하고 있다. 
 
그 이유는 전자부품의 다양한 성질(다양한 회로 성질)을 이해하고 있어야만 그에 맞는 배치기술이 적절히 할 수 있기 때문이다. 
 전자부품의 개념부터 차근차근 접근해 보도록 하자. 전자부품의 배치의 개념은 전자부품의 성질을 고려하거나 배선이 지나갈 수 있도록 일정한 규칙을 가지고 PCB에 부품을 배열하는 것을 말한다. 그러므로 부품을 배치한다는 것은 전자부품이나 신호들의 특성을 고려하여 배치하는 것이므로 다양한 회로를 충분히 이해하고 있어야만 배치하기가 훨씬 수월해 진다. 
 예를 들면, 고속으로 처리되는 CPU가 존재하는 회로도를 가지고 부품을 배치해야 한다면, 다음과 같은 생각을 해야 한다.
&nbsp;- CPU가 사용되는 전원(파워, 그라운드)을 파악하여야 한다. 
&nbsp;- 그리고 그라운드를 어떠한 방법으로 설계할지 고민해야 한다. 
&nbsp;- CPU에 공급되는 전원변환장치(DC/DC Converter, Regulator 등) 위치 결정 
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; ☞ 커넥터 근처에 배치하거나 CPU 근처에 배치 등을 고려해야 한다. 
&nbsp;- 기판의 층수가 결정되면 중요한 신호 라인은 어느 층으로 설계해야할지 결정해야 한다. 
&nbsp;- 고속으로 동작하는 CPU는 메모리(DDR Series)와 연결되어 임피던스 매칭을 해야 한다. 
&nbsp;- 그리고 CPU와 메모리는 최대한 짧은 배선이 되도록 가깝게 배치되어야 한다. 
&nbsp;- 디커플링 커패시터의 배치를 신중히 고려해야 한다. 
&nbsp;- 클럭 신호는 주파수의 특성을 파악하여 그에 맞는 라우팅(Routing) 설계기술을 적용해야 한다. 
&nbsp;- 노이즈에 민감한 신호나 EMI에 매우 취약한 신호들은 별도도 관리할 수 있도록 설계해야 한다. 
&nbsp;- CPU가 발열이 높을 경우에는 쉴딩(Shielding) 기술을 어떻게 적용해야 할지 고민해야 한다. 
 단지 고속의 CPU 회로(Schematic Drawing)만 보았는데도 상기에서 언급한 10여 가지의 내용이 
떠올라야 한다. 언급하지는 않았지만, 패턴, 비아, 패드 등의 상호 이격거리(Clearance)도 고려해야 한다. 
 
상기 내용을 고려하지 않고 일반적인 방법으로 전자부품을 배치하였다면 다시 설계해야 하는 것은 당연할 것이다. 또한 EMI(전자파장해)에도 좋지 못한 결과를 가져올 것은 자명한 일이다. 
 과거에는 DIP(Dual In Package) 형태가 대부분 기판에 사용하였으나 시간이 흐를수록 기판의 소형화 및 경량화 그리고 고속화 추세에 따라 BGA(Ball Grid Array) 형태로 점차 변해가고 있다. 전자부품의 크기는 DIP이나 BGA나 큰 차이를 보이지 않으나, 핀 수에서는 매우 큰 차이를 보이고 있다. 
 
예를 들면, DIP 40핀은 BGA 형태로 1000핀 ~ 3000핀을 사용할 수 있으며, 무게도 BGA 형태가 훨씬 더 가볍다. 이것은 기판의 무게를 줄일 수 있으므로 제품의 소형화 및 고밀도 실장이 가능하다는 결론을 내릴 수 있다. 
 흔히 기판 설계자나 회로설계자는 “부품은 최대한 가깝게 배치해야 한다”고 이해하고 있고 또 설명하고 있다. 그러나 ‘최대한 가깝게 배치한다’라는 의미가 설계자마다 그 부품간의 거리가 모두 똑 같을 수는 없다. 
 다음 호에서는 다양한 배치기술의 내용을 소개하고 문제점과 해결방안에 대해서 설명하고자 한다.


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제목	[Chapter_2] 전자부품의 배치 기술(1)
작성자	관리자
작성일	2015-07-01 오전 11:23:59
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