보드 설계 검증하기

PCB Editor는 보드의 무결성을 보장하기 위해 검사할 수 있는 다양한 유형의 설계 제약 조건을 정의하는 Rule 기반 설계 환경입니다. 온라인 DRC 기능은 작업 중 활성화된 Rule을 모니터링하고, 감지된 설계 위반을 즉시 강조 표시합니다. 또는 일괄 DRC를 실행하여 설계가 Rule을 준수하는지 검사하고, 활성화된 Rule과 감지된 위반을 상세히 설명하는 보고서를 생성할 수도 있습니다.

이 튜토리얼의 앞부분에서는 전기적 클리어런스, 라우팅 폭, 라우팅 비아 스타일을 비롯한 몇 가지 설계 제약 조건을 살펴보고 구성했습니다. 이 외에도 새 보드를 생성할 때 자동으로 정의되는 여러 설계 Rule이 있습니다.

Design Rule 검사(DRC) 구성 및 실행

Main page: DRC 설정 및 실행

설계 위반은 설계 Rule 검사(DRC)를 실행하여 확인합니다. 온라인 DRC와 일괄 DRC는 모두 메인 메뉴에서 Tools » Design Rule Check 명령을 선택하여 여는 Design Rule Checker 대화 상자에서 구성합니다.

대화 상자 하단의  버튼을 클릭하면 설계 Rule 검사가 실행됩니다. DRC가 실행된 후 Messages Panel이 열리고 감지된 모든 위반이 나열됩니다. 대화 상자에서 Create Report File 옵션을 활성화한 경우, 별도의 문서 탭에서 Design Rule Verification Report이 열립니다. 보고서에는 검사하도록 활성화된 Rule, 감지된 위반 수, 각 위반에 대한 구체적인 정보가 표시됩니다.

1. 메인 메뉴에서 Tools » Design Rule Check 명령을 선택하여 Design Rule Checker 대화 상자를 엽니다.

2. 대화 상자의 Report Options 페이지에서 Create Report File 옵션이 활성화되어 있는지 확인합니다.

   

3. 대화 상자의 Rules to Check 페이지에서 Grid 영역을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 Batch DRC - Used On Entry를 선택합니다.

   

4. 테스트포인트 Rule에 대한 일괄 DRC를 비활성화합니다. 이렇게 하려면 트리에서 Testpoint 섹션을 선택하고 이 범주에 있는 네 가지 Rule 유형의 Batch 체크박스를 해제합니다.

   

5. 대화 상자 하단의 버튼을 클릭하여 DRC를 실행합니다. Design Rule Checker 대화 상자가 닫히고 보고서가 열립니다. 보고서에는 최소한 다음 항목이 포함됩니다.

   • Minimum Solder Mask Sliver 위반 4건 – 솔더 마스크 띠의 최소 폭이 허용값보다 작습니다.

   • 클리어런스 제약 조건 위반 4건 – Signal 레이어의 객체 사이에서 측정된 전기적 클리어런스 값이 지정된 최솟값보다 작습니다.

   
   보고서 상단에는 검사하도록 활성화된 Rule과 감지된 위반 수가 자세히 표시됩니다. Rule을 클릭하면 해당 위반으로 이동하여 살펴볼 수 있습니다.

   
   보고서 하단에는 위반된 각 Rule과 해당 위반을 일으킨 객체 목록이 표시됩니다. 위반 Entry를 클릭하면 PCB의 해당 객체로 이동합니다.

   감지된 위반은 함께 열리는 Messages Panel에도 나열됩니다. 

   

위반 위치 확인 및 해결

Main page: 설계 위반 분석 및 해결

설계자는 PCB에서 위반 위치를 찾아 위반 상태와 실제로 허용 기준에서 얼마나 벗어났는지 확인하고, 가장 적절한 해결 방법을 찾아야 합니다.

클리어런스 위반 해결

튜토리얼 설계에는 트랜지스터 풋프린트의 패드 사이에 클리어런스 제약 조건 위반이 네 건 있습니다. 이러한 위반은 다음 두 가지 방법으로 해결할 수 있습니다.

• 트랜지스터 풋프린트 패드의 크기를 줄여 패드 사이의 클리어런스를 늘리거나,

• 트랜지스터 풋프린트 패드 사이에 더 작은 클리어런스를 허용하도록 제약 조건을 구성합니다.

0.25 mm의 클리어런스는 상당히 여유 있는 값이며 실제 클리어런스(0.22 mm)도 이 값에 매우 가까우므로, 이 상황에서는 더 작은 클리어런스를 허용하도록 Rule을 구성하는 것이 좋습니다. 스루홀 패드가 있는 다른 컴포넌트는 커넥터뿐이고, 커넥터의 패드 간격은 1 mm이므로 이 상황에서는 이 해결 방법을 사용할 수 있습니다. 그렇지 않다면 솔더 마스크 Expansion Rule에서 했던 것처럼 트랜지스터 패드만을 대상으로 하는 두 번째 클리어런스 제약 조건을 추가하는 것이 가장 좋은 해결 방법입니다.

1. 설계 공간 상단의 PCB 문서 탭을 클릭하여 활성 문서로 설정합니다.

2. 메인  메뉴에서 Design » Constraint Manager 명령을 선택하여 제약 조건 관리자를 엽니다.

3. 제약 조건 관리자의 Clearances 보기에서 클리어런스 매트릭스의 All Nets / All Nets 셀 내부를 클릭합니다.

4. 하단의 Grid 영역에서 TH Pad – to – TH Pad 값을 0.22 mm로 변경합니다. 이렇게 하려면 셀을 클릭하고 0.22을 입력한 다음 Enter 키를 누릅니다.

   

   

    

5. 제약 조건 관리자에서 변경 사항을 저장합니다 (File » Save to PCB).

Minimum Solder Mask Sliver 위반 해결

솔더 마스크는 보드 외부 표면에 도포하는 얇은 래커 형태의 레이어로, 구리를 보호하고 절연하는 피복을 제공합니다. 컴포넌트와 전선을 구리에 납땜할 수 있도록 마스크에 개구부를 만듭니다. PCB Editor의 솔더 마스크 레이어에 객체로 표시되는 것은 바로 이러한 개구부입니다(솔더 마스크 레이어는 네거티브로 정의되므로, 화면에 보이는 객체가 실제 솔더 마스크에서는 구멍이 된다는 점에 유의하세요).

제조 과정에서는 다양한 기법으로 솔더 마스크를 도포합니다. 가장 저렴한 방법은 마스크를 통해 보드 표면에 실크스크린 인쇄하는 것입니다. 레이어 정렬 오차를 고려하여 마스크 개구부는 일반적으로 패드보다 크게 만듭니다. 이는 Default 설계 Rule에 사용되는 4 mil(약 0.1 mm)의 Expansion 값에 반영되어 있습니다.

솔더 마스크를 적용하는 다른 기법도 있으며, 이러한 기법은 더 높은 품질의 레이어 정합과 더 정확한 형상 구현을 제공합니다. 이러한 기법을 사용하면 Solder Mask Expansion을 더 작게 하거나 0으로 설정할 수도 있습니다. 마스크 개구부를 줄이면 솔더 마스크 슬리버 또는 실크스크린과 솔더 마스크 사이의 클리어런스 위반이 발생할 가능성이 줄어듭니다.

솔더 마스크 슬리버 위반입니다. 보라색은 각 Pad 주변의 Solder Mask Expansion을 나타냅니다.

이러한 솔더 마스크 문제와 같은 위반은 완성된 보드를 만드는 데 사용할 제작 기법을 고려하지 않고는 해결할 수 없습니다.

예를 들어, 고가의 제품에 사용되는 복잡한 다층 보드라면 고품질 솔더 마스크 기술을 사용할 가능성이 높으며, 이 경우 Solder Mask Expansion을 작게 하거나 0으로 설정할 수 있습니다. 하지만 이 튜토리얼의 보드처럼 단순한 양면 보드는 저가 제품으로 제작될 가능성이 높으므로 저비용 솔더 마스크 기술을 사용해야 합니다. 따라서 보드 전체의 Solder Mask Expansion을 줄여 솔더 마스크 슬리버 위반을 해결하는 것은 적절한 방법이 아닙니다.

PCB 설계의 여러 측면과 마찬가지로, 해결책은 영향을 최소화하도록 필요한 부분에 한정해 신중하게 절충하는 데 있습니다.

이 위반을 해결하려면 다음 방법을 사용할 수 있습니다.

• 솔더 마스크 개구부를 늘려 트랜지스터 Pad 사이의 마스크를 완전히 제거하거나,

• 허용 가능한 최소 슬리버 폭을 줄이거나,

• 마스크 개구부를 줄여 슬리버를 허용 가능한 폭으로 넓힙니다.

이는 컴포넌트와 사용할 제작 및 조립 기술에 대한 지식을 바탕으로 내려야 하는 설계 결정입니다. 마스크 개구부를 넓혀 트랜지스터 Pad 사이의 마스크 슬리버를 완전히 제거하면 해당 Pad 사이에 솔더 브리지가 발생할 가능성이 커집니다. 반면, 마스크 개구부를 줄이면 슬리버가 여전히 남아 허용 여부를 판단해야 하며, 마스크와 Pad 사이의 정합 문제가 발생할 가능성도 생깁니다.

이 튜토리얼에서는 두 번째와 세 번째 방법을 함께 사용합니다. 최소 슬리버 폭을 이 보드에 사용된 설정에 적합한 값으로 줄이고, 트랜지스터 Pad에 대해서만 Mask Expansion도 줄입니다.

1. 첫 번째 단계는 허용 슬리버 폭을 줄이는 것입니다. 제약 조건 관리자 상단의 해당 버튼을 클릭하여 제약 조건 관리자의 All Rules 보기를 엽니다.

2. 왼쪽 트리에서 Manufacturing 범주의 Solder Mask Sliver Rule 유형을 찾아 선택한 다음, 기본 Grid 영역에서 MinimumSolderMaskSliver이라는 기존 Rule을 선택합니다.

3. 이와 같은 설계에서는 Pad 간격과 같은 값인 0.22 mm(약 8.7 mil)가 적합합니다. Rule의 제약 조건 영역에서 Minimum Solder Mask Sliver 값을 0.22(으)로 수정합니다.

   

4. 다음 단계는 트랜지스터에만 적용되는 Mask Expansion Rule을 추가하여 Mask Expansion을 0으로 줄이는 것입니다. 이렇게 하면 솔더 마스크의 개구부가 Pad와 같은 크기가 되어 Pad 사이의 솔더 마스크 슬리버 폭이 Pad 사이의 이격 거리(0.22 mm)와 같아집니다. 왼쪽 트리의 Mask 범주에서 Solder Mask Expansion Rule 유형을 클릭하여 이 유형의 기존 Rule을 표시합니다. Expansion 값이 0.1016 mm(4 mil)로 지정된 SolderMaskExpansion이라는 Rule이 하나 있어야 합니다.

   

   위반이 발생한 부분은 트랜지스터 Pad뿐이므로 이 값은 수정하지 않습니다. 대신 새 Rule을 만듭니다.

5. 새 Solder Mask Expansion Rule을 추가하려면 기본 Grid 영역의 빈 공간을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 컨텍스트 메뉴에서 Add Custom Rule을 선택합니다. SolderMaskExpansion_1이라는 새 Rule이 생성됩니다.

   

6. 기본 Grid 영역에서 새 Rule의 이름을 두 번 클릭하고 SolderMaskExpansion_Transistor을 입력하여 이름을 변경합니다.

7. Rule을 클릭하여 제약 조건 관리자 하단에 해당 설정을 표시합니다.

8. 새 Rule의 적용 범위를 정의합니다. Query Builder 기능을 사용하여 적용 범위 쿼리를 만들 수 있습니다. Object Match 필드 옆의  버튼을 클릭하고 Open Query Builder 명령을 선택합니다. 열리는 Building Query from Board 대화 상자에서 Condition Type / Operator 열의 드롭다운에서 Associated with Footprint을 선택한 다음, Condition Value 열의 드롭다운에서 ONSC-TO-92-3-29-11을 선택합니다. 대화 상자에서 OK을 클릭하면 HasFootprint('ONSC-TO-92-3-29-11') 쿼리가 Object Match 필드에 표시됩니다.

   ❯ ❮ Javascript ID: Tutorial_CM_SolderMaskExpansion_New_Query_AD25_2

9. Expansion top 및 Expansion bottom 값을 0(으)로 설정합니다.

   

10. 제약 조건 관리자에서 변경 사항을 저장합니다 (File » Save to PCB).

11. 설계 공간 상단에 있는 제약 조건 관리자 탭을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 컨텍스트 메뉴에서 Close Multivibrator.PcbDoc [Constraints] 명령을 선택하여 제약 조건 관리자를 닫습니다.

12. Projects Panel에서 PCB 문서의 Entry를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 컨텍스트 메뉴에서 Save을 선택하여 PCB 문서를 로컬에 저장합니다.

위반 해결 후 Design Rule 검사 실행

이제 DRC를 다시 실행하여 모든 위반이 해결되었는지 확인합니다.

1. Design Rule Checker 대화 상자(Tools » Design Rule Check)를 열고 Report Options 페이지에서 Create Report File 옵션이 활성화되어 있는지 확인합니다.

2.   버튼을 클릭합니다.

3. 새 보고서가 생성되어 별도의 문서 탭에서 열립니다. 보고서에 Rule 위반이 없는지 확인합니다.

   

   위반이 있으면 해결한 다음 보고서를 다시 생성합니다.

4. 생성된 DRC 보고서를 프로젝트에서 제거합니다. 이 보고서는 설계 릴리스 과정에서 생성됩니다. 제거하려면 Projects Panel의 Generated\Documents Entry 아래에서 보고서 파일을 찾아 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 Remove from Project 명령을 선택합니다. 열리는 Remove from project 대화 상자에서 Delete file 옵션을 선택합니다.

   

5. 현재 열려 있는 모든 문서를 닫습니다. 설계 공간 상단의 문서 탭을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 컨텍스트 메뉴에서 Close All Documents 명령을 선택하면 됩니다.

6. 프로젝트를 워크스페이스에 저장합니다. 이를 위해 Projects의 프로젝트 Entry 옆에 있는 Save to Server 컨트롤을 클릭합니다. 패널에서 열리는 Save to Server 대화 상자의 Comment 필드에 의미 있는 설명을 입력한 후(예: PCB design complete), OK 버튼을 클릭합니다.