보드 설계 검증하기

PCB 편집기는 규칙 기반 설계 환경으로, 보드의 무결성을 보장하기 위해 검사할 수 있는 다양한 유형의 설계 제약조건을 정의할 수 있습니다. 온라인 DRC 기능은 작업 중 활성화된 규칙을 모니터링하고, 감지된 설계 위반 사항을 즉시 강조 표시합니다. 또는 배치 DRC를 실행하여 설계가 규칙을 준수하는지 테스트하고, 활성화된 규칙과 감지된 위반 사항을 자세히 설명하는 보고서를 생성할 수도 있습니다.

튜토리얼 앞부분에서 전기적 이격거리, 배선 폭, 배선 비아 스타일을 포함한 몇 가지 설계 제약조건을 검토하고 구성했습니다. 이 외에도 새 보드를 만들 때 자동으로 정의되는 여러 다른 설계 규칙이 있습니다.

설계 규칙 검사(DRC) 구성 및 실행

Main page: DRC 설정 및 실행

설계는 설계 규칙 검사(DRC)를 실행하여 위반 사항을 확인합니다. 온라인 DRC와 배치 DRC는 모두 메인 메뉴에서 Tools » Design Rule Check 명령을 선택해 열 수 있는 Design Rule Checker 대화상자에서 구성합니다. 이 대화상자에서는 일반 보고 옵션(Report Options – )과 특정 규칙 유형의 테스트를 구성하는 기능(Rules to Check – )을 제공합니다.

설계 규칙 검사는 대화상자 하단의  버튼을 클릭하여 실행합니다. DRC가 실행된 후 Messages 패널이 열리며 감지된 모든 위반 사항이 나열됩니다. 대화상자에서 Create Report File 옵션이 활성화되어 있으면 Design Rule Verification Report가 별도의 문서 탭으로 열립니다. 이 보고서에는 검사 대상으로 활성화된 규칙, 감지된 위반 수, 그리고 각 위반에 대한 구체적인 세부 정보가 포함됩니다.

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

2. 대화상자의 Report Options 페이지에서 Create Report File 옵션이 활성화되어 있는지 확인합니다.

   

3. 대화상자의 Rules To Check 페이지에서 그리드 영역을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭한 다음 Batch DRC - Used On 항목을 선택합니다.

   

4. 테스트포인트 규칙에 대한 배치 DRC를 비활성화합니다. 이렇게 하려면 트리에서 Testpoint 섹션을 선택하고, 이 범주에 있는 네 가지 규칙 유형의 Batch 체크박스를 해제합니다.

   

5. 대화상자 하단의 버튼을 클릭하여 DRC를 실행합니다. Design Rule Checker 대화상자가 닫히고 보고서가 열립니다. 여기에는 (최소한) 다음이 포함됩니다.

   • 최소 솔더 마스크 슬리버 위반 4건 – 솔더 마스크 스트립의 최소 폭이 허용값보다 작습니다.

   • 이격거리 제약조건 위반 4건 – 신호 레이어의 객체 간 측정된 전기적 이격거리 값이 지정된 최소값보다 작습니다.

   
   보고서의 상단 섹션에는 검사 대상으로 활성화된 규칙과 감지된 위반 수가 자세히 표시됩니다. 규칙을 클릭하면 해당 위반 위치로 이동하여 확인할 수 있습니다.

   
   보고서의 하단 섹션에는 위반 중인 각 규칙과 그 뒤에 문제를 일으킨 객체 목록이 표시됩니다. 위반 항목을 클릭하면 PCB에서 해당 객체 위치로 이동합니다.

   감지된 위반 사항은 열리는 Messages 패널에도 나열됩니다. 

   

위반 위치 찾기 및 해결

Main page: 설계 위반 분석 및 해결

설계자는 PCB에서 위반 위치를 찾고, 그 상태와 실제로 얼마나 기준을 벗어났는지 파악한 다음, 위반을 해결하는 가장 적절한 방법을 결정해야 합니다.

이격거리 위반 해결

이 튜토리얼 설계에는 트랜지스터 풋프린트의 패드 사이에서 이격거리 제약조건 위반이 4건 있습니다. 이러한 위반을 해결하는 방법은 두 가지입니다.

• 트랜지스터 풋프린트 패드의 크기를 줄여 패드 간 이격거리를 늘리거나

• 트랜지스터 풋프린트 패드 사이에 더 작은 이격거리를 허용하도록 제약조건을 구성합니다.

0.25 mm 이격거리는 상당히 여유 있는 값이고 실제 이격거리도 이 값(0.22 mm)에 매우 가깝기 때문에, 이 경우에는 더 작은 이격거리를 허용하도록 규칙을 구성하는 것이 좋은 선택입니다. 이 해결책이 이 상황에서 적절한 이유는 스루홀 패드를 가진 다른 부품이 패드 간격이 1 mm인 커넥터뿐이기 때문입니다. 그렇지 않은 경우라면, 솔더 마스크 확장 규칙에서 했던 것처럼 트랜지스터 패드만 대상으로 하는 두 번째 이격거리 제약조건을 추가하는 것이 가장 좋은 해결책이었을 것입니다.

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

2. 메인 메뉴에서 Design » Constraint Manager 명령을 선택하여 Constraint Manager를 엽니다.

3. Constraint Manager의 Clearances 보기에서 이격거리 매트릭스의 All Nets / All Nets 셀 안을 클릭합니다.

4. 하단 그리드 영역에서 TH Pad – to – TH Pad 값을 0.22 mm로 변경합니다. 이렇게 하려면 셀을 클릭하고 0.22를 입력한 다음 Enter를 누릅니다.

   

   

    

5. Constraint Manager의 변경 사항을 저장합니다(File » Save to PCB).

최소 솔더 마스크 슬리버 위반 해결

솔더 마스크는 보드의 외부 표면에 적용되는 얇은 래커 같은 층으로, 구리를 보호하고 절연하는 피복을 제공합니다. 부품과 전선을 구리에 납땜할 수 있도록 마스크에 개구부가 만들어집니다. PCB 편집기에서 솔더 마스크 레이어의 객체로 표시되는 것이 바로 이러한 개구부입니다(솔더 마스크 레이어는 네거티브로 정의된다는 점에 유의하십시오. 즉, 화면에 보이는 객체가 실제 솔더 마스크에서는 구멍이 됩니다).

제조 과정에서 솔더 마스크는 여러 가지 기술로 적용됩니다. 가장 저렴한 방법은 마스크를 통해 보드 표면에 실크스크린 방식으로 인쇄하는 것입니다. 레이어 정렬 문제를 고려해 마스크 개구부는 일반적으로 패드보다 크게 만들며, 이는 기본 설계 규칙에서 사용되는 4 mil(~0.1 mm) 확장 값에 반영되어 있습니다.

더 높은 품질의 레이어 정합과 더 정확한 형상 정의를 제공하는 다른 솔더 마스크 적용 기술도 있습니다. 이러한 기술을 사용하는 경우 솔더 마스크 확장값은 더 작거나 심지어 0이 될 수도 있습니다. 마스크 개구부를 줄이면 솔더 마스크 슬리버 또는 실크 대 솔더 마스크 이격거리 위반이 발생할 가능성을 줄일 수 있습니다.

솔더 마스크 슬리버 위반의 예입니다. 보라색은 각 패드 주변의 솔더 마스크 확장을 나타냅니다.

이러한 솔더 마스크 문제와 같은 위반은 완성 보드를 제작하는 데 사용될 제조 기술을 고려하지 않고는 해결할 수 없습니다.

예를 들어, 이것이 고가 제품용의 복잡한 다층 보드라면 고품질 솔더 마스크 기술이 사용될 가능성이 높고, 이 경우 작거나 0에 가까운 솔더 마스크 확장값을 허용할 수 있습니다. 그러나 이 튜토리얼의 보드와 같은 단순한 양면 보드는 저비용 제품으로 제작될 가능성이 더 높으므로, 저비용 솔더 마스크 기술을 사용해야 합니다. 즉, 보드 전체의 솔더 마스크 확장값을 줄여 솔더 마스크 슬리버 위반을 해결하는 것은 적절한 해결책이 아닙니다.

PCB 설계의 많은 측면과 마찬가지로, 해결책은 영향을 최소화할 수 있도록 신중한 절충을 집중적으로 수행하는 데 있습니다.

이 위반을 해결하려면 다음과 같은 방법이 있습니다.

• 솔더 마스크 개구부를 늘려 트랜지스터 패드 사이의 마스크를 완전히 제거하거나

• 허용 가능한 최소 슬리버 폭을 줄이거나

• 마스크 개구부를 줄여 슬리버 폭이 허용 가능한 수준이 되도록 넓힙니다.

이것은 사용될 부품, 제조 기술, 조립 기술에 대한 지식을 바탕으로 내려야 하는 설계 결정입니다. 마스크를 열어 트랜지스터 패드 사이의 마스크 슬리버를 완전히 제거하면 해당 패드 사이에 솔더 브리지가 생길 가능성이 더 커집니다. 반면 마스크 개구부를 줄이면 슬리버는 남게 되며, 이것이 허용 가능할 수도 있고 아닐 수도 있습니다. 또한 마스크와 패드 간 정합 문제의 가능성도 생깁니다.

이 튜토리얼에서는 두 번째와 세 번째 방법을 조합해 사용합니다. 즉, 이 보드에 사용 중인 설정에 적합한 값으로 최소 슬리버 폭을 줄이고, 동시에 트랜지스터 패드에 대해서만 마스크 확장값도 줄입니다.

1. 첫 번째 단계는 허용 가능한 슬리버 폭을 줄이는 것입니다. Constraint Manager 상단의 해당 버튼을 클릭하여 Constraint Manager의 All Rules 보기로 엽니다.

2. 왼쪽 트리에서 Manufacturing 범주의 Solder Mask Sliver 규칙 유형을 찾아 선택한 다음, 메인 그리드 영역에서 MinimumSolderMaskSliver 라는 기존 규칙을 선택합니다.

3. 이와 같은 설계에서는 패드 간격 0.22 mm(~8.7 mil)와 같은 값이면 적절합니다. 규칙의 constraint 영역에서 Minimum Solder Mask Sliver 값을 0.22 로 수정합니다.

   

4. 다음 단계는 트랜지스터에만 적용되는 mask expansion 규칙을 추가하여 mask expansion을 0으로 줄이는 것입니다. 이렇게 하면 솔더 마스크의 개구부가 패드와 동일한 크기가 되어, 패드 사이의 솔더 마스크 슬리버 폭이 패드 간 이격 거리(0.22 mm)와 같아집니다. 왼쪽 트리의 Mask 범주에서 Solder Mask Expansion 규칙 유형을 클릭하여 이 유형의 기존 규칙을 표시합니다. SolderMaskExpansion 라는 규칙이 하나 있어야 하며, 이 규칙은 0.1016 mm(4 mil)의 expansion 값을 지정합니다.

   

   위반이 발생한 것은 트랜지스터 패드뿐이므로 이 값은 수정하지 않습니다. 대신 새 규칙을 만듭니다.

5. 새 Solder Mask Expansion 규칙을 추가하려면 메인 그리드 영역의 빈 공간에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하고 컨텍스트 메뉴에서 Add Custom Rule를 선택합니다. 그러면 SolderMaskExpansion_1라는 새 규칙이 생성됩니다.

   

6. 메인 그리드 영역에서 새 규칙의 이름을 더블클릭하고 SolderMaskExpansion_Transistor 를 입력하여 이름을 변경합니다.

7. 규칙을 클릭하여 Constraint Manager 하단에 해당 설정을 표시합니다.

8. 새 규칙의 scope를 정의합니다. Query Builder 기능을 사용해 scope query를 만들 수 있습니다. Object Match 필드 옆의  버튼을 클릭하고 Open Query Builder 명령을 선택합니다. 열리는 Building Query from Board 대화상자에서 Condition Type / Operator 열의 드롭다운에서 Associated with Footprint를 선택한 다음, Condition Value 열의 드롭다운에서 ONSC-TO-92-3-29-11를 선택합니다. 대화상자에서 OK를 클릭하면 Object Match 필드에 HasFootprint('ONSC-TO-92-3-29-11') 쿼리가 표시됩니다.

   ❯ ❮ Javascript ID: Tutorial_CM_SolderMaskExpansion_New_Query_AD25_2

9. Expansion top 및 Expansion bottom 값에 대해 0를 설정합니다.

   

10. Constraint Manager에서 변경 사항을 저장합니다(File » Save to PCB).

11. 디자인 공간 상단의 탭을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 컨텍스트 메뉴에서 Close Multivibrator.PcbDoc [Constraints] 명령을 선택하여 Constraint Manager를 닫습니다.

12. Projects 패널에서 PCB 문서 항목을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 컨텍스트 메뉴에서 Save 를 선택하여 PCB 문서를 로컬에 저장합니다.

위반 해결 후 Design Rule Check 실행

이제 모든 위반이 해결되었는지 확인하기 위해 DRC를 다시 실행합니다.

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

2. 버튼을 클릭 합니다.

3. 새 보고서가 생성되어 별도의 문서 탭에서 열립니다. 여기에 규칙 위반이 전혀 없는지 확인합니다.

   

   위반이 있으면 이를 해결한 다음 보고서를 다시 생성합니다.

4. 생성된 DRC 보고서를 프로젝트에서 제거합니다. 이 보고서는 설계 릴리스 과정에서 생성됩니다. 이렇게 하려면 Projects 패널의 Generated\Documents 항목 아래에서 보고서 파일을 찾은 다음, 해당 파일을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 Remove from Project 명령을 선택합니다. 열리는 Remove from project 대화상자에서 Delete file 옵션을 선택합니다.

   

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

6. 프로젝트를 Workspace에 저장합니다. 이렇게 하려면 Projects 패널의 프로젝트 항목 옆에 있는 Save to Server 컨트롤을 클릭하고, 열리는 Save to Server 대화상자의 Comment 필드에 의미 있는 설명을 입력한 다음(예: PCB design complete), OK 버튼을 클릭합니다.