전자회로 PCB 설계(Artwork) 과정에서 휴먼 에러를 줄이고 양산 불량을 방지하기 위한 체계적인 설계 검토 방법

전자회로 PCB 설계(Artwork) 과정에서 휴먼 에러를 줄이고 양산 불량을 방지하기 위해서는 체계적이고 효율적인 설계 검토(Design Review) 프로세스가 필수적입니다. 단계별로 핵심적인 검토 항목과 효율적인 검토 방법을 정리해 드립니다.

1. 설계 전 사전 검토 (Pre-Layout Review)

레이아웃을 본격적으로 시작하기 전, 기반 데이터가 올바른지 확인하는 단계입니다.

• 회로도와 네트리스트(Netlist) 정합성 확인: 회로도(Schematic) 변경 사항이 PCB에 누락되지 않았는지 비교 검증합니다.

   이 부분은 ORCAD ALLEGRO 사용자라면 회로도와 PCB 레이아웃을 기본적으로 동기화해서 작업하다보니 누락되는 경우는 없습니다.

• 풋프린트(Footprint) 정밀 검증: 가장 빈번하게 발생하는 불량 원인 중 하나입니다. 실제 부품 데이터시트(Datasheet)와 PCB 풋프린트의 핀 번호(Pin Map), 패드 크기, 피치(Pitch)가 정확히 일치하는지 교차 확인합니다.

  풋프린트 흔히 라이브러리라고 부르는데 이 부분은 데이타 시트와 완전히 100% 동일할 필요는 없습니다. 동일한 패키지라고 하더라도 제조사마다 약간의 오차가 발생하는데 해당부품에 100% 맞는 라이브러리를 만들기는 사실상 어려움이 있습니다.

동일한 부품이라도 데이타 시트 제작 시점에 따라서 다르기도 하기에 풋프린트에 해당 부품이 잘 들어가는지만 고려하시면 될것 같습니다. 다만, 피치는 꼭!! 확인하셔야지요. 

2. 부품 배치 검토 (Placement Review)

전기적 성능과 노이즈 특성을 좌우하는 매우 중요한 단계입니다.

가능하면 배선하기 전에 배치 검토를 마쳐야 합니다. 대부분의 회로엔지니어들이 설계전에 배치검토를 잘 하지 않고, 설계완료 시점에 수정을 요청하게됩니다. 그렇게되면 수정가능한 부분이 제한적이게 되기때문에 부품 배치는 큰 틀을 잡고 배선전에 꼭 해주시기 바랍니다.

• 기능별 구역화(Partitioning): 아날로그 회로와 디지털 회로, 고주파(RF) 회로와 저주파 회로는 서로 간섭하지 않도록 공간을 분리합니다.
• 전원 및 발열 부품 배치: 전원 회로(DC-DC 컨버터, LDO 등)와 발열 소자는 방열 및 쿨링이 용이한 위치에 배치하고, 민감한 아날로그 소과는 거리를 둡니다.
• 기구적 간섭 확인: 케이스(Enclosure), 커넥터, 스위치, LED 등의 위치가 기구 설계 도면과 정확히 일치하는지 3D 뷰어 기능을 활용해 확인합니다.

3. 배선(Routing) 및 아트워크 검토

• 전원 및 GND 라인 설계: 대전류가 흐르는 전원선은 충분한 선 폭(Width)을 확보하고, GND는 가능한 넓은 플레인(Plane) 형태로 구성하여 임피던스를 낮추고 노이즈를 억제합니다. 비아 갯수는 충분한지도 검토해야합니다.
• 고속 신호 및 차동 신호(Differential Pair): 임피던스 매칭이 필요한 라인은 배선 길이를 맞추고(Length Tuning), 크로스토크(Crosstalk)를 방지하기 위해 신호 간 간격을 충분히 유지합니다. 비아를 사용하는 주변 위주로 최대한 디퍼런셜 형태를 유지했는지 확인이 필요합니다.
• 안테나 및 노이즈 소스 격리: 스위칭 노이즈를 유발하는 회로 주변에는 민감한 신호선이 지나가지 않도록 우회시킵니다. 고속 신호에 사용된 신호 비아옆에는 리턴커런트 패스를 유지시켜 주는 그라운드 비아를 꼭 배치 하도록 합니다.

4. 디자인 규칙 검사 (DRC / ERC)

수동으로 놓치기 쉬운 오류를 툴을 통해 일괄 검증하는 필수 단계입니다.

DRC는 PCB설계자가 보는 부분이기 때문에 사용자가 부여한 설계 규칙에 대한 검사입니다.

그래서, 애초에 설계룰이 없어서 확인이 누락되는 경우도 있습니다.

임피던스 기판의 경우 각 층별 임피던스 값이 맞는지 검토가 필요합니다.

• 설계 규칙 검사(DRC, Design Rule Check): 배선 간 간격(Clearance), 최소 선 폭, 비아(Via) 크기 등이 PCB 제작 업체(Manufacturer)의 공정 능력(Capabilities) 스펙 내에 있는지 확인합니다.
• 미연결 네트(Unconnected Nets) 및 단락(Short) 검사: 배선이 누락되었거나 원치 않는 쇼트가 발생한 곳이 없는지 툴의 에러 리스트를 완벽히 클리어합니다.

5. DFM / DFA / DFT 검토 (제조·조립·테스트 용이성)

• DFM (Design for Manufacturing): 패턴 미세화로 인한 패드 이탈, 솔더마스크 브릿지 위험, 에각 배선(Acid Trap) 등이 없는지 확인합니다.
• DFA (Design for Assembly): 자동 SMT 장비가 부품을 실장할 때 부품 간 간격이 너무 좁아 납땜 불량(Shadowing 등)이 발생하지 않는지 검토합니다.
• DFT (Design for Test): 양산 검사를 위한 테스트 포인트(Test Point)가 프로브 핀과 접촉하기에 충분한 크기와 간격으로 배치되어 있는지 확인합니다.

6. 최종 산출물 검증 (Gerber & ODB++ Review)

• 거버 뷰어(Gerber Viewer) 활용: CAD 툴에서 내보낸 거버(Gerber) 파일을 별도의 독립된 뷰어 프로그램으로 열어 마스크(Solder Mask), 실크(Silk), 패턴(Copper), 드릴(Drill) 레이어 간의 정합성을 최종 육안 및 자동 검증합니다.

💡 효율적인 검토를 위한 팁

1. 체크리스트(Checklist) 활용: 반복적으로 발생하는 실수(예: 전원선 폭 미달, 핀맵 반전 등)를 모아 팀 내 표준 체크리스트를 만들고 대조합니다.
2. 동료 검토(Cross-Review): 설계자 본인은 자신이 만든 도면에 시각적으로 익숙해져 오류를 놓치기 쉽습니다. 다른 엔지니어와 교차 검토(Cross-Check)를 진행하는 것이 가장 효과적입니다.

사람이 하는 일이다 보니 휴먼오류가 발생할 수 있습니다.

이러한 휴먼오류를 최소화 하기 위해서 설계자는 휴먼오류 방지 방법을 학습하고, 연구하여야 합니다.