PCBInside

DFA (Design for Assembly)

PCB제조 업체에서 만들어진 PCB는 조립업체로 보내져 조립 과정을 거쳐야 완성된 PCB가 된다. 조립이 되기 전의 PCB를 베어(bare) PCB라고 부르고 조립이 완료된 PCB를 PCA(printed circuit assembly) 혹은 PCBA(printed circuit board assembly)라고 부른다.

조립은 크게 자동과 수동이 있다. 보드의 부품이 적고, 핀간 피치가 너무 좁지 않으며, 보드의 수가 적은 경우에는 수동 조립이 가능하나 위 3가지 조건 중 하나라도 만족하지 못할 경우 자동 조립을 이용하는 것이 비용과 시간 면에서 효과적이다.

PCB 제조 과정에도 수율이 있듯이 조립 과정에도 수율이 있다. 그리고 디자인 어떻게 하느냐에 따라서 조립 수율이 좋아질 수도 있고 나빠질 수도 있다. 수율을 결정하는 디자인 요소는 크게 2 가지로 첫째가 패드 디자인이고 둘째는 부품간의 간격 및 배치이다.

먼저 패드 디자인에 대해서 살펴 보자. 수동 조립의 경우에는 자동 조립에 비해서 패드 사이즈가 커야 한다. 그러나 자동 조립을 한다면 가급적 작은 패드가 좋다. 따라서 같은 부품의 패드라 하더라도 자동용과 수동용을 따로 관리하는 것이 수율을 높일 수 있다. 가장 좋은 패드는 업체에서 제공하거나 추천하는 패드를 사용하는 것이 수율 향상에 도움이 된다. 업체에서 제공하는 패드가 없을 경우, 다음 디자인 가이드를 따르면 수율을 향상 시킬 수 있다. 먼저 SM(surface mount) 패드의 디자인은 패드가 부품의 단자를 충분히 감쌀 수 있도록 크게 하고, 패드와 패드 사이의 거리는 멀게 하는 것이 수율 향상에 도움이 된다. 그리고 패드 사이의 솔더 마스크는 없애는 것이 좋다. 두 번째로, IM(insertion mounting) 패드의 경우, 홀의 사이즈 결정이 매우 중요한데, 너무 크면 솔더가 홀 밖으로 빠져나가고 너무 작으면 솔더가 홀 속으로 들어가지 않는다. 다음 공식을 사용해 보자. 아울러 Thermal relief도 반드시 사용해야 한다. 그렇지 않을 경우 패드 들뜸(delamination)이 발생한다.

홀 사이즈 = 핀 직경 + (plating 두께 x 2) + pin pitch tolerance + (0.05~0.1)

두 번째 수율 결정 요소인 부품의 간격에 대해서 살펴 보자. 부품의 간격이 너무 넓으면 공간이 낭비되지만, 너무 가깝게 하면 조립 수율이 나빠질 수 있다. 예를 들어, 패드 간격이 너무 가까우면 서로 short가 발생할 수도 있고, 부품을 픽업(pick-up)하기 어려울 수도 있다. 디자인을 시작하기 전에, 수율에 영향을 주지 않는 최소 부품 간격을 조립 업체에 문의해서 반드시 확인해보아야 한다. 또한 디스크릿(discrete)류의 부품을 큰 부품에 너무 가까이 붙이면 냉납(cold soldering)이 발생할 소지가 있다. 업체로부터의 가이드가 없다면 디스크릿류는 1 mm 이상, 부품은 2.5 mm 이상 띄우는 것이 바람직하다. 배치도 간격만큼 중요하다. 기계적 스트레스로부터 부품을 보호하기 위해서, 코너나 가장자리로부터 5mm 이상 안쪽으로 부품을 배치하는 것이 좋고 센터를 피하는 것도 좋은 방법이다. 패널을 분리하는 과정이나 PCB를 다루는 과정에서 코너나 가장자리 혹은 중앙 부위는 기계적 스트레스를 많이 받는다.

그 외에, 부품의 배치에 따라서 조립 머신의 속도가 빠르거나 느려질 수 있고, 패드에서의 팬아웃(fan-out) 라우팅 방법에 따라서도 수율이 영향을 받을 수 있다.