PCBInside

DFM은 생산을 고려한 설계로, 제조 spec을 설계에 반영하여 생산 수율, 비용, 납기 등을 만족시키기 위한 설계 방법론을 말한다. PCB 제조 업체마다 생산 능력이 다르므로, PCB가 제조되는 회사의 제조 spec을 반영하여 디자인 룰(가이드)을 만들어야 한다. 아래에 기록된 값들은 하나의 예이다.

1.     보유 드릴 비트(drill bit) 리스트

비트는 단위에 따라 mm 단위를 사용하는 비트와 inch를 사용하는 비트로 나뉜다. 그리고 장공(slot)을 만들기 위한 특수한 비트가 있다.

우리 나라의 경우 통상 제조 업체들이 mm를 사용하는 비트를 준비해 두고 있으므로 mm를 사용하는 것이 오차를 줄일 수 있다. 업체 보유 드릴 리스트를 고려하여 준비된 비트 중에서 드릴 크기를 골라 사용한다. 최대 크기를 벗어난 드릴을 사용해야 할 경우 추가 공정과 비용이 발생할 수 있다.

2.     드릴 보정과 외층 랜드

드릴 홀 사이즈에 따라서 실제 제작 시에 홀 크기 보정이 이루어 진다. 디자이너는 정상적인 홀 형성을 위해서 외층의 랜드 크기를 업체에서 요구하는 최소 크기 이상으로 디자인해야 한다.

 위에서 단위는 mm 이며, 장공 홀의 경우 장공 길이가 비트 크기의 2배가 되지 않으면 홀이 틀어질 수 있다.

3.     보드 두께 별 가능 드릴 사이즈

4.     BGA에서 pitch 별 공정 능력

5.     내부 plane 레이어

6.     신호 레이어

l  BVH, HPL 사용시 trace width 및 spacing은 조금 더 커짐(규격 확인 필요)

7.     hole 관련 거리

l  BGA를 제외한 나머지 홀에 대한 기준.

8.     solder mask

9.     silk screen

10.   outline

DFM (Design for Manufacturing)

PCB 제조 업체들마다 제작할 수 있는 공정의 능력에 차이가 있다. 이는 대부분 장비의 성능에 의존하지만, 그 외에도 업체 고유의 기술적 노하우에 의해서 차이가 발생한다. PCB를 디자인 하기에 앞서, PCB를 제작할 업체에서 무리 없이 제조를 진행할 수 있는지 여부를 확인해야 한다.

먼저 만들고자 하는 PCB의 재료(프리프레그)를 제조 업체에 보유하고 있는지 미리 파악해야 한다. FR-4처럼 흔한 재료는 항상 보유하고 있지만, 예들 들어 폴리에틸렌 계열의 프리프레그 같은 경우에는 재료를 재고로 가지고 있지 않을 수 있다. 이런 재료를 사용할 경우 미리 업체에 재료를 준비 시켜 놓아야 할 것이고, 이런 재료를 사용하여 제작이 가능한지를 알아보아야 할 것이다. 재료는 고주파 영역에서 PCB의 전기적 특성을 많이 좌우하므로 GHz 대역의 신호 설계처럼 고속 회로를 설계할 경우, 설계 단계부터 신중히 결정을 해야 한다.

재료 다음으로 제조 업체의 공정 능력을 파악해야 하는 데, 공정 능력을 파악하는 주요 변수로 사용되는 것이, 최소 패턴(trace)의 폭, 패턴 사이의 최소 간격(spacing), 최소 비아(via)의 직경, 최대 적층 두께, impedance tolerance 등이 있다. 업체 마다 자신들 고유의 이런 공정 능력치를 나타내는 파라미터 값을 가지고 있다. 그리고 이 값들은 절대적인 값이 아니라 어느 정도 만족할 만한 수율(yield)이 확보되는 선에서 결정이 된다. 따라서 이 값을 그대로 사용하는 것은 최소한을 보장하는 것이고 좀 더 좋은 수율을 원한다면 이 값보다 좀 더 마진을 두는 것이 좋다.

PCB 제조업체로부터 받은 공정능력 파라미터를 기초로 하여 디자인 룰을 만든다. 칩의 패드나 소켓의 커넥터 등 신호가 밀집되는 영역에서는 공정능력에 기초하여 타이트한 룰을 적용하고, 대부분의 라우팅(routing)이 이루어지는 일반 영역에서는 ‘3W 룰’처럼 신호의 품질을 유지할 수 있는 느슨한 디자인 룰을 적용하는 것이 바람직하다. 밀집도가 매우 높은 보드에서는 시뮬레이션을 통하여 크로스토크를 산출한 뒤 최소 간격을 정하여 디자인 룰에 반영해야 한다.

제조 업체들은 일반적으로 좀 더 진보된 공정과 일반적인 공정을 가지고 있는데, 진보된 공정을 이용하면 좀 더 섬세하게 – 패턴 폭을 작게 한다거나 임피던스 오차를 작게 한다거나 등 – 제작을 할 수 있다. 그러나 그만큼 비용은 증가한다. 따라서, 보드의 성격 및 특성을 고려하여 어떤 공정을 이용할 지를 결정하는 것이 비용 대비 효과를 증가시킬 것이다.

디자인이 완료되면 아트워크 필름 데이터(주로 ‘거버’ 데이터라 불린다)를 제조 업체에 보내주어 제조를 하게 된다. 이 때, 제조될 PCB가 디자이너의 의도를 제대로 반영하려면 제조와 관련된 디자이너의 의도를 제조자에게 잘 전달해 주어야 한다. 이런 의도를 담은 내용을 팹노트(fabrication note)라고 하는데, 이것도 역시 필름 형태로 만들어 아트워크 필름을 줄 때 같이 포함하여 주면 된다. 팹노트에는 거버 포맷, 보드의 디멘전(dimension), Tg(thermal gradient), 유전체(코어/프리프레그), 적층구조(두께정보 포함), 각종 제조 상의 처리에 관련된 사항, 허용 오차, … 등을 포함할 수 있다.

DFM의 목적은 수율 향상이다. 즉 비용절감이다. 따라서 너무 마지널하게 디자인하지 말고 여유를 두어 디자인하는 것이 필요하다.