안녕하세요, 메카솔루션입니다.
아두이노를 활용해 프로젝트를 진행하다 보면 복잡해지는 회로로 답답할 때가 있습니다. 그럴 때마다 이걸 압축해 버릴 수는 없을까? 고민을 하게 되는데요, 이럴 때 PCB를 사용하면 프로젝트의 퀄리티를 끌어올릴 수 있습니다.
이번 포스팅에서는 우선 PCB에 대한 구조와 용어를 알아보고, 이어지는 포스팅을 통해 PCB 회로를 직접 설계해 보도록 하겠습니다. PCB를 설계할 때 자주 언급되는 용어이니 한 번쯤은 읽어보세요!
PCB란?
좌: 아두이노 우노 PCB(오픈소스), 우: https://www.gadgetronicx.com/multilayer-pcb-explained/
PCB는 Printed Circuit Board의 약자로, 단순히 번역하자면 "인쇄 회로 기판"을 의미합니다. 주로 유리 섬유를 에폭시로 굳힌 소재인 FR-4를 사용하는데요, 소재 양옆에 붙어있는 구리판을 통해 부품과 부품이 연결됩니다. 양옆에 구리판이 위치해 있고, 심지어는 PCB 사이에도 구리판이 있어 아무리 복잡한 회로더라도 하나의 판에 담아낼 수 있게 됩니다.
우리 주변에 있는 컴퓨터, 스마트폰, 심지어는 이어폰까지 여러 형태의 전자 부품에 PCB가 사용되고 있습니다. 여유 공간이 넓을 수도 있지만, 이어폰과 같이 아주 좁은 경우도 있는데요, 그렇기 때문에 PCB는 여러 재질, 그리고 여러 형태로 제작되고 있습니다.
PCB의 종류
1. 종이 페놀 PCB (FR1, FR2)
종이 페놀 PCB는 종이와 페놀 수지를 섞어 만든 PCB입니다. 저렴한 가격이라는 장점을 가지고 있는데요, 저렴한 대신 하나의 층만을 사용하는 1-Layer 보드라는 특징을 가지고 있습니다.
전자기기 기능사나 납땜과 관련된 수업에서 사용하는 갈색 만능기판이 바로 이 소재로 만들어지며, 내구도가 약해 인두기를 오래 대고 있으면 가끔 동판이 떨어지기도 합니다.
이처럼 종이 페놀 PCB는 저렴하지만 약한 내구도라는 단점을 가지고 있습니다.
2. 에폭시 PCB (FR-4)
보통 PCB라 하면 떠올리는 녹색 양면 기판이 바로 에폭시 PCB입니다. 전문 명칭으로는 FR-4로 불리는데요, 에폭시와 유리섬유를 섞어 강한 내구성을 가집니다. 하나의 층만을 가지는 페놀 PCB와 다르게 기본적으로 2층, 많게는 4층, 8층까지도 사용하기도 합니다.
3. 알루미늄 PCB
발열이 높은 전원부, 앰프 등에 주로 사용하는 PCB입니다. 열전도율이 높고 발산이 쉬운 특징을 가지고 있습니다. 특히 LED 모듈에 많이 사용되는데, 빛의 반사를 위해 흰색 PCB를 주로 사용합니다.
PCB의 구조
2개의 층을 가지는 FR-4 기판은 위와 같은 단면 구조를 가집니다. 가공되기 전의 기판은 FR-4 양옆에 구리판이 부착되어 있는 형태이지만, 가공을 진행하며 구리판을 회로에 맞게 자르고 구리판을 보호하는 막을 씌워 위와 같은 구조를 가지게 됩니다.
이때 구리판을 "패턴"이라 부르며, 패턴을 보호하는 녹색 막을 "솔더마스크"라 부릅니다. 보통 PCB라 하면 떠올리는 색상이 바로 솔더마스크의 색상인데요, 대부분의 PCB가 녹색 솔더마스크를 사용해 PCB 하면 녹색이라는 색상이 떠오르게 되는 것입니다.
구리판에 솔더마스크를 바르는 모양, 양쪽의 구리판을 연결하는 방법 등에 따라 위와 같은 구성 요소를 가집니다. 하나씩 살펴봅시다.
1. 솔더마스크&솔더패드
앞서 언급했듯이 "솔더마스크"는 PCB의 가장 바깥쪽에 바르는 코팅을 의미합니다. 패턴 중 납땜을 해야 하는 부위가 있다면 그 부위를 제외하고 솔더마스크를 바르는데요, 그렇게 생기는 부분을 "솔더패드"라 부릅니다.
이처럼 솔더마스크는 납땜을 해야 할 부위를 표시하고 납땜을 하지 않는 부위를 보호해 줍니다.
2. 실크스크린
실크스크린은 솔더마스크를 바른 후 추가적으로 바르는 흰색 물질입니다. 첫 번째 사진처럼 로고를 보여주기도 하고 두 번째 사진처럼 부품의 이름, 위치, 종류, 방향 등을 표시하기도 합니다.
3. Via&논스루홀&스루홀
다음은 PCB에 있는 구멍들입니다. 구멍의 형태에 따라 크게 스루홀(Through Hole)과 논스루홀(None-Through Hole)로 구분합니다. 주로 DIP 부품을 연결하거나 서로 다른 두 레이어를 연결할 때 스루홀을 사용하며, 결합을 위한 구멍으로 논스루홀을 사용합니다.
위 사진을 보면 같은 스루홀이지만 작은 구멍이 보이는데요, 이 구멍을 Via라 부르며 두 레이어를 연결하기 위해 사용합니다. 패턴을 설계하며 서로 다른 두 패턴이 겹쳐 통과하지 못할 경우에는 비어있는 다른 레이어로 우회하게 되는데요, 이때 Via를 이용해 다른 레이어로 연결을 시켜줍니다.
4. 기준점
기준점(Fiducial Marker)은 PCB에 부품을 부착하는 기계인 P&P 머신(Pick and Place Machine)의 보정을 위해 사용하는 패턴입니다. P&P머신은 이 패턴을 참고해 PCB의 위치를 정확히 인식하는데요, 보통 PCB의 양 모서리에 2개 붙여 넣습니다.
여기까지 PCB의 구조에 대해 알아보았는데요, 조금 복잡하죠?
다음 포스팅부터는 설계 프로그램인 "Eagle CAD"을 이용해 PCB 설계를 해보겠습니다!
출처 : 메카 솔루션
'하드웨어 > 아두이노 & 라즈베리파이 관련 기사 모음 (2)' 카테고리의 다른 글
| 8. PCB 설계 방법 (0) | 2022.08.11 |
|---|---|
| 7. 아두이노 센서 정리 (0) | 2022.04.28 |
| 5. PCB (Printed Circuit Board)란??? (0) | 2022.04.15 |
| 4. 아두이노 서보모터 제어하기 (0) | 2022.04.15 |
| 3. 아두이노 포트 찾기 (0) | 2022.04.15 |