PCB 제작을 위한 구성 요소와 검증

회로도(schematic)에서 보드로 넘어가는 것은 넷리스트(netlist)와 부품 목록(bill of materials)이다. 그 둘을 만들어 내는 것이 심볼(symbol)이므로, 심볼이 틀리면 보드가 틀린다.

시뮬레이션 축과 마찬가지로 이 축의 오류도 조용하다. 핀 번호가 어긋난 심볼은 배선(routing)을 정상으로 완성시키고 DRC 도 통과한다. 틀렸다는 사실은 조립된 보드에 전원을 넣을 때 드러난다.

1. 핀 번호와 패드 번호 — 유일한 접합면

심볼과 풋프린트(footprint)는 핀 번호와 패드(pad) 번호가 같은 것끼리 맞물린다. 그 외에는 아무것도 연결되지 않는다.

심볼 쪽	풋프린트 쪽	맞물리는가
핀 번호 1	패드 번호 1	맞물린다 — 이것뿐이다
핀 이름 VCC	패드에는 이름이 없다	쓰이지 않는다
핀 위치	패드 위치	무관하다

이 단순한 규칙에서 실무 결론이 나온다.

• 핀 번호는 데이터시트의 물리적 핀 번호여야 한다. 기능 순서로 매기면 안 된다
• 번호는 문자열이다. BGA 는 A1 · B7 처럼 영숫자를 쓴다. 풋프린트도 같은 문자열이어야 한다
• 번호가 비면 그 핀은 보드로 나가지 못한다. 넷리스트에 실을 키가 없다

1.1 자주 어긋나는 자리

상황	무슨 일이 생기는가
패키지 변경	같은 기능인데 핀 번호가 달라진다. 심볼만 재사용하면 전부 어긋난다
커넥터	제조사마다 번호 매김이 다르다 — 지그재그·양끝 시작 등
극성(polarity) 부품	다이오드·전해 커패시터의 1번이 어느 쪽인지가 라이브러리마다 다르다
반전 배치	커넥터 짝을 맞출 때 번호 순서가 뒤집힌다
노출 패드	바닥 방열 패드에 번호가 있는 패키지가 있다. 심볼에 그 핀이 없으면 접지가 빠진다

노출 패드 누락은 특히 흔하다. 데이터시트가 핀 목록 아래에 따로 적어 두는 경우가 많아 눈에 띄지 않는다. 그 패드가 접지 겸 방열 경로인 부품에서는 동작과 발열이 함께 문제가 된다.

2. 풋프린트 연결

Footprint 는 고정 특성 다섯 중 하나다. 비어 있으면 그 부품은 보드에 올라가지 못한다.

2.1 하나가 아니라 여럿을 둔다

같은 심볼이 여러 패키지와 짝을 이룰 수 있다.

부품	가능한 패키지
저항	0402 · 0603 · 0805 · 1206
연산증폭기	SOIC-8 · MSOP-8 · SOT-23-5

기본 풋프린트를 하나 정해 두고 대체 목록을 함께 두면, 배치 단계에서 조달 사정에 맞춰 고를 수 있다. 목록을 두지 않으면 사용자가 직접 이름을 입력하게 되고, 오타가 그대로 보드로 간다.

주의

패키지가 다르면 핀 번호 대응도 확인해야 한다. SOIC-8 과 SOT-23-5 는 핀 수부터 다르므로 같은 심볼을 쓸 수 없다. “대체 가능” 은 핀 수와 번호 대응이 같을 때만 성립한다.

2.2 라이브러리 사이의 참조

풋프린트 이름을 문자열로 적어 두면 그 풋프린트가 사라지거나 이름이 바뀌었을 때 조용히 끊긴다. 라이브러리 이름과 함께 적고, 출도 전에 실제로 찾아지는지 확인하는 검사를 둔다.

3. 조달로 나가는 정보

보드를 만들려면 부품을 사야 한다. 그 정보의 출처도 심볼이다.

항목	왜 필요한가
제조사 · 제조사 부품 번호	구매의 유일한 키. 값만으로는 부품을 특정할 수 없다
값	10k · 100nF
정격	전압·전력·전류. 값이 같아도 정격이 다르면 다른 부품이다
허용오차	1 % 저항과 5 % 저항은 다른 부품이다
온도 특성	커패시터의 X7R · C0G 는 성능이 다르다
실장 여부	미실장(DNP) 표시
BOM 포함 여부	체결 홀·기준점처럼 사지 않는 것

값만 적힌 심볼은 BOM 을 만들 수 없다. 100nF 커패시터는 정격 전압과 온도 특성에 따라 특성이 크게 달라진다. 라이브러리 단계에서 정해 두지 않으면 구매 단계에서 임의로 고르게 된다.

3.1 다중 게이트와 참조 지정자

4회로 NAND 를 게이트 넷으로 나눠 배치하면 회로도에는 U1A · U1B · U1C · U1D 가 나타난다. 그러나 물리적으로는 부품 하나다.

층위	개수
회로도 게이트	4
보드 부품	1 (U1)
BOM 수량	1

그러므로 다음이 성립해야 한다.

• 네 게이트가 같은 참조 지정자(reference designator) 번호를 갖는다
• 풋프린트는 하나만 배치된다
• BOM 수량은 게이트 수가 아니라 부품 수로 센다
• 미사용 게이트도 부품의 일부다. 남은 게이트의 입력을 어딘가에 묶어 두어야 한다

마지막 항목은 회로 문제이면서 문서 문제다. 미사용 게이트를 회로도에 그려 두지 않으면, 그 입력이 떠 있다는 사실이 검토에 드러나지 않는다.

4. 검증

4.1 심볼 단계에서 기계가 잡는 것

#	검사	심각도(severity)
1	같은 게이트 안에 중복된 핀 번호가 있는가	오류
2	번호가 빈 핀이 있는가	오류
3	같은 자리에 다른 번호·종류의 핀이 겹쳐 있는가	오류
4	핀의 전기 종류가 미지정인가	경고
5	핀 끝점이 배선 격자(grid)를 벗어났는가	경고
6	게이트마다 핀 구성이 어긋나는가	경고
7	전원 심볼의 규약(핀 1개 · 전원 입력 · 숨김)을 지키는가	오류

같은 자리에 겹친 핀이라도 번호·종류·이름이 모두 같으면 정상이다. 여러 개의 접지 핀을 한 자리에 포개 그리는 것은 널리 쓰이는 관례다. 3번 검사는 그 예외를 인정해야 한다.

4.2 심볼과 풋프린트의 대조

이것이 이 축에서 가장 중요한 검사다.

#	검사
1	Footprint 가 비어 있지 않은가
2	그 풋프린트가 라이브러리에서 실제로 찾아지는가
3	핀 개수와 패드 개수가 같은가
4	심볼의 모든 핀 번호가 패드 번호 집합에 있는가
5	반대로, 패드에만 있고 심볼에 없는 번호가 있는가

3~5 는 전수 대조이며 기계가 완전히 할 수 있다. 이 검사가 노출 패드 누락과 커넥터 번호 불일치를 잡는다. 심볼 라이브러리에 이 검사 하나만 붙여도 보드 사고가 크게 준다.

참고

5번은 경고가 아니라 확인 항목으로 두는 편이 낫다. 패드에만 있는 번호가 정상인 경우가 있다 — 기구적 고정용 패드 같은 것이다. 다만 “정상인지 확인했다” 는 기록이 남아야 한다.

4.3 사람이 대조하는 것

기계가 잡지 못하는 것은 번호와 기능의 대응이다. 개수가 맞고 번호가 맞아도 3번 핀이 SDA 인지 SCL 인지는 데이터시트를 봐야 안다.

1. 데이터시트의 핀 배치도를 연다
2. 심볼의 핀을 번호 순서로 짚으며 이름을 대조한다
3. 극성 부품은 1번이 어느 쪽인지 별도로 확인한다
4. 풋프린트의 1번 패드 표시가 데이터시트의 1번 위치와 맞는지 확인한다

4번은 심볼이 아니라 풋프린트의 문제이지만, 같은 자리에서 함께 보는 편이 효율적이다.

4.4 출도 전 대조

라이브러리가 옳아도 도면에서 어긋날 수 있다. 출도 직전에 다음을 확인한다.

#	확인
1	도면에 쓰인 심볼이 라이브러리의 현재 판과 같은가 — 오래된 사본이 박혀 있지 않은가
2	풋프린트가 지정되지 않은 부품이 남아 있는가
3	제조사 부품 번호가 빈 부품이 있는가
4	미실장 표시가 의도한 것인가
5	BOM 수량 합과 배치 파일의 줄 수가 맞는가

1번이 특히 중요하다. 도면은 배치 시점의 심볼 사본을 갖는 경우가 많아, 라이브러리를 고쳐도 이미 배치된 부품은 옛 정의를 유지한다. 라이브러리 수정 후에는 도면을 갱신해야 한다.

5. 확정 전 점검 항목

축	확인
번호	핀 번호가 데이터시트의 물리적 번호인가
번호	중복·누락된 번호가 없는가
번호	노출 패드에 번호가 있는 패키지인가 — 있다면 심볼에 넣었는가
풋프린트	지정되어 있고 라이브러리에서 찾아지는가
풋프린트	핀 번호 집합과 패드 번호 집합이 일치하는가
풋프린트	대체 목록의 후보들이 핀 수·번호 대응까지 같은가
조달	제조사 부품 번호·정격·허용오차가 채워졌는가
게이트	다중 게이트 부품의 BOM 수량이 부품 수로 세어지는가
기구	BOM 제외·배치 제외가 표시되었는가
갱신	라이브러리를 고친 뒤 도면을 갱신했는가