PCB 설계 시 티어드롭을 추가해야 할까요?

이 질문은 전자 산업의 신입 및 숙련된 엔지니어 모두에게서 긴 논쟁을 불러일으킬 수 있습니다. 일부는 신뢰성을 향상시키기 위해 티어드롭을 전체 보드에 추가해야 한다고 주장하며 이를 '생명을 구하는 작업'이라고 부릅니다. 반면, 다른 사람들은 고주파 보드에 티어드롭을 추가하면 신호 오류가 직접 발생한다고 불만을 제기하며 강력하게 반대합니다. 더욱 혼란스러운 것은 숙련된 엔지니어들이 완전히 상반된 접근 방식을 가지고 있다는 것입니다.

실제로 티어드롭에 대해 '반드시 추가해야 한다' 또는 '절대 추가하지 말아야 한다'는 표준적인 답은 없습니다. 핵심은 티어드롭의 진정한 기능을 이해하고 적절한 적용 시나리오를 찾는 것입니다. 오늘 우리는 PCB 티어드롭의 핵심 로직을 간단한 용어로 설명하여 다시는 이 문제에 대해 걱정할 필요가 없도록 하겠습니다!

먼저 이것을 이해하십시오: 티어드롭은 '장식'이 아니라 5가지 실용적인 기능의 집합입니다.

티어드롭은 PCB 트레이스와 패드 또는 비아 사이의 눈물 방울 모양 또는 아치형 전환 구리 영역입니다. 사소해 보일 수 있지만 5가지 주요 기능을 숨기고 있습니다:

1. 연결 강화:
의류 솔기의 보강 스트립처럼 티어드롭은 트레이스와 패드 사이의 접촉 면적을 늘려 외부 힘을 분산시킵니다. 제품 운송 중의 진동, 사용 중의 플러그 삽입 및 제거, 또는 나중의 유지 보수 및 커넥터 제거 등, 패드와 트레이스가 찢어지는 것을 방지하여 기계적 강도를 직접 두 배로 늘립니다.

2. 패드의 '고장'으로부터 보호:
여러 번의 납땜 사이클 동안 패드는 반복적으로 열팽창 및 수축 응력을 견디며 쉽게 뒤틀리고 벗겨집니다. 생산 중의 불균일한 에칭과 비아 정렬 불량 또한 패드 균열을 유발할 수 있습니다. 티어드롭은 완충재처럼 작용하여 열 응력을 흡수하고 이러한 고장 위험을 줄입니다.

3. 원활한 신호 전송 보장:
트레이스와 패드 너비가 갑자기 변경되면 신호가 반사 및 감쇠되기 쉽습니다. 티어드롭의 부드러운 전환은 임피던스 변화를 줄여 신호 전송을 더욱 원활하게 하고 '교통 체증'을 방지합니다.

4. 생산 '수율' 향상:
드릴 비트는 드릴링 중에 불가피하게 약간의 편차를 갖습니다. 티어드롭의 추가 구리 허용량은 이에 대한 '쿠션' 역할을 하여 드릴링 편차로 인한 트레이스 파손을 방지합니다. 또한 에칭 과정에서 과도한 에칭 문제를 줄여 공장이 생산 과정에서 오류에 대한 더 높은 허용 오차를 갖도록 합니다.

5. 미적 '보너스':
단단한 직각 연결에 비해 티어드롭은 트레이스와 패드 사이의 전환을 더욱 자연스럽게 만들어 PCB의 전체적인 외관을 향상시킵니다. 보드가 더욱 정돈되고 전문적으로 보이며 시각적 효과가 직접적으로 향상됩니다.

이러한 시나리오에서 티어드롭은 '필수'이며, 이를 생략하면 불가피하게 문제가 발생합니다.

실제 적용 시나리오를 기반으로 제품 고장 위험을 크게 줄이기 위해 다음 4가지 상황에서 티어드롭을 우선적으로 추가하는 것이 좋습니다:

1. 높은 기계적 응력 환경: 필수 추가
자동차 전자 제품, 산업용 컨트롤러, 자주 플러그를 꽂고 빼는 커넥터 인터페이스와 같은 제품은 진동, 충돌 또는 빈번한 플러그 삽입/제거에 노출됩니다. 트레이스와 패드 사이의 연결은 응력이 집중되는 '약점'입니다. 둥근 모양 또는 '눈사람' 모양의 티어드롭을 선택하는 것이 좋으며, 이는 응력을 효과적으로 분산시키고 사용 중 파손 고장을 방지할 수 있습니다.

2. 고주파/고속 신호 시나리오: 주의해서 추가
5G 통신 모듈 및 고속 메모리 인터페이스와 같은 고주파 및 고속 회로는 신호 무결성에 대한 요구 사항이 매우 높습니다. 티어드롭을 맹목적으로 추가해서는 안 되며, 부드럽고 곡선형 티어드롭을 우선적으로 사용하고, 티어드롭으로 인한 신호 왜곡을 방지하기 위해 시뮬레이션을 통해 임피던스 매칭을 확인해야 합니다.

3. 고밀도 PCB: 선택적 추가
휴대폰 마더보드 및 웨어러블 장치와 같은 고밀도 보드는 라우팅 공간이 매우 제한적입니다. 전체 보드에 티어드롭을 추가하면 추가 공간을 차지하고 라우팅 밀도에 영향을 미칩니다. 중요한 패드와 비아에만 추가하고, 중요하지 않은 영역에서는 생략하여 신뢰성과 라우팅 효율성의 균형을 맞추는 것이 좋습니다.

4. 대량 생산 최적화 시나리오: 필요에 따라 조정
저가형 소비자 전자 제품의 경우, PCB 제조업체의 공정 능력이 평균 수준(예: 낮은 드릴링 정확도)인 경우, 공정 결함을 보완하고 대량 생산 수율을 향상시키기 위해 티어드롭 커버리지 영역을 적절하게 늘릴 수 있습니다. 제조업체의 공정이 성숙된 경우, 공간 낭비를 방지하기 위해 기존 크기를 사용할 수 있습니다.

이 3곳에 티어드롭을 추가하는 것은... 티어드롭을 추가하는 것과 같습니다: 주의해서 진행하십시오!

모든 시나리오에 티어드롭을 추가하는 것이 적합한 것은 아닙니다. 다음 상황에서 맹목적으로 추가하면 역효과만 발생합니다:

1. 임피던스에 민감한 영역:
안테나 및 차동 쌍과 같이 임피던스 요구 사항이 매우 높은 영역의 경우, 티어드롭을 추가하기 전에 임피던스 검증을 수행해야 합니다. 티어드롭이 임피던스 불일치를 유발하면 제품 성능에 직접적인 영향을 미쳐 추가하지 않는 것보다 더 나빠질 수 있습니다.

2. 초고밀도 보드:
소형 센서 및 매우 컴팩트한 휴대폰 마더보드와 같이 배선 밀도가 이미 최대화된 제품의 경우, 티어드롭은 라우팅 공간을 더욱 압축하여 라우팅 어려움 또는 단락 위험을 초래할 수 있습니다. 추가 여부를 결정하기 전에 신중한 평가가 필요합니다.

3. 저복잡성 회로:
기계적 강도 및 신호 무결성에 대한 요구 사항이 낮은 간단한 제어 보드 및 일반 소비자 전자 제품의 경우, 티어드롭을 추가하는 이점이 제한적이며 설계 시간만 늘어납니다. 프로세스를 단순화하고 효율성을 향상시키기 위해 티어드롭 설계를 생략할 수 있습니다.

요약: 티어드롭의 핵심 원칙은 '필요에 따라 적용'입니다.

PCB 티어드롭은 본질적으로 회로 기능을 결정하는 핵심 요소가 아닌 '케이크 위의 아이싱' 최적화 설계입니다. 그것은 '만병 통치약'도 아니고 '불필요한 항목'도 아닙니다:

• 신뢰성을 추구하고 복잡한 환경을 다룰 때, 그것은 위험을 줄이는 '보호막'입니다.
• 고밀도 라우팅 및 고주파/고속 신호에 직면했을 때, 그것은 신중한 관리가 필요한 '세부 사항'입니다.
• 단순한 회로와 성숙한 공정을 갖춘 대량 생산 제품에서, 그것은 유연하게 선택할 수 있는 '최적화 옵션'입니다.

우수한 PCB 설계는 기능을 맹목적으로 쌓는 것이 아니라 제품 요구 사항에 정확하게 적응하는 것입니다. 티어드롭의 적용 가능한 시나리오와 설계 기술을 마스터하는 것은 신뢰성, 성능 및 효율성 간의 최상의 균형을 찾는 데 필수적입니다.