PCB 회로 설계 시 자주 발생하는 오류와 해결 방법

전자제품의 심장이라고 할 수 있는 PCB(인쇄회로기판)는 설계 과정에서의 작은 실수도 전체 제품의 성능 저하나 불량으로 직결됩니다. 그래서 PCB 설계 단계에서 발생하는 대표적인 오류들을 미리 알고, 현명하게 예방하는 것이 무엇보다 중요합니다. 이번 포스팅에서는 실제 설계 현장에서 자주 발생하는 오류 유형을 짚어보고, 이를 해결하거나 예방할 수 있는 구체적인 방법들을 예시와 함께 알려드리겠습니다.

 

부품 배치 오류와 효율적인 배치 전략

PCB 설계에서 가장 먼저 진행하는 작업은 바로 부품 배치(Component Placement)입니다. 부품 배치는 단순히 기판 위에 부품을 올려놓는 행위가 아니라, 회로의 신호 흐름, 발열, 전자파 간섭, 제조 용이성 등 다양한 요소를 종합적으로 고려해야 하는 매우 중요한 단계입니다.

• 부품 위치가 신호 흐름과 맞지 않아 배선이 복잡해짐
• 발열 부품이 밀집되어 냉각이 어려움
• 크기와 모양이 맞지 않는 부품 배치로 제조 불량 발생

1) 해결 방법 및 배치 팁

• 신호 흐름을 고려해 부품을 논리적 순서대로 배치
• 고열 부품은 기판 외곽 또는 냉각팬과 가까운 곳에 배치
• 크기가 큰 부품과 작은 부품을 적절히 분산 배치하여 공간 효율 극대화
• 자동 배치 기능 활용 시 수동 조정 병행

2) 예시: 스마트폰 PCB 부품 배치

부품종류	위치선정 기준	비고
CPU, 메모리	PCB 중앙, 신호 간섭 최소화 위치	고발열 부품, 냉각 필요
무선 통신 모듈	PCB 가장자리, 안테나 근처	신호 강도 최적화
전원 공급 부품	PCB 하단, 발열 분산 용이한 위치	안정적 전원 공급
커넥터 및 인터페이스	PCB 주변부, 사용자가 연결하기 쉬운 위치	조립 및 유지보수 편리

 

전기적 간섭(EMI)과 신호 간섭 문제

전자기기의 성능과 신뢰성에 큰 영향을 미치는 요소 중 하나가 바로 전기적 간섭, 즉 EMI(Electromagnetic Interference)입니다. PCB 설계 시 EMI 문제를 제대로 관리하지 못하면, 신호가 왜곡되거나 데이터 전송 오류가 발생해 제품이 오작동할 수 있습니다. 아래는 PCB 설계 시 발생하는 대표적인 EMI 원인과 이를 줄이기 위한 설계 가이드입니다.

EMI 원인	상세 설명	해결방법
신호선의 불필요한 길이 및 루프	신호선이 길거나 불필요하게 꼬여 루프를 형성하면 노이즈 수신 가능성 증가	신호 경로를 가능한 짧고 직선으로 설계, 루프 최소화
신호선과 전원선 근접 배치	신호선이 전원선과 너무 가까워 전원 노이즈가 신호에 영향을 미침	신호선과 전원선을 분리하고 충분한 간격 유지
접지(Ground) 설계 부족	접지 평면이 작거나 분리되어 있어 안정적인 신호 기준점 제공 불가	넓은 접지 평면 확보 및 단일 접지 시스템 구축
고속 신호와 저속 신호의 혼재	고속 신호와 저속 신호가 인접하면 고속 신호가 저속 신호에 간섭 발생	신호 그룹 분리, 차동 쌍 사용 및 적절한 차폐 적용
차폐 및 필터링 미흡	외부 전자파 차단 및 내부 신호 정화를 위한 필터링이 부적절	금속 차폐 케이스 사용, 페라이트 비드 및 EMI 필터 적용

• 접지 설계 최적화: 신호선 접지선을 가까이 배치 , 넓고 연속적인 접지 평면을 구성해 EMI를 효과적으로 흡수 및 차단
• 트레이스(배선) 레이아웃 개선: 신호선 길이를 줄이고 불필요한 루프를 제거하며, 고속 신호는 차동 신호 형태로 설계
• 적절한 신호 분리: 고속과 저속 신호, 아날로그와 디지털 신호를 분리하여 간섭 최소화
• 차폐 및 필터링 적용: 금속 케이스와 EMI 필터, 페라이트 코어를 활용해 외부 간섭 차단

 

배선 오류와 단선·단락 방지법

PCB에서 가장 치명적인 오류는 배선 연결 실수입니다. 단선은 신호가 전달되지 않고, 단락은 회로를 망가뜨릴 수 있어 반드시 주의해야 합니다.

1) 자주 발생하는 배선 오류

• 지나치게 얇은 배선으로 전류 용량 부족
• 배선 간 간격 미준수로 인한 단락 위험
• 연결 누락 또는 잘못된 연결

2) 올바른 배선 설계 방법

• 트레이스 폭은 예상 최대 전류에 맞춰 설계 (예: 1A당 1mm 폭 권장)
• 최소 간격은 IPC 규격 준수 (일반적으로 0.2mm 이상)
• 설계 프로그램의 DRC(Design Rule Check) 기능 적극 활용
• 복잡한 회로는 분할 배선으로 가독성 향상

3) 트레이스 폭 및 간격 가이드라인

전류량(A)	권장 트레이스 폭(mm)	최소 트레이스 간격(mm)
0.5	0.3	0.2
1	0.5	0.2
3	1.0	0.3
5	1.5	0.3

 

비아(Via) 설계 시 주의사항 

PCB 설계에서 비아(Via)는 여러 층으로 이루어진 다층기판에서 서로 다른 층을 전기적으로 연결하는 매우 중요한 요소입니다. 하지만 비아를 잘못 설계하면 신호 손실, 제조 난이도 상승, 비용 증가 등 여러 가지 문제를 초래할 수 있습니다. 따라서 비아 설계는 단순한 구멍 뚫기가 아니라 신중한 계획과 기술적 이해가 필요한 과정입니다.

 

• 비아 종류와 특성 이해
  • 통과 비아(Through Via) : PCB 전체 층을 관통하는 가장 일반적인 비아
  • 스루홀 비아(Blind Via) : 외부층과 내부층을 연결하지만 PCB를 완전히 관통하지는 않는 비아
  • 매몰 비아(Buried Via) : 내부층끼리만 연결되어 외부층에서는 보이지 않는 비아
• 비아 크기 및 간격 최적화
  • 너무 작은 비아는 도금 불량 위험이 있으며, 너무 큰 비아는 신호 간섭을 유발할 수 있습니다.
  • 제조사 권장 최소 사이즈를 반드시 준수하며, 인접 비아 간 간격도 충분히 확보해야 합니다.
• 비아 개수 최소화
  • 비아가 많으면 PCB 제조 비용 증가와 신호 지연, 신호 품질 저하가 발생할 수 있습니다.
  • 설계 단계에서 불필요한 비아를 줄이고 신호 경로를 최적화하는 것이 중요합니다.
• 중요 신호 경로 비아 설계 주의
  • 고속 신호선이나 RF 신호는 비아를 최소화하고, 필요 시 스택드 비아(Stacked Via) 등 고급 기법 사용 검토
  • 비아 주변에 충분한 접지 평면을 배치해 노이즈 억제 및 신호 무결성 유지
• 비아 위치 선정
  • 기계적 강도를 고려해 비아를 PCB 가장자리나 부품 장착 부근에 과도하게 배치하지 않도록 주의
  • 열 발생 부근 비아 사용 시 열 분산 효과도 함께 고려

비아 설계는 PCB의 신뢰성과 성능을 좌우하는 중요한 부분인 만큼, 제조사와 긴밀한 협의를 통해 최적의 설계 기준을 설정하는 것이 좋습니다. 최신 PCB 설계 소프트웨어에서도 비아 설계 가이드라인과 검사 기능을 제공하니 적극 활용하시길 권장합니다.

설계 검증 및 테스트 부족이 가져오는 문제

PCB 설계가 완성되었다고 해서 모든 작업이 끝난 것은 아닙니다. 설계 검증과 테스트 과정은 제품의 품질과 신뢰성을 결정짓는 매우 중요한 단계입니다. 이 과정을 소홀히 하거나 생략하면, 제조 후 예상치 못한 결함이 발견되어 대규모 재작업과 비용 손실로 이어질 수 있습니다. 따라서 설계 단계부터 꼼꼼한 검증과 테스트를 수행하는 것이 무엇보다 중요합니다.

1) 검증과 테스트 부족이 초래하는 대표적인 문제점과 예방책

문제점	상세설명	에방 및 해결 방안
회로도와PCB 레이아웃 불일치	설계 도면과 실제 PCB 배치가 달라져 연결 오류 발생	LVS(Layout Versus Schematic) 검사 철저 수행
설계 규칙 미준수	트레이스 폭, 간격, 비아 크기 등 설계 규칙을 지키지 않아 제조 불량 유발	DRC(Design Rule Check) 기능 활용, 규격에 맞는 설계 준수
신호 간섭 및 전기적 문제	신호 무결성 테스트 부족으로 신호 왜곡, EMI 문제 미발견	시뮬레이션 및 신호 무결성 검증, EMI 분석 도구 활용
제조 공정과 맞지 않는 설계	제조사가 요구하는 최소 한계치 미준수로 제조 지연 및 재작업 발생	제조사와 사전 협의, 설계 규격 및 제한사항 사전 반영
프로토타입 테스트 부족	초기 시제품 테스트 부족으로 제품 신뢰성 검증 미흡	시제품 제작 후 기능 및 환경 테스트 철저 실시
불완전한 문서화	설계 변경사항 및 테스트 결과 기록 누락으로 추후 유지보수 및 수정 시 혼란 발생	체계적 문서 관리 및 변경 이력 기록, 테스트 결과 정리

• DRC (Design Rule Check) : 설계 규칙 준수 여부를 자동으로 검사하여 오류 사전 차단
• LVS (Layout Versus Schematic) : 실제 PCB 레이아웃과 회로도 간의 일치 여부 확인
• 시뮬레이션 테스트 : 전기적 특성, 신호 무결성, EMI 등 다각도로 성능 분석
• 프로토타입 제작 및 실제 테스트 : 초기 제품을 통해 기능 정상 여부 및 환경 적합성 검증

---

PCB 설계는 단순한 도면 작업이 아니라, 전자제품의 완성도를 결정하는 핵심 단계입니다. 위에서 설명한 오류 유형과 해결법을 미리 숙지하고 적용하면, 설계 오류를 줄이고 개발 기간과 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 설계 자동화 도구를 활용하되, 설계자의 꼼꼼한 점검과 현장 경험이 더해질 때 고품질 PCB가 탄생합니다.

---

 

PCB보드란 무엇인가요? 전자기기의 핵심, 기초부터 알아보기