전자회로 실무 / 기구·조립 설계

블록 격자(Brick Grid)에 기판을 얹으려면 홀 치수와 끼움을 따로 확인합니다

여러 장의 작은 시험 기판을 케이블로만 이어 두면 책상에서 위치가 바뀔 때 커넥터가 잡아당겨집니다. 기판마다 나사 지지대를 새로 만들기 어렵다면, 일정한 간격으로 돌기가 있는 플라스틱 블록을 임시 받침대로 쓸 수 있습니다. 다만 도면의 구멍이 돌기보다 조금 크다고 해서 기판이 실제로 잘 끼워지거나 이동 중 빠지지 않는다고 볼 수는 없습니다. 여기서는 블록 격자에 맞춘 홀을 어떻게 설계하고, 제작 후 무엇을 시험해야 하는지 구분해 설명합니다.

먼저 돌기와 기판 홀의 기준 치수를 나눕니다

격자 피치(grid pitch)는 이웃한 돌기 중심 사이 거리이고, 스터드(stud)는 블록 윗면의 둥근 돌기입니다. 한 설계안은 중심 피치 8.0 mm, 돌기 지름 4.8 mm, 컴퓨터 지원 설계(CAD, Computer-Aided Design)에 넣은 기판 홀의 드릴 지름 4.9 mm를 사용했습니다. 두 지름의 차이는 0.1 mm이므로, 두 부품을 완벽한 원과 입력 치수 그대로 가정할 때 한쪽의 명목상 반지름 여유는 (4.9 − 4.8)/2 = 0.05 mm입니다. 이는 실제 완성 홀의 최소 여유가 아닙니다. 블록 돌기의 편차, 기판 가공 공차, 도금과 홀 벽 상태를 아직 반영하지 않은 도면 계산입니다.

풋프린트(footprint)는 기판의 패드와 홀 위치를 저장한 설계 도형입니다. 이 설계안의 풋프린트 일곱 종은 모두 지름 6.0 mm의 원형 구리 패드에 4.9 mm 드릴 입력값을 둔 관통 패드(thru-hole pad)입니다. 즉, 원본은 도금 관통 홀(PTH, Plated Through Hole)을 의도한 설계입니다. 기계적 지지만 필요해 구리 패드와 홀 벽 도금을 빼고 싶다면 비도금 관통 홀(NPTH, Non-Plated Through Hole)로 별도 설계하고, 제조사에 요구하는 완성 홀 치수를 확인해야 합니다. NPTH는 원본 풋프린트의 속성이 아닙니다.

인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)의 환형 링(annular ring)은 홀 둘레에 남긴 구리 띠입니다. 이 예시에서 (6.0 − 4.9)/2 = 0.55 mm는 도면상 패드 외경과 드릴 입력 치수의 반경 차이입니다. 완성 후 최소 구리 폭이나 돌기와의 끼움 공차로 읽어서는 안 됩니다. 홀 위치 오차와 도금 후 내경을 포함한 실제 치수는 제작 조건에 따라 따로 확인해야 합니다. 또 구리 띠가 있다고 해서 플라스틱 돌기와 전기 접촉이 생기는 것은 아닙니다. 전기 연결을 의도한다면 접촉 재료·압력·표면 상태를 별도로 설계하고 시험해야 합니다.

한 칸 돌기 하나의 설계 공간 경계인 코트야드(courtyard)는 8 × 8 mm, 연속한 두 칸은 8 × 16 mm처럼 돌기 수에 맞춰 잡을 수 있습니다. 코트야드는 배치 기준선이지 실제 보드 외곽이나 구리가 아닙니다. 사례에서는 보드 외곽을 그 경계 안쪽으로 0.25–0.50 mm 들여 그렸습니다. 이 값은 제조사의 보편적인 구리-외곽 이격 규칙이 아니며, 실제 블록과 이웃 부품에 부딪히지 않는지 확인하기 위한 설계안입니다.

돌기 중심 간격, 홀과 구리 링의 지름, 보드 외곽을 서로 다른 기준으로 표시한 설명도입니다.모바일 그림 크게 보기
돌기 중심 간격, 홀과 구리 링의 지름, 보드 외곽을 서로 다른 기준으로 표시한 설명도입니다. · 클릭하면 확대됩니다.

위 평면도는 CAD 드릴 입력값을 흰 원의 경계로 개념적으로 표시합니다. 원의 크기와 간격은 실척이 아니며, 흰 원이 완성된 도금 홀의 실제 내경을 나타내는 것은 아닙니다. 특히 원본의 PTH에서는 홀 벽에 구리가 형성될 수 있으므로 아래 단면처럼 드릴 입력값과 완성 내경을 분리해서 봐야 합니다.

원본 설계의 도금 관통 홀과 별도 설계가 필요한 비도금 관통 홀을 단면에서 비교한 설명도입니다.모바일 그림 크게 보기
원본 설계의 도금 관통 홀과 별도 설계가 필요한 비도금 관통 홀을 단면에서 비교한 설명도입니다. · 클릭하면 확대됩니다.

한 장의 기판보다 시험 조각으로 먼저 확인합니다

  1. 사용할 블록을 정해 실측합니다. 서로 떨어진 돌기 여러 개에서 중심 간격과 외경을 재고, 블록 종류가 바뀌면 같은 값이라고 가정하지 않습니다. 기판이 놓일 면의 평탄도와 부품·납땜면의 높이도 함께 봅니다.
  2. 홀 중심을 격자에 맞춥니다. CAD에서 원하는 돌기 위치에 홀 중심을 놓고, 두 개 이상의 홀로 기판의 회전 방향을 정합니다. 홀 한 개만으로는 기판이 그 주위를 돌 수 있습니다. 보드 외곽·커넥터·케이블 경로는 별도로 확인합니다.
  3. 드릴 입력값과 완성 홀을 구분합니다. CAD에 4.9 mm를 입력하더라도 제작사가 이를 실제 드릴 공구 지름으로 해석하는지, 보정 후 완성 홀 목표값으로 관리하는지 확인합니다. PTH에는 홀 벽 도금 공정이 추가되므로 완성 내경을 CAD 입력값만으로 단정할 수 없습니다. 시험 조각에는 선택한 제조 공정과 PTH/NPTH 유형을 명시하고, 필요하면 서로 다른 후보 홀 치수를 나란히 배치합니다.
  4. 완성된 시험 조각을 끼워 봅니다. 모든 홀이 동시에 무리 없이 들어가는지, 한쪽만 먼저 끼웠을 때 다른 쪽이 비틀리는지, 빼는 과정에 보드가 휘거나 홀 주변이 손상되는지 확인합니다. 힘을 줘야 들어가면 홀을 키우기 전에 피치 오차·가공 뒤 홀 가장자리에 남는 돌출부인 버(burr)·도금·블록 편차를 구분합니다. 쉽게 빠지면 설계안의 작은 지름 차이를 ‘스냅 결합’의 증거로 해석하지 않습니다.
  5. 실제 케이블과 함께 시험합니다. 받침대를 움직이고 케이블을 연결·분리하면서 기판의 들림, 흔들림, 커넥터 하중을 봅니다. 필요하면 별도의 캡·지지대·나사로 빠짐을 막습니다. 전원선과 신호선의 도통은 블록 장착과 별도로 검사합니다.

이 설계안에서 확정하지 않은 것

제시한 8.0/4.8/4.9/6.0 mm 조합은 특정 블록과 풋프린트를 위한 출발 치수입니다. 이 치수만으로는 제작 후 실제 끼움과 고정력을 알 수 없습니다. 기판을 돌기 위에 놓은 모습만으로도 홀 공차나 이동 중 유지력을 수치로 입증할 수는 없습니다. 따라서 어느 블록에서나 4.9 mm 홀이 딱 맞는다거나 접착 없이 고정된다고 단정하지 마세요. 사용하려는 부품·기판·공정으로 시험 조각을 만들어, 조립성·반복 탈착·케이블 하중을 확인한 뒤 최종 보드 치수를 정해야 합니다.