본 포스팅을 읽고 계신다면, "PCB를 설계한다"는 이야기를 들어보셨을 것입니다.
또한, 전통적인 강세인 OrCAD, P-CAD가 아닌 이글캐드를 배우시려는 여러분들은 어쩌면 아두이노 혹은 라즈베리파이와 같은 오픈소스 하드웨어에 관심을 가지고 계실지 모르겠습니다.
1. 이글캐드란?
오픈소스 하드웨어의 부흥과 더불어 성장하고 있는 이글캐드는 놀랍게도 CadSoft Computer라는 회사에 의해 1988년에 처음으로 개발되었습니다. 무려 20-30년전 이전에 처음으로 개발된 셈이죠. 그리고, 최근에는 (2016년7월) 세계적인 CAD 소프트웨어 회사인 오토데스크(Autodesk)에 인수되었습니다. 많은 분들이 아시겠지만, 이글캐드가 성장한 배경에는 스파크펀 (Sparkfun)과 에이다푸르트(Adafruit)의 역할이 컸습니다. 스파크펀과 에이다푸르트는 아두이노 및 라즈베리파이와 같은 오픈소스 하드웨어 (OpenSource Hardware, OSH)를 제조하는 회사인데, 회로 설계를 주로 이글캐드를 통해서 하였으며, 설계를 하면서 필요한 부품 및 라이브러리 등을 높은 퀄리티로 제작하였고 공개하였습니다.
뿐만 아니라, 이글캐드에서 많이 사용될 부품들에 대한 라이브러리도 Github를 통해서 공개하였기 때문에 라이브러리를 다운로드 받게 되면, 직접 부품들에 대해서 디자인할 필요없이 사용이 가능합니다.
자, 그럼 이글캐드를 시작하기 전에 무엇을 위해 이글캐드를 배우는지 그리고 PCB는 무엇이며 나만의 기판을 얻기까지 어떠한 과정이 필요한지에 대해서 이야기하도록 하겠습니다.
2. PCB (Printed Circuit Board)란?
이글캐드를 통해 제작하게 될 제품은 PCB입니다. PCB란 인쇄회로기판 (Printed Circuit Boards의 약자)로써, 에폭시 수지와 같은 절연판의 표면에 구리로 코팅한 후, 필요한 부분을 남기고 나머지 부분을 부식시켜 회로를 구성하게 됩니다. 이러한 과정은 사람이 수작업으로 하는 것이 아닌 다음과 같은 공정을 통해서 이루어지기 때문에, 우리가 할 일은 부품의 배치 및 핀들간의 연결, 그리고 외관 디자인 정도가 됩니다. 이러한 디자인을 이글캐드를 통해서 하게 되며, 이글캐드에서 저장한 CAM 파일들을 PCB 제조회사에 의뢰를 하게 되면 아래와 같은 PCB를 얻게 됩니다.
3. PCB 작업 공정
몇몇 스타트업 중 (메카솔루션 포함)에 "우리도 PCB를 제조하는 시설을 갖추어볼까?"하는 생각을 할 수 있습니다. 스파크펀, 에이다푸르트 및 몇몇 오픈소스기반의 회사들은 자체적인 보드를 만드는 생산 시설을 갖추고 있다는 것을 알고 있기 때문이죠. 하지만, 이러한 회사들은 PCB를 제조하는 것이 아닌 인쇄된 기판에 부품을 올리고 (실장하고), 프로그램을 업로드하는 역할을 주로 합니다. 왜 그런지는 다음의 PCB 공정을 보면 이해가 되실 듯 합니다. 꽤 많은 장비와 라인이 갖추어져야 PCB를 제조할 수 있습니다.
4. 실장이란 (SMT)?
PCB를 받게 되면 부품을 기판 위에 납땜해야하는데, 손수 납땜할 수도 있지만 전자 제품의 집적도, 인건비 절감, 생산공정의 단축, 대량 생산의 이유로 기계를 사용한 반자동화 공정을 이용하기도 합니다. 이러한 기술을 Surface Mount Technology 표면 실장 기술이라고 하며, 대부분의 오픈소스 하드웨어를 기반으로 하는 회사에서 자체적으로 제품을 생산하기 위해 갖추고 있습니다.
[이미지출처: 영진전문대학교]
위와 같은 공정을 거쳐서 얻게 되는 제품은 하단에 있는 것처럼 부품이 납땜되어 있는 '보드'라 할 수 있습니다. 물론, 구멍에 끼우는 방식은 수작업으로 해야하기 때문에 아두이노 우노와 같은 제품은 SMT를 이용한 후에 수작업으로 납땜을 하는 방식이 혼용된다고 볼 수 있습니다.
5. PCB 기판 용어 설명
이글캐드를 사용하다보면, PCB에서 종종 언급되는 via, through-hole, pad, layer, silk-screen, mask 등에 대한 이해가 필요합니다.
1) SMD, DIP, lead: SMD는 표면실장 부품이라고 하여 PCB의 구멍이 아닌 패드에 납땜을 하는 것을 의미합니다. DIP는 다리가 있는 IC처럼 구멍에 끼울 수 있는 형태의 부품을 이야기하며, lead는 저항, 콘덴서처럼 다리가 길게 있는 부품을 말합니다. 그림으로 보면 다음과 같습니다.
2) PAD, VIA, TRACK, Through-hole, Drill: 패드, 비아, 트랙, 쓰루홀, 드릴 등과 같은 용어는 이글캐드를 사용하여 설계할 때, 알고 있어야할 부분이기 때문에 다음과 같이 그림을 통해서 설명을 하였습니다.
6. 이글캐드 설치하기
이글캐드를 설치하는 방법은 어렵지 않습니다. 구글에서 Eagle Cad Download 혹은 Eagle Cad Installation으로만 검색하셔도 최상단에 검색 결과가 나오며, 해당 링크로 접속해서 프로그램 설치를 할 수 있습니다.
https://cadsoft.io/
운영체제에 맞는 프로그램을 다운로드 받으면 되는데, "Run as Freeware"를 통해서 무료로 소프트웨어를 사용해보도록 합니다. PCB를 설계할 때, 양면이 아닌 4-layer 혹은 큰 사이즈의 경우는 라이센스를 구입해야하지만, 일반적인 형태와 손바닥만한 사이즈를 제작할 경우에는 프리웨어를 사용해도 무방할 것입니다. 약간 제한적이지만, 입문할 때는 느끼지못할 불편함이기 때문에 그냥 프리웨어를 사용하기로 합니다.
프로그램에서 설치된 Eagle CAD를 실행하면 다음과 같은 초기 화면이 나옵니다.
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