KR20220064290A - 전원 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판 위에 실장되는 회로 소자의 배치 및 부품수 저감을 통한 소형화 및 비용 절감을 가능하게 할 수 있는 전원 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 기존 전원 모듈에 대한 회로 소자의 실장 효율을 높이기 위한 전원 모듈의 제조 방법에 있어서, 상기 기존 전원 모듈의 사양 정보에 기초하여 회로 및 회로 소자들의 사양 중 적어도 어느 하나의 변경을 통한 회로 소자들의 착탈 및 배치를 결정하고, 결정된 회로 소자들의 착탈 및 배치에 따른 배선을 설계하는 회로 설계 공정; 설계된 회로의 성능을 시뮬레이션 하는 시뮬레이션 공정; 시뮬레이션 결과 정상 실현이면 설계된 회로에 따른 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 제작하고, 제작된 인쇄회로기판 위에 회로 소자들을 실장하는 PCB 제작 및 SMT(surface mounting technology) 공정; 및 실장된 회로 소자의 정상 작동 여부를 확인하는 테스트 공정;을 포함한다.

Description

전원 장치의 제조 방법 {method for manufacturing power supply}

본 발명은 전원 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 기판 위에 실장되는 회로 소자의 배치 및 부품수 저감을 통한 소형화 및 비용 절감을 가능하게 할 수 있는 전원 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 전원 장치에 있어서, 전자부품을 회로기판에 실장한 경우, 기판의 일면에 전자부품이 배치되도록 이루어져 있는데, 권선인덕터나 트랜스 등 다른 전자부품과 비교하여 높이가 높고 크기가 큰 전자부품을 사용하여야만 하며, 이들을 설치함으로써 전자기기내에서의 기판이 점유하는 체적이 증대된다는 문제점이 있다.

근래에는 전자기기의 소형화, 박형화의 경향이 한층 더 강해져서 전자기기내에서의 기판이 점유하는 체적을 감소시키는 요구가 높아지고 있다.

공개실용신안공보 20-2017-0003422(발광다이오드 전원공급장치)

이에 본 발명에서는, 전원 장치에 구비되는 회로 소자들의 실장 효율 및 안정성을 만족할 수 있는 회로 및 회로 소자의 배치 구조를 통해 상기 전원 장치가 배치되는 전자제품의 니즈에 따른 소형화를 만족시킬 수 있는 전원 장치의 제조 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명에서는, 전압 안정화 및 노이즈 제거가 가능한 회로 배치를 채용함으로써 캐패시터 소자의 개수를 줄여 인쇄회로기판의 실장 면적을 증대시키고 인쇄회로기판의 설계를 단순화시킬 뿐만 아니라 실질적인 전원 장치의 소형화가 가능하도록 하는 전원 장치의 제조 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명에서는, 의뢰인의 설계 사양에 따라 기존 전원 모듈의 회로 소자를 재배치하고, 이에 따라 회로를 변경 설계하되, 최소한의 회로 소자를 구비하도록 함으로써 소자 수를 크게 줄이고 기판의 크기를 소형화할 수 있는 전원 장치의 제조 방법을 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 기존 전원 모듈에 대한 회로 소자의 실장 효율을 높이기 위한 전원 모듈의 제조 방법에 있어서, 상기 기존 전원 모듈의 사양 정보에 기초하여 회로 및 회로 소자들의 사양 중 적어도 어느 하나의 변경을 통한 회로 소자들의 착탈 및 배치를 결정하고, 결정된 회로 소자들의 착탈 및 배치에 따른 배선을 설계하는 회로 설계 공정; 설계된 회로의 성능을 시뮬레이션 하는 시뮬레이션 공정; 시뮬레이션 결과 정상 실현이면 설계된 회로에 따른 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 제작하고, 제작된 인쇄회로기판 위에 회로 소자들을 실장하는 PCB 제작 및 SMT(surface mounting technology) 공정; 및 실장된 회로 소자의 정상 작동 여부를 확인하는 테스트 공정;을 포함하는 전원 장치의 제조 방법을 제공한다.

상기 회로 설계 공정은, 상기 기존 전원 모듈 및 새롭게 제작될 인쇄회로기판의 크기 정보와 상기 기존 전원 모듈에 실장된 기존 회로 소자의 사양 정보를 각각 획득하는 단계; 기존 전원 모듈의 사양 정보와 획득된 인쇄회로기판의 크기 정보에 기초하여 상기 인쇄회로기판의 가이드홀 및 인쇄회로기판의 테두리 공간을 자동으로 설계하는 단계; 상기 기존 전원 모듈의 사양 정보 및 획득된 기존 회로 소자의 사양 정보에 기초하여 상기 기존 회로 소자 중 변경 없이 사용할 필수 회로 소자와 변경할 회로 소자를 분류하는 단계; 상기 필수 회로 소자를 먼저 배치한 후, 상기 변경할 회로 소자 중, 동일 회로 소자가 다수 개인 경우, 고사양 회로 소자를 채택하여 상기 동일 회로 소자의 개수를 줄이고, 상기 변경할 회로 소자 중 일부 회로 소자를 통합기능을 수행하는 제품으로 대체하여 상기 변경할 회로 소자의 개수를 줄여 배치하는 단계; 및 배치된 회로 소자 간 전기 간섭 최소화가 가능하고 허용 전압을 만족하는 간격과 노이즈의 최소화가 가능한 길이로 배선의 간격 및 길이를 설계하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 동일 회로 소자가 캐패시터인 경우, 상기 동일 회로 소자의 개수를 줄여 배치하는 단계는, 전압 안정화 및 노이즈 제거가 가능한 회로 소자의 배치를 채용하여 캐패시터의 개수를 줄이거나 제거하는 단계이며, 상기 전압 안정화 및 노이즈 제거가 가능한 회로 소자의 배치는 고주파 및 저주파를 필터링하는 필터를 구성하도록 적어도 하나 이상의 인덕터 및 캐패시터의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 변경할 회로 소자의 개수를 줄여 배치하는 단계는, 상기 변경할 회로 소자의 교체, 제거 및 추가에 따라 회로 소자의 재배치가 이루어지면 재배치된 회로 소자에 대한 검증을 수행하는 단계;를 더 포함하며, 상기 검증은 재배치된 회로 소자를 포함하는 기능 블록에 대한 부분 설계 시뮬레이션을 수행하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 배선의 간격 및 길이를 설계하는 단계는, 변경된 회로에 따른 전류밀도를 측정하고, 측정된 전류밀도의 집중을 회피하도록 배선을 설계하는 것을 특징으로 한다.

상기 변경할 회로 소자의 개수를 줄여 배치하는 단계 이전에, 상기 필수 회로 소자 및 변경할 회로 소자의 전기적인 특성에 기초하여, 새롭게 제작될 인쇄회로기판의 실장 영역을 다수의 영역으로 분리하여 구획하는 단계; 상기 기존 전원 모듈의 사양 및 요구된 설계 사양에 따른 기능적 특성에 기초하여, 다수의 기능 블록으로 회로를 구성하고, 구성된 다수의 기능 블록에 따라 구획된 다수의 영역을 기능별 세부 영역으로 재구획하는 단계; 및 상기 필수 회로 소자 및 변경할 회로 소자의 전기적인 특성 및 상기 기존 전원 모듈의 사양 및 요구된 설계 사양에 따른 기능적 특성에 기초하여 상기 필수 회로 소자 및 상기 변경할 회로 소자의 배치를 결정하면서, 상기 변경할 회로 소자의 교체, 제거 및 추가 중 하나를 결정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 회로 소자의 전기적인 특성은 입력 또는 출력, 디지털 또는 아날로그, 고속 또는 저속, 고압 또는 저압, 고임피던스 또는 저임피던스 특성으로 각각 구분되며, 상기 다수의 영역은 입력 영역, 출력 영역, 디지털 영역, 아날로그 영역, 고속 동작 영역, 저속 동작 영역, 고임피던스 영역, 저임피던스 영역을 적어도 포함하며, 상기 기존 전원 모듈의 사양 및 요구된 설계 사양에 따른 기능적 특성은 정류 및 평활회로 구성, 컨버터회로 구성, 제어회로 구성 및 구동회로 구성을 적어도 포함하는 특성 중 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 배선의 간격 및 길이를 설계하는 단계는, 구획된 영역 간 연결된 배선의 간격 및 길이를 확인하고, 확인된 배선의 간격이 설정된 제1 임계치 미만이고 확인된 배선의 길이가 설정된 제2 임계치 초과이면, 해당 배선의 간격이 상기 제1 임계치 이상이 되도록, 해당 배선의 길이가 상기 제2 임계치 이하가 되도록 배선의 간격 및 길이를 각각 재설계하되, 상기 구획된 영역 중 서로 이웃하는 영역을 연결하는 배선의 최소 길이를 유지하도록 배선의 길이를 재설계하는 단계; 및 구획된 각 영역의 배선 밀도를 구하고, 구한 배선 밀도에 기초하여 배선 간 간격이 상기 제1 임계치 미만이면, 해당 영역의 위치를 재배치하거나 해당 영역 내 회로 소자를 재배치하여 배선 간 간격이 상기 제1 임계치 이상이 되도록 설계하되, 재배치된 영역 내 회로 소자 간 전기 간섭 최소화가 가능하고 허용 전압을 만족하는 간격과 노이즈의 최소화가 가능한 길이로 배선의 간격 및 길이를 최종 설계하는 단계;를 더 포함하며, 상기 구획된 영역 내 회로 소자의 재배치시, 상기 구획된 영역 내 회로 소자의 전력소모 및 부하 용량을 고려하여 회로 소자의 재배치를 설계하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 인쇄회로기판 상의 회로 구성과, 회로 소자 및 배선의 배치를 창의적으로 하여 회로 소자들 간의 간격을 줄임으로써 실장면적을 증대시키는 동시에 소형화 및 슬림화를 향상시키는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은, 전기적 간섭 및 노이즈를 최소화 하는 배선 간격 및 길이로 전자 회로를 재설계함으로써 안전성을 향상시키는 동시에 소형화 및 슬림화를 향상시키는 효과를 가진다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전원 장치의 제조 방법에 대한 순서도를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 도 1에 도시된 전원 장치의 제조 방법에 있어서, 회로 설계 공정(S10)의 제1 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은, 도 1에 도시된 전원 장치의 제조 방법에 있어서, 회로 설계 공정(S10)의 제2 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는, 도 1에 도시된 전원 장치의 제조 방법의 회로 설계 공정(S10)에 있어서, 전원 모듈의 기능적 특성에 따라 기능 블록을 구성한 회로 예를 도시한 예시도이다.
도 5는, 도 1에 도시된 전원 장치의 제조 방법에 따라 실제 제작된 전원 장치와 기존 전원 장치를 비교하기 위한 도면이다.
도 6은, 도 1에 도시된 전원 장치의 제조 방법에 따라 실제 제작된 전원 장치와 기존 전원 장치를 비교하기 위한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 의료진의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전원 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는, 도 1에 도시된 전원 장치의 제조 방법에 있어서, 회로 설계 공정(S10)의 제1 실시예를 설명하기 위한 순서도이며, 도 3은 도 1에 도시된 전원 장치의 제조 방법에 있어서, 회로 설계 공정(S10)의 제2 실시예를 설명하기 위한 순서도이며, 도 4는, 도 1에 도시된 전원 장치의 제조 방법에 있어서, 회로 설계 공정(S10)의 기능적 특성에 따라 기능 블록을 구성한 예를 도시한 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전원 장치의 제조 방법은, 회로 설계 공정(S10), 시뮬레이션 공정(S20), 인쇄회로기판 제작 및 SMT 공정(S30) 및 테스트 공정(S40)을 포함할 수 있다.

회로 설계 공정(S10)은, 기존 전원 모듈에 대한 회로 소자의 실장 효율을 높이기 위해, 기존 전원 모듈의 사양 정보에 기초하여 회로 및 회로 소자들의 사양 중 적어도 어느 하나의 변경을 통한 회로 소자들의 착탈 및 배치를 결정하고, 결정된 회로 소자들의 착탈 및 배치에 따른 배선을 설계한다.

여기에서, 본 발명의 회로 설계 공정(S10)은, 인쇄회로기판의 회로 설계 및 레이아웃 프로그램을 이용하여 수행될 수 있으며, 인쇄회로기판의 회로 설계 및 레이아웃 프로그램을 구동하는 프로세서(미도시)를 실행하는 것에 의해 설계자가 사용자의 니즈에 따라 기존 전원 모듈에 대한 회로 소자의 실장 효율을 높이고 전원 장치의 소형화가 이루어지도록 회로 설계를 수행할 수 있다.

우선, 전원 모듈은, SMPS(Switched-Mode Power Supply), LED 전원 모듈 등일 수 있으며, SMPS는 외부에서 공급되는 교류(AC) 전류를 직류(DC) 전류로, 각종 전자기기의 조건에 맞도록 변환시켜주는 스위칭 레귤레이터가 포함된 전자식 전원 공급 장치로, 전력원으로부터 전력을 받아서 전류나 전압 특성을 변환하여 전자기기로 전달하는 역할을 하며 전류를 스위칭 변환하는 중에 잡음 및 전자파가 생겨나기 때문에 노이즈 제거를 위한 복잡한 설계 구조를 가진다. LED 전원 모듈의 경우, 다수의 LED가 배열된 회로에서는 인덕터와 캐패시터의 부피가 커짐에 따라 그 외장의 디자인 설정에 제약이 발생한다.

따라서, 본 발명에서는, 불필요한 회로 소자를 배제하기 위한 회로 소자 배치 구조 및 고사양 회로 소자를 채택하거나, 간소화된 정전압회로, 간소화된 정류회로(예로, 브릿지 정류회로), 정전류회로, 평활회로, 펄스폭 변조회로 등의 기능별 회로 소자를 채용함으로써 불필요한 회로 소자 및 캐패시터를 배제하고 이로 인한 회로의 신뢰성 뿐만 아니라 소형화가 가능하도록 한다.

이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회로 설계 공정(S10)은, 기존 전원 모듈에 실장된 동일 회로 소자가 다수 개인 경우, 고사양 회로 소자를 채택하여 동일 회로 소자의 개수를 줄이는 단계(S11)와, 전압 안정화 및 노이즈 제거가 가능한 회로 배치를 채용하여 캐패시터의 개수를 줄이는 단계(S13)와, 회로 소자 간 전기 간섭 최소화가 가능하고 허용전압을 만족하는 간격과 노이즈의 최소화가 가능한 길이로 배선의 간격 및 길이를 설계하는 단계(S15)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기에서, 회로 설계 공정(S10)은 S11 및 S13 단계 중 하나만 수행하거나, 두 단계를 모두 수행할 수도 있다.

또한, 회로 설계 공정(S10)은, 기존 전원 모듈에 실장된 동일 회로 소자가 다수 개인 경우, 고사양 회로 소자를 채택하여 동일 회로 소자의 개수를 줄이는 단계(S11)를 수행하기 전에, 기존 전원 모듈 및 새롭게 제작될 인쇄회로기판의 크기 정보와 기존 전원 모듈에 실장된 기존 회로 소자의 사양 정보를 각각 획득하는 단계와, 기존 전원 모듈의 사양 정보와 획득된 인쇄회로기판의 크기 정보에 기초하여 인쇄회로기판의 가이드홀 및 인쇄회로기판의 테두리 공간을 자동으로 설계하는 단계와, 획득된 기존 전원 모듈의 사양 정보 및 기존 회로 소자의 사양 정보에 기초하여 기존 전원 모듈에 실장된 회로 소자 중 변경 없이 사용할 필수 회로 소자와 변경할 회로 소자를 분류하는 단계와, 획득된 새롭게 제작될 인쇄회로기판의 크기 정보에 기초하여 필수 회로 소자를 먼저 배치하는 단계를 먼저 수행할 수 있다.

즉, 본 발명에서는, 새롭게 제작될 인쇄회로기판의 크기값을 입력함에 따라 인쇄회로기판의 특성 및 사양에 따라 각종 회로 패턴을 설계할 때, 가이드 홀 및 회로 패턴이 설계되지 않는 테두리와 같은 여유 공간을 자동으로 설정할 수 있다.,

이후, S11 단계는, 변경할 회로 소자 중, 동일 회로 소자가 다수 개인 경우, 고사양 회로 소자를 채택하여 동일 회로 소자의 개수를 줄이되, 변경할 회로 소자 중 일부 회로 소자를 통합기능을 수행하는 제품으로 대체하여 변경할 회로 소자의 개수를 줄여 배치하는 것에 의해 수행될 수 있다.

이를 위해서, 우선, 새롭게 제작될 인쇄회로기판의 크기 정보와, 기존 전원 모듈에 실장된 기존 회로 소자의 사양 정보를 설계자의 입력을 통해 각각 획득할 수 있으며, 새롭게 제작될 인쇄회로기판의 크기는 기존 전원 모듈의 크기보다 작도록 설정하여 소형화 목적에 부합되도록 한다.

또한, 본 발명에서는 획득된 기존 회로 소자의 사양 정보 및 기존 전원 모듈의 사양 정보에 기초하여 상기 기존 전원 모듈에 실장된 회로 소자 중 변경 없이 사용할 필수 회로 소자와 변경할 회로 소자를 분류한다. 여기에서, 필수 회로 소자는 입력에 필요한 저항 및 캐패시터, 출력에 필요한 저항 및 캐패시터를 최소한으로 구성하기 위한 소자이며, 예를 들어, 입력 커패시터, 출력 커패시터, 출력 전압을 설정하기 위한 2개 저항일 수 있다. 변경할 회로 소자는, 동일 사양의 동일한 회로 소자, 회로 소자의 재배치 또는 회로 소자의 통합을 통해 교체 및 배제 가능한 회로 소자 등일 수 있다.

또한, 회로 설계 공정(S10)은 동일 회로 소자의 개수를 줄이는 단계(S11)에서, 동일 회로 소자가 캐패시터인 경우, 전압 안정화 및 노이즈 제거가 가능한 회로 소자의 배치를 채용하여 캐패시터의 개수를 줄이거나 제거하는 단계(S13)를 더 수행할 수 있다.

여기에서, 전압 안정화 및 노이즈 제거가 가능한 회로 소자의 배치는 고주파 및 저주파를 필터링하는 필터를 구성하도록 적어도 하나 이상의 인덕터 및 캐패시터의 조합으로 이루어질 수 있다. 즉, 본 발명에서는 하나의 인덕터 및 캐패시터를 이용해 낮은 저지대역을 갖는 저주파 필터링을 수행하거나, 저항과 캐패시터를 이용해 고주파 신호를 필터링하도록 필터 회로를 설계할 수 있으며, 예를 들어, EMI 필터 등이 있다.

이어서, 회로 설계 공정(S10)은, 획득된 새롭게 제작될 인쇄회로기판에 배치된 회로 소자 간 전기 간섭 최소화가 가능하고 허용 전압을 만족하는 간격과 노이즈의 최소화가 가능한 길이로 배선의 간격 및 길이를 설계할 수 있다(S15).

이처럼, 본 발명에 따르면, 기존 전원 모듈에 실장된 회로 소자의 개수를 줄이거나 회로 소자를 재배치하여 회로를 변경 설계함으로써 기존 전원 모듈의 크기를 줄일 수 있게 된다.

한편, 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 회로 설계 공정(S10)은 S11 단계를 수행하기 이전에, 필수 회로 소자 및 변경할 회로 소자의 전기적인 특성에 기초하여, 새롭게 제작될 인쇄회로기판의 실장 영역을 다수의 영역으로 분리하여 구획하는 단계(S111)와, 기존 전원 모듈의 사양 및 요구된 설계 사양에 따른 기능적 특성에 기초하여, 다수의 기능 블록으로 회로를 구성하고, 구성된 다수의 기능 블록에 따라 구획된 다수의 영역을 기능별 세부 영역으로 재구획하는 단계(S112)와, 필수 회로 소자 및 변경할 회로 소자의 전기적인 특성 및 기존 전원 모듈의 사양과 요구된 설계 사양에 따른 기능적 특성에 기초하여, 구획된 영역 내 필수 회로 소자 및 변경할 회로 소자의 배치를 결정하면서, 변경할 회로 소자의 교체, 제거 및 추가 중 하나를 결정하는 단계(S113)를 더 수행할 수 있다.

S112 단계에서, 다수의 기능 블록에 따라 구획된 기능별 세부 영역의 배치는 노이즈의 최소화가 가능하고 이웃 영역 간 최소 거리가 가능하도록 배선 길이를 고려하여 이루어질 수 있다.

여기에서, 회로 소자의 전기적인 특성은 입력 또는 출력, 디지털 또는 아날로그, 고속 또는 저속, 고압 또는 저압, 고임피던스 또는 저임피던스 특성으로 각각 구분될 수 있으며, 다수의 영역은 입력 영역, 출력 영역, 디지털 영역, 아날로그 영역, 고속 동작 영역, 저속 동작 영역, 고임피던스 영역, 저임피던스 영역을 적어도 포함할 수 있다.

이와 같이 회로 소자의 전기적인 특성이 다른 부분을 분리하여 배치되도록 회로를 설계함으로써, 회로 소자 배치 및 배선 패턴을 최적화하여 부정합에 의한 노이즈 발생을 피할 수 있다.

그리고, 기존 전원 모듈의 사양 및 요구된 설계 사양에 따른 기능적 특성은 전원 모듈의 동작을 수행하는 정류 및 평활회로 구성, 컨버터회로 구성, 제어회로 구성 및 구동회로 구성을 적어도 포함하는 특성 중 하나일 수 있으며, 이러한 특성에 기초하여 구획된 기능별 세부 영역은, 입력회로부, 출력회로부, 전원공급회로부, 정류회로부, 평활회로부, 컨버터회로부, 구동회로부, 제어회로부 등 일 수 있으며, 입력 EMI 필터와 브리지 정류기, 입력 필터 커패시터, 출력 필터 코일, 출력 필터 커패시터, 변압기 등 필수 회로 소자가 해당 기능별 영역에 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 정류 및 평활회로 구성은 교류 전원을 브릿지 다이오드를 통해 직류 형태로 만들며, 여기에 대용량 콘덴서를 이용하여 이를 완벽한 직류로 만들도록 회로를 설계할 수 있으며, 정류 및 평활회로 구성 이전에, EMI 회로 구성을 배치할 수 있으며 이는 전자기파 필터로 불필요한 노이즈를 제거한다. 그리고, 컨버터회로 구성은 플라이백 컨버터(FLYBACK CONVERTER), 포워드 컨버터(FORWARD CONVERTER), 푸시풀 컨버터(PUSH-PULL CONVERTER) 중 하나의 회로를 선택하여 설계 가능하며, 플라이 백 컨버터를 채용할 경우 회로 출력단에 초크 코일이 필요 없어 회로 소자를 줄일 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 기존 전원 모듈의 사양 및 요구된 설계 사양에 따른 기능적 특성을 고려해, 전원 모듈의 회로를 입력회로부(1), 정류회로부(2), 컨버터회로부(3), 제어회로부(4), 구동회로부(5) 및 출력회로부(6)와 같이 다수의 기능 블록으로 구분하여 구성하고, 각 기능 블록을 배치할 세부 영역을 구획한 후 구획된 각 영역에 대한 회로 소자들의 배치를 결정할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 회로 설계 공정(S10)은, 필수 회로 소자의 실장 면적을 고려하여 새롭게 제작될 인쇄회로기판의 실장 영역을 다수의 영역으로 구획하고, 구획된 영역에 각각 필수 회로 소자 및 변경할 회로 소자를 최소화하여 재배치되도록 회로를 변경 설계하면서, 동시에, 동일 회로 소자의 개수를 줄이는 단계(S11) 및 캐패시터의 개수를 줄이는 단계(S13)를 더 수행할 수 있다.

이로써 본 발명의 제2 실시예에 따른 회로 설계 공정을 통해 기존 전원 모듈을 재설계함에 있어서 필요한 소자 수를 크게 줄이고 기판의 크기를 더욱 소형화할 수 있다.

또한, 본 발명의 회로 설계 공정(S10)의 배선의 간격 및 길이를 설계하는 단계(S15)는, 변경된 회로에 따른 전류밀도를 측정하고, 측정된 전류밀도의 집중을 회피하도록 배선을 설계할 수 있다. 즉, 기능적 특성에 따라 구획된 각 영역별로 부분 설계 시뮬레이션에 따른 전류 밀도를 확인하고, 전류 밀도가 미리 설정된 기준치 이상인 경우 해당 영역 내 회로 및 회로 소자 배치를 다시 수행할 수 있다.

또한, 회로 설계 공정(S10)의 S15 단계는, 구획된 영역 간 연결된 배선의 간격 및 길이를 확인하고, 확인된 배선의 간격이 설정된 제1 임계치 미만이고 확인된 배선의 길이가 설정된 제2 임계치 초과이면, 해당 배선의 간격이 제1 임계치 이상이 되도록, 해당 배선의 길이가 제2 임계치 이하가 되도록 배선의 간격 및 길이를 각각 재설계하되, 구획된 영역 중 서로 이웃하는 영역을 연결하는 배선의 최소 길이를 유지하도록 배선의 길이를 재설계하는 단계와, 구획된 각 영역의 배선 밀도를 구하고, 구한 배선 밀도에 기초하여 배선 간 간격이 제1 임계치 미만이면, 해당하는 영역의 위치를 재배치하거나 해당하는 기능별 영역 내 회로 소자를 재배치하여 배선 간 간격이 제1 임계치 이상이 되도록 설계하되, 재배치된 기능별 영역 내 회로 소자 간 전기 간섭 최소화가 가능하고 허용 전압을 만족하는 간격과 노이즈의 최소화가 가능한 길이로 배선의 간격 및 길이를 최종 설계하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

여기에서, 인쇄회로기판의 배선 설계는, 배선 간 간격, 배선의 길이 및 배선 밀도를 고려하여 설계될 수 있다. 배선은 라우팅(ROUTING)이라고도 불리우며, 신호 라인의 길이는 15mm 이내, 짧으면 짧을수록 신호 손실이 적어지므로 유리하다. 고속 신호 라인은 도체가 굵고 짧을수록 저항 성분이나 인덕턴스가 작아지며 길어질수록 인덕턴스가 증가하여 임피던스가 높아지고 이는 전압강하로 이어지기 때문에 고속 신호 라인은 그 길이에 특히 신경 써야 한다. 배선이 길어지면 신호 전송에 시간을 요하고 변형도 생기기 쉬우므로 가능하면 짧게 배선하고 배선 간에 따른 신호 유도도 생기기 어렵게 해야 한다. 배선은 최우선으로는 직선 배선을 설계하되, 배선의 꺾이는 지점의 형태는 45도를 유지하도록 하고 90도로 꺾이면 방사 현상이 발생할 가능성이 높으므로 지양한다. 그리고, 45도 배선시 선의 길이가 통계적으로 90도 배선보다 약 5% 정도 짧아지는 효과가 있다. 그리고, 배선밀도(Wiring Density)는 단위면적당의 배선량으로, 격자간의 배선수나 단위 면적당 배선 길이로 표시되며, 예를 들어, 격자간 2.54mm로 배선이 3개일 경우에는 3개/2.54mm로 표시한다. 배선밀도가 아주 높은 설계에서는 0.4mm로 배선의 두께를 설계하고, 그 밖의 설계에서는 0.6mm로 하되, 가능한 한 두껍게 배선한다.

그리고, 제1 임계치는 회로 소자 간 전기 간섭 최소화가 가능하고 허용전압을 만족하는 배선 간 간격을 설정한 값이며, 제2 임계치는 노이즈의 최소화가 가능한 배선 길이를 설정한 값이다.

그리고, 본 발명에서는 배선밀도에 의한 배선 간격이 제1 임계치에 따른 배선 간격보다 작을 경우, 전기 간섭 최소화 및 허용전압을 만족하지 못하므로 배선 간 간격을 제1 임계치 이상이 되도록 재설계를 수행한다.

그리고, 본 발명의 회로 설계 공정(S10)에 있어서, 기능별 영역 중 서로 이웃하는 기능별 영역을 연결하는 배선의 최소 길이를 유지하도록 배선의 길이를 설계하는 것은, 기능별 영역의 경계면에 회로 소자가 배치되어 배선 공간이 없거나 최소한의 배선 길이를 만족하지 못하는 경우가 발생하지 않도록 하기 위해서이다.

또한, 회로 설계 공정(S10)의 배선의 간격 및 길이를 최종 설계할 때, 기능별 영역 내 회로 소자의 재배치시, 기능별 영역 내 회로 소자의 전력소모 및 부하용량을 고려하여 회로 소자의 배치 및 배선을 설계한다.

즉, 본 발명은 다수 개의 회로 소자들을 기능에 따라 구획된 기능별 영역에 재배치함으로써 인쇄회로기판 상의 실장 영역을 최소화하면서 부정합으로 인한 노이즈 발생을 방지할 수 있으므로 동작 효율을 높이면서 다른 회로 소자들의 배치 설계에 자유도가 확보되고 슬림화된 제품을 개발할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 있어서, 회로 설계 공정(S10)은 기존 전원 모듈에 실장된 회로 소자의 단종 여부를 확인하고, 단종된 회로 소자는 필수 회로 소자이더라도, 변경할 회로 소자로 분류하고, 단종된 회로 소자를 대체할 회로 소자를 검색하여 대체 후보군을 추출하고, 대체 후보군의 회로 소자 중에서 하나를 선택하여 단종된 회로 소자를 교체할 수 있다. 이때, 교체된 회로 소자의 전기적 특성을 시뮬레이션을 미리 수행하고, 시뮬레이션 결과를 확인하여 재설계된 회로에 의한 출력이 기존 전원 모듈과 동일한 출력인지 검증을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 있어서, 회로 설계 공정(S10)은 변경할 회로 소자의 개수를 줄여 배치하는 과정에서, 변경할 회로 소자의 교체, 제거 및 추가에 따라 회로 소자의 재배치가 이루어지면 재배치된 회로 소자에 대한 검증을 수행할 수 있다. 여기에서, 재배치된 회로 소자에 대한 검증은 재배치된 회로 소자를 포함하는 기능 블록에 대한 부분 설계 시뮬레이션을 수행하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 검증 과정을 통해 회로 설계의 신뢰성을 높이고, 전원 모듈의 동작 특성의 오작동 및 오류 발생을 사전에 방지할 수 있다.

이러한 본 발명의 회로 설계 공정(S10)을 통해, 기존 전원 모듈에 구비된 회로 소자들의 착탈 또는 회로 및 회로 소자의 사양 중 적어도 어느 하나의 변경 또는 재배치를 통해 기존 전원 모듈의 회로를 재설계함으로써 회로 구성에 사용되는 부품의 개수를 크게 감소시킬 수 있으므로 회로 구성을 단순화시킬 뿐만 아니라, 단가를 낮추는 동시에 인쇄회로기판에 실장되는 부품수가 줄어들어 설계의 유연성을 향상시키고 제품 소형화를 이룰 수 있다.

다음으로, 시뮬레이션 공정(S20)은, 회로 설계 공정(S10)에서 설계된 회로의 동작을 시뮬레이션 툴을 이용하는 것에 의해 수행될 수 있다.

이러한 시뮬레이션 공정(S20)은 시뮬레이션 툴을 이용하여 회로 설계의 무결성을 확인하고 회로의 동작을 예측할 수 있다. 즉, 시뮬레이션 공정(S20)을 수행하여 설계된 회로의 동작 및 특성을 확인 및 검증할 수 있다.

여기서, 시뮬레이션 공정(S20)에 따른 회로의 동작 및 특성을 확인 및 검증이 실패한 경우, 다시 회로 설계 공정(S10)을 수행할 수 있다.

그런 다음, PCB 제작 및 SMT(surface mounting technology) 공정(S30)은, 시뮬레이션 결과 회로의 동작 및 특성이 검증된 경우, 설계된 회로에 따른 인쇄회로기판(PCB)을 제작하고, 제작된 인쇄회로기판 위에 회로 소자들을 실장하는 것에 의해 수행될 수 있다.

그런 다음, 테스트 공정(S40)은, 실장된 회로 소자의 정상 작동 여부를 확인하는 것에 의해 수행될 수 있다.

테스트 공정(S40)의 테스트 결과, 정상적으로 작동할 때 전원 장치에 방열을 위한 구성, 하우징을 위한 구성 등을 추가 작업을 수행하여 제품화할 수 있다.

한편, 테스트 공정(S40)의 테스트 결과가 정상적으로 동작이 이루어지지 않는 경우, 회로 설계 공정(S10), 시뮬레이션 공정(S20) 및 PCB 제작 및 SMT 공정(S30) 중 필요한 공정을 반복 수행하도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 전원 장치의 제조 방법에 따르면, 인쇄회로기판 위에 실장되는 회로 소자를 재배치하고, 회로 및 회로 소자의 사양을 변경하고, 캐패시터를 채용하지 않거나 용량이 작은 캐패시터를 채용하거나 캐패시터의 사용 개수를 줄임으로써 인쇄회로기판 상의 실장 영역을 최소화하여 회로 소자의 배치 및 배선 설계가 용이할 뿐만 아니라 콤팩트한 사이즈의 제품 설계가 가능한 효과가 있다.

도 5은, 도 1에 도시된 전원 장치의 제조 방법에 따라 실제 제작된 전원 장치와 기존 전원 장치를 비교하기 위한 도면으로, (a)는 인쇄회로기판의 윗면을, (b)는 인쇄회로기판의 뒷면을 각각 나타낸다.

도 6는, 도 1에 도시된 전원 장치의 제조 방법에 따라 실제 제작된 전원 장치와 기존 전원 장치를 비교하기 위한 도면으로, (a)는 전원 장치의 윗면을, (b)는 전원 장치의 뒷면을 각각 나타낸다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전원 장치 제조 방법에 따라 제조된 전원 장치(A1, A2)와 기존 전원 장치(B1, B2)를 비교하면, 기존 전원 장치(B1, B2) 대비 그 크기가 감소된 것을 알 수 있다.

먼저, 도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 전원 장치 제조 방법으로 제작된 인쇄회로기판(A1)은, 기존 전원 장치(B1)의 사양 정보에 기초하여 회로 소자의 배치 및 배선을 재설계하여 그 크기가 감소되었다.

그리고, 도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 전원 장치 제조 방법으로 제작된 전원 장치(A2)는, 기존 전원 장치(B1)의 사양 정보에 기초하여 회로 및 회로 소자의 변경, 회로 소자의 배치 및 배선을 재설계함으로써 기존 전원 장치(B1)의 회로 소자의 부품 수를 줄여 전체 크기가 감소되었다.

또한, 도 6의 (b)를 참조하면,본 발명의 전원 장치 제조 방법으로 제작된 전원 장치(A2)는, 기존 전원 장치(B1)와 비교하여 수작업 납땜 공정의 사용이 줄어들어 수작업으로 인한 납땜 불량의 발생 가능성이 낮아 불량 감소의 효과를 기대할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 전원 장치의 제조 방법에 따르면, 회로의 전체 사이즈가 축소될 수 있으며 회로 소자의 부품수 감소로 부품에 따른 비용과 공정 진행에 따른 비용 등 전반적인 생산 비용을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 기존 전원 모듈에 대한 회로 소자의 실장 효율을 높이기 위한 전원 모듈의 제조 방법에 있어서,
   상기 기존 전원 모듈의 사양 정보에 기초하여 회로 및 회로 소자들의 사양 중 적어도 어느 하나의 변경을 통한 회로 소자들의 착탈 및 배치를 결정하고, 결정된 회로 소자들의 착탈 및 배치에 따른 배선을 설계하는 회로 설계 공정;
   설계된 회로의 성능을 시뮬레이션 하는 시뮬레이션 공정;
   시뮬레이션 결과 정상 실현이면 설계된 회로에 따른 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 제작하고, 제작된 인쇄회로기판 위에 회로 소자들을 실장하는 PCB 제작 및 SMT(surface mounting technology) 공정; 및
   실장된 회로 소자의 정상 작동 여부를 확인하는 테스트 공정;을 포함하는 전원 장치의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회로 설계 공정은, 상기 기존 전원 모듈 및 새롭게 제작될 인쇄회로기판의 크기 정보와 상기 기존 전원 모듈에 실장된 기존 회로 소자의 사양 정보를 각각 획득하는 단계;
   기존 전원 모듈의 사양 정보와 획득된 인쇄회로기판의 크기 정보에 기초하여 상기 인쇄회로기판의 가이드홀 및 인쇄회로기판의 테두리 공간을 자동으로 설계하는 단계;
   상기 기존 전원 모듈의 사양 정보 및 획득된 기존 회로 소자의 사양 정보에 기초하여 상기 기존 회로 소자 중 변경 없이 사용할 필수 회로 소자와 변경할 회로 소자를 분류하는 단계;
   상기 필수 회로 소자를 먼저 배치한 후, 상기 변경할 회로 소자 중, 동일 회로 소자가 다수 개인 경우, 고사양 회로 소자를 채택하여 상기 동일 회로 소자의 개수를 줄이고, 상기 변경할 회로 소자 중 일부 회로 소자를 통합기능을 수행하는 제품으로 대체하여 상기 변경할 회로 소자의 개수를 줄여 배치하는 단계; 및
   배치된 회로 소자 간 전기 간섭 최소화가 가능하고 허용 전압을 만족하는 간격과 노이즈의 최소화가 가능한 길이로 배선의 간격 및 길이를 설계하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 동일 회로 소자가 캐패시터인 경우, 상기 동일 회로 소자의 개수를 줄여 배치하는 단계는, 전압 안정화 및 노이즈 제거가 가능한 회로 소자의 배치를 채용하여 캐패시터의 개수를 줄이거나 제거하는 단계이며,
   상기 전압 안정화 및 노이즈 제거가 가능한 회로 소자의 배치는 고주파 및 저주파를 필터링하는 필터를 구성하도록 적어도 하나 이상의 인덕터 및 캐패시터의 조합으로 이루어지며,
   상기 변경할 회로 소자의 개수를 줄여 배치하는 단계는, 상기 변경할 회로 소자의 교체, 제거 및 추가에 따라 회로 소자의 재배치가 이루어지면 재배치된 회로 소자에 대한 검증을 수행하는 단계;를 더 포함하며,
   상기 검증은 재배치된 회로 소자를 포함하는 기능 블록에 대한 부분 설계 시뮬레이션을 수행하는 것에 의해 이루어지며,
   상기 배선의 간격 및 길이를 설계하는 단계는, 변경된 회로에 따른 전류밀도를 측정하고, 측정된 전류밀도의 집중을 회피하도록 배선을 설계하는 것을 특징으로 하는 전원 장치의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 변경할 회로 소자의 개수를 줄여 배치하는 단계 이전에, 상기 필수 회로 소자 및 변경할 회로 소자의 전기적인 특성에 기초하여, 새롭게 제작될 인쇄회로기판의 실장 영역을 다수의 영역으로 분리하여 구획하는 단계;
   상기 기존 전원 모듈의 사양 및 요구된 설계 사양에 따른 기능적 특성에 기초하여, 다수의 기능 블록으로 회로를 구성하고, 구성된 다수의 기능 블록에 따라 구획된 다수의 영역을 기능별 세부 영역으로 재구획하는 단계; 및
   상기 필수 회로 소자 및 변경할 회로 소자의 전기적인 특성 및 상기 기존 전원 모듈의 사양 및 요구된 설계 사양에 따른 기능적 특성에 기초하여 상기 필수 회로 소자 및 상기 변경할 회로 소자의 배치를 결정하면서, 상기 변경할 회로 소자의 교체, 제거 및 추가 중 하나를 결정하는 단계;를 더 포함하며,
   상기 회로 소자의 전기적인 특성은 입력 또는 출력, 디지털 또는 아날로그, 고속 또는 저속, 고압 또는 저압, 고임피던스 또는 저임피던스 특성으로 각각 구분되며, 상기 다수의 영역은 입력 영역, 출력 영역, 디지털 영역, 아날로그 영역, 고속 동작 영역, 저속 동작 영역, 고임피던스 영역, 저임피던스 영역을 적어도 포함하며,
   상기 기존 전원 모듈의 사양 및 요구된 설계 사양에 따른 기능적 특성은 정류 및 평활회로 구성, 컨버터회로 구성, 제어회로 구성 및 구동회로 구성을 적어도 포함하는 특성 중 하나인 것을 특징으로 하는 전원 장치의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 배선의 간격 및 길이를 설계하는 단계는, 구획된 영역 간 연결된 배선의 간격 및 길이를 확인하고, 확인된 배선의 간격이 설정된 제1 임계치 미만이고 확인된 배선의 길이가 설정된 제2 임계치 초과이면, 해당 배선의 간격이 상기 제1 임계치 이상이 되도록, 해당 배선의 길이가 상기 제2 임계치 이하가 되도록 배선의 간격 및 길이를 각각 재설계하되, 상기 구획된 영역 중 서로 이웃하는 영역을 연결하는 배선의 최소 길이를 유지하도록 배선의 길이를 재설계하는 단계; 및
   구획된 각 영역의 배선 밀도를 구하고, 구한 배선 밀도에 기초하여 배선 간 간격이 상기 제1 임계치 미만이면, 해당 영역의 위치를 재배치하거나 해당 영역 내 회로 소자를 재배치하여 배선 간 간격이 상기 제1 임계치 이상이 되도록 설계하되, 재배치된 영역 내 회로 소자 간 전기 간섭 최소화가 가능하고 허용 전압을 만족하는 간격과 노이즈의 최소화가 가능한 길이로 배선의 간격 및 길이를 최종 설계하는 단계;를 더 포함하며,
   상기 구획된 영역 내 회로 소자의 재배치시, 상기 구획된 영역 내 회로 소자의 전력소모 및 부하 용량을 고려하여 회로 소자의 재배치를 설계하는 것을 특징으로 하는 전원 장치의 제조 방법.

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