40. 하드웨어 개발

#  하드웨어 개발에 대한 전반적이고 구체적인 내용이 빠져 있어 해당 내용 작성하였습니다. 아래 내용은 제가 겪은 내용을 전반적으로 작성 하였습니다. 

 

1. 제품 개발의 전 과정과 신뢰성 평가

하드웨어 설계는 예비 시장 조사 및 경쟁 제품 분석(벤치마크)에서 시작하여 전체 시스템 구축, 회로 다이어그램 작성, 구성 요소 선택, PCB 예술 디자인, PCB 생산, SMT 조립, 초기 보드 평가, EMC/EMI 테스트, 보드 재설계 및 2차 보드 생산, 최종 제품 내부 평가 및 기타 연결에 이르기까지 제품 아이디어를 실제 전자 장치에 구현하는 복잡한 프로세스입니다. 특히, 각 단계는 신뢰성을 보장하여 최종 제품의 품질과 안정성을 보장하기 위해 철저한 검증과 내부 평가가 필요합니다.


2. 제품 구성 확인 및 기구적 협업 
부품 선정 후 제품 구성 확인 단계를 진행하겠습니다. 

이 단계에서는 회로 설계와 기기 설계 팀 간의 긴밀한 협력이 필요합니다.

제품 구성 확인 : 각 구성 요소 및 모듈이 설계 목표를 충족하는지 확인하기 위해 전체 시스템 구성 요소(회로, PCB, 하우징, 커넥터 등)를 확인합니다.
기관 협력 : 전기 설계 팀과 기관 설계 팀은 PCB 배치, 부품 간 간섭, 방열 및 조립 편의성을 기반으로 협력합니다. 예를 들어, 주요 부품이 쉽게 접근할 수 있도록 하거나 유지 보수를 고려하여 패널 내의 대피 위치를 선택합니다.
제품 크기 제한 및 재료 높이 검증 : 최종 제품 크기 및 두께 제한을 고려하여 PCB 및 부품의 높이 및 레이아웃을 최적화합니다. 커넥터나 전원단자 등의 외부 인터페이스 부품을 외곽에 배치하여 사용자의 접근성과 조립성을 확보하고, 내부 회로를 압축하면서도 효율적으로 배치하여 공간활용도를 극대화합니다.


3. PCB 일러스트 진행 및 생산과정
회로도가 결정되면 이를 기반으로 PCB 삽화 작업이 시작됩니다. 이 단계에서 구성 요소 배치 및 신호 라우팅, 접지 설계, 방열 및 EMI/EMC 대책을 포함하여 PCB 레이아웃이 최적화됩니다.

커넥터 배치 : 커넥터는 외부 연결을 위한 필수 부품으로 플레이트의 가장자리나 사용자가 쉽게 접근할 수 있는 위치에 배치됩니다.
전원 및 신호 라우팅 : 전원 신호는 안정적인 분배와 노이즈 최소화를 보장하기 위해 순차적이고 압축적으로 구성되며 중요한 신호 라인은 외부 간섭을 줄이기 위해 차폐 및 접지 기술을 채택합니다.
물론 압축적으로 구성이 되면 내부적인 그라운드 패턴이 작아져 노이즈가 안 좋을 수 밖에 없으나 기구적으로 사이즈가 정해져 있다면 EMC와 기구적인 측면을 잘 고려하여 개발 방향을 정해야 합니다. 
방열 설계 : 고출력 부품 주위에 충분한 방열 공간을 확보하고 필요한 경우 방열판 또는 방열판을 추가하여 방열 관리를 잘 수행합니다.
PCB의 생산은 고정밀 공정을 채택하고 생산된 기판은 자동화된 SMT 조립 공정을 거쳐 부품이 정확하게 장착됩니다. 이후 예비 보드 평가를 통해 전기적 기능, 발열, EMI/EMC 특성을 감지하고 평가 결과에 따라 보드 재설계를 수행합니다.


4. 초기 보드 평가, EMC/EMI 테스트 및 제품 내부 평가
완성된 보드는 전기 기능 테스트와 함께 EMC(전자파 호환성) 및 EMI(전자파 간섭) 테스트를 수행하여 전도도 및 방사선 특성을 확인합니다.

EMC/EMI 테스트 : 접지 차폐 설계가 합리적인지 확인하기 위해 보드의 신호 품질 및 외부 전파 간섭을 평가합니다.
제품 내부 평가 : 초기 테스트 후, 패널은 온도, 습도, 진동, 충격 등 다양한 환경 조건에서의 내구성과 신뢰성을 평가하기 위해 내부 테스트를 수행합니다.
이러한 평가 결과를 바탕으로 회로도와 PCB 레이아웃을 재검토하고 필요한 경우 수정하여 2차 보드의 생산 및 재평가를 진행합니다. 최종 제품의 품질을 보장하기 위해 신뢰성을 보장하기 위해 장기 테스트도 수행해야 합니다.

5. 신뢰성 및 품질 향상을 위한 협력 및 개선
하드웨어 설계의 신뢰성은 제품의 성공 여부와 직결되는 핵심 요소입니다.

부품 신뢰성 검증 : 각 부품의 데이터 시트 분석 및 내부 테스트를 통해 온도, 습도 및 전압 변화에서도 안정적으로 작동할 수 있는지 확인합니다.
설계 내구성 향상 : EMI/EMC, 방열, 접지, 차폐 등의 설계 요소를 통해 회로의 내구성을 향상시키고 장기적이고 안정적인 작동을 보장합니다.
협업 및 피드백 : 전기 설계 팀, 기기 설계 팀, 생산 팀 등이 긴밀히 협력하여 제품 구성, 조립성 및 유지 보수 용이성을 지속적으로 개선합니다.
회사 내부 평가 : 제품이 출시되기 전에 회사 내부 평가를 통해 전반적인 성능과 신뢰성을 재검증하고 개선을 구현하여 최종적으로 제품을 완성합니다.

6. 결론
하드웨어 설계에는 벤치마크, 블록 다이어그램 그리기, 회로 다이어그램 그리기, 구성 요소 선택, 제품 구성 확인, 기관 협업, PCB 일러스트, 생산, SMT 조립, 보드 평가, EMC/EMI 테스트, 보드 중량 설계, 2차 보드 생산 및 최종 제품 내부 평가와 같은 일련의 복잡한 프로세스가 포함됩니다. 각 링크는 최종 제품의 품질과 내구성을 보장하기 위해 신뢰성과 체계적인 평가를 받아야 합니다.
전자 회로 설계자와 엔지니어는 최신 기술과 공정 관리 기술을 적용하여 부품 배치와 PCB 배치를 최적화하고, 협력하여 제품의 기계적 제약과 전기적 요구를 충족시킵니다. 이러한 노력은 제품 개발 시간을 단축하고 비용을 절감하며 시장 경쟁력을 높이는 데 크게 도움이 될 것입니다. 미래에는 하드웨어 설계 기술이 사물인터넷, 자동차, 의료, 산업 전자 장비 등 여러 분야에서 핵심 역할을 계속하여 신뢰성과 안정성을 바탕으로 혁신 제품 개발의 중요한 동력이 될 것입니다.