전자회로 실무 / 기구·커넥터 조립

CM4 캐리어의 커넥터 높이는 모듈 아래 부품 여유로 결정합니다 (Connector Stack Height and Underside Clearance)

라즈베리 파이 컴퓨트 모듈 4(Raspberry Pi Compute Module 4, CM4)를 캐리어 기판에 얹을 때, 커넥터의 핀 수와 간격만 맞추면 조립될 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 캐리어의 윗면에 부품이 있고 그 위를 CM4가 덮는다면 두 기판 사이 높이도 맞아야 합니다. 커넥터를 낮게 정한 뒤 부품이 모듈 하부에 닿으면 커넥터가 끝까지 맞물리지 않거나 기판이 휠 수 있습니다. 캐리어에 부품을 배치하기 전에 사용할 연결 높이와 모듈 아래 공간을 함께 결정하는 방법을 설명합니다.

적층 높이와 부품 여유는 같은 치수가 아닙니다

CM4는 기판 간 커넥터(board-to-board connector) 두 개로 캐리어와 연결합니다. 두 커넥터가 결합했을 때의 기판 간 기준 높이를 적층 높이(stack height)라고 부릅니다. 하부 여유(underside clearance)는 모듈 아래에 캐리어 부품을 놓을 때 검토할 수 있는 공간입니다. 커넥터 적층 높이를 전부 부품 높이로 사용할 수는 없습니다. 모듈 자체의 하부 형상과 부품, 실장 공차가 그 공간에 영향을 주기 때문입니다.

CM4의 기구 자료에는 두 가지 캐리어 측 연결 선택지가 제시됩니다. 1.5 mm 적층의 DF40C-100DS-0.4V는 CM4 아래 여유를 0 mm로, 3.0 mm 적층의 DF40HC(3.0)-100DS-0.4V는 1.5 mm로 표시합니다. 이 숫자는 해당 모듈·커넥터 조합의 설계 기준입니다. 다른 컴퓨트 모듈이나 커넥터에 옮겨 쓰는 규칙이 아닙니다. 낮은 커넥터의 판매용 품번 중에는 DF40C-100DS-0.4V(51)처럼 괄호 접미사가 붙은 형식도 있습니다. 실제 사용할 품번과 맞물리는 커넥터의 도금·적층 높이를 제조사 도면으로 대조해야 합니다.

CM4 캐리어의 낮은 1.5 mm 적층은 모듈 아래 설계 여유가 0 mm이고, 높은 3.0 mm 적층은 1.5 mm로 표시되는 두 기구 선택을 비교합니다. 형상과 높이는 설명용이며 비례 축척이 아닙니다.
CM4 캐리어의 낮은 1.5 mm 적층은 모듈 아래 설계 여유가 0 mm이고, 높은 3.0 mm 적층은 1.5 mm로 표시되는 두 기구 선택을 비교합니다. 형상과 높이는 설명용이며 비례 축척이 아닙니다. · 클릭하면 확대됩니다.

부품을 배치하기 전에 두 기판의 높이를 계산합니다

  1. 실제 사용할 CM4와 캐리어를 정합니다. CM4의 기구 도면, 캐리어 PCB의 두께, 외함 안쪽 높이, 고정 나사·지지대 위치를 모읍니다. 커넥터 두 개의 계열·적층 높이·도금·맞물림 조합을 같은 도면에서 대조합니다. 한쪽 소켓만 다른 높이로 바꾸지 않습니다.
  2. 모듈 아래에 들어갈 물체를 모두 표시합니다. 캐리어 윗면의 집적회로(Integrated Circuit, IC), 수동 부품, 납땜부, 방열재, 접착물과 제조·조립 공차를 포함합니다. 커넥터의 중심 사이 공간만 보지 말고 CM4 외곽 아래에서 충돌할 수 있는 부품 전체를 찾습니다.
  3. 커넥터 선택에 따른 사용 가능 공간을 비교합니다. 자료상 여유가 0 mm인 낮은 커넥터에서는 모듈 아래에 높이가 있는 부품을 놓는 설계를 승인하지 않습니다. 3.0 mm 적층을 택하더라도 1.5 mm는 조립 편차와 안전 간격을 빼기 전의 설계 여유입니다. 예를 들어 그 자리에 높이 1.0 mm 부품을 계획했다면 숫자상 0.5 mm가 남지만, 실제 부품 최고 높이와 납땜·기판 휨·공차를 더한 뒤에도 간섭이 없는지 다시 확인해야 합니다. 이 0.5 mm를 보편적인 허용 여유로 쓰지 않습니다.
  4. 높이를 늘린 만큼 바깥쪽도 확인합니다. 높은 소켓은 모듈 위쪽과 외함 사이 공간, 커넥터 체결 상태, 고정 지지대의 길이를 바꿉니다. 아래 부품이 들어간다고 바로 높은 소켓을 확정하지 말고 외함과 모든 케이블·방열 부품의 간섭을 함께 확인합니다.

인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 외곽과 커넥터 풋프린트(footprint, 기판에 납땜할 패드와 부품 외형 표시)는 실제 주문할 부품의 도면을 사용합니다. 같은 DF40 계열 이름이라도 높이와 핀 수가 다른 부품이 있으므로 회로도 품번, PCB 풋프린트, 구매 목록과 3차원 모델(3D model)을 한 번에 대조합니다. 두 100핀 커넥터 사이 위치가 어긋나면 한쪽이 먼저 걸려도 다른 쪽 접점이 정상 체결되었다고 볼 수 없습니다.

조립 뒤에는 접점과 기구 간섭을 따로 검사합니다

전원을 끈 상태에서 모듈을 수직으로 맞추어 끼우고, 두 커넥터가 같은 깊이로 결합했는지 옆에서 봅니다. 모듈 한쪽이 들리거나 누를 때만 내려가면 나사로 억지로 당겨 맞추지 않습니다. 모듈을 빼고 부품 높이·납땜 돌출·커넥터 방향과 위치를 조사합니다. 삽입 뒤에는 기구적 결합과 전기적 접속을 따로 확인합니다. 외함까지 조립한 상태에서 압박이나 휨이 생기지 않는지 보고, 전원을 넣기 전 합선과 전원 레일을 검사합니다.

완성품의 겉모습만으로는 어떤 높이의 소켓이 실장됐는지 판단하기 어렵습니다. 전달받은 품번이 있더라도 그대로 설계에 옮기지 말고, 모듈 기구 도면과 주문할 커넥터의 도면, 캐리어의 실제 부품 높이와 조립 검사 결과를 맞춰 보십시오.