신뢰성 확보를 위한 시뮬레이션 중심의 전자 시스템 설계

전자제품의 전체 내용 수명 동안 안정적으로 작동하도록 설계하고 제작하는 것은 생각보다 어렵습니다. 고객은 보통 이러한 초소형 제품을 작동시키는 복잡한 시스템에 대해서는 관심이 없고, 단지 제품이 매번 잘 켜지고 작동 하기만 기대합니다. 빠르게 변화하는 전자 산업에서 소비자를 자극하고 일관되게 작동하는 제품과 다양한 조건에서 신뢰성을 제공하는 것은 복잡한 변수들의 섬세한 조합을 수반합니다.

그렇다면, 전자 시스템 설계자가 장치의 신뢰성과 견고성을 설계, 검증 및 테스트하기 위해 면밀히 조사하는 주요 요소는 무엇일까요? 그리고 설계자가 예측 모델의 정확성을 높이고, 설계 반복 횟수를 줄이며, 인사이트를 수집하고 설계를 최적화하는 속도를 높이기 위해서 어떤 워크 플로우와 어떤 툴을 사용할까요?

01_Altair_NewsRoom_FeaturedArticle_ChasingReliabilityInElectronicSystemDesign_Images_1640x690-1

전자 시스템 오류의 원인은?

전자 시스템 오류의 원인은 다양한 형태로 나타납니다. 그 중, 일부는 물리적 테스트에서 나타나지 않을 수 있습니다. 제품이 제조 후 최종 테스트를 통과하더라도 장기간에 걸쳐 발생되는 응력으로 인해 시스템이 몇 달 또는 몇 년 후에 고장날 수 있습니다.

전자 시스템 오류의 일반적인 원인은 다음과 같습니다.

구성 요소 또는 설계 문제
과도한 열
진동
전자기 간섭
신호 또는 전력 무결성
PCB 조립 또는 제조 문제

실험실이나 현장 테스트에 의존하는 것만으로는 제품의 지속성과 견고함을 보장할 수 없습니다. 수년간의 집중 응력을 시뮬레이션하는 것은 테스트 챔버에서 정확하게 표현하기가 매우 어려우며 여러 프로토타입을 만드는 것은 출시 기간과 개발 비용에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

설계자는 어떻게 신뢰성을 보장할 수 있을까요?

시뮬레이션 기반 설계는 전자 시스템 오류의 위험을 줄이는 검증된 접근 방식으로 현장에서 발생하는 데 몇 년이 걸릴 수 있는 현상을 몇 시간 내에 시뮬레이션할 수 있도록 지원합니다. 가상 프로토타이핑은 신호 무결성, 전력 무결성, 열 관리, 진동, 충격 분석 및 DFM/DFA 검증을 비롯한 전체 장치 성능의 전반적인 문제를 예측할 수 있습니다.

또한 설계 프로세스 전반에 걸쳐 검증 및 전기 규칙 검사를 통합하여 설계 품질을 개선할 수 있습니다. 초기 및 개발 프로세스 전반에 걸쳐 “모범 사례” 설계 검토를 자동화하면 일반적으로 도메인 전문가에게 할당된 오프로딩 작업과 동시에 설계 엔지니어가 문제를 조기에 발견하고 1차 검증 작업을 처리할 수 있도록 도와줍니다.

삼성 SDI의 PCB 개발 개선

02_Altair_NewsRoom_FeaturedArticle_ChasingReliabilityInElectronicSystemDesign_Images_1640x690

삼성 SDI는 첨단 기술과 환경 배터리 산업의 글로벌 리더입니다. 전자 산업에서 40년의 역사를 가지고 있으며, 현재 재 충전이 가능한 배터리의 에너지 및 재료 분야에서 최고의 공급 업체입니다.

삼성 SDI가 전자소재 사업으로 전환하면서 해결해야 할 몇 가지 과제가 대두되었습니다. 기존 디지털 디스플레이 제어 회로에서 배터리 제어 회로로 전환해야 했기에 새로운 전자 설계 및 관련 인쇄 회로 보드(PCB) 제조 기술에 대한 새로운 접근 방식이 필요했습니다.

또한, 기존 제품과 신제품을 위해 PCB 설계 검토 및 검증을 위한 강력한 솔루션이 필요했으며, 자동차 배터리 팩 사업의 핵심 업체를 인수한 후 설계 규칙과 사용자 환경을 중앙에서 관리하며 PCB 설계 검토 및 검증을 설정하고 구현할 수 있는 솔루션이 필요했습니다.

삼성 SDI는 설계 팀이 일관성 있게 타이밍, 성능, 신뢰성 및 규정 준수 목표를 충족할 수 있도록 전자 시뮬레이션 중심의 설계 도구인 Altair PollEx^TM를 구현하기로 결정했습니다. PollEx는 조직 내 여러 팀이 사용할 수 있어서 효율적인 협업 환경을 제공했습니다. 이러한 환경을 갖춘 PCB 아트워크 엔지니어는 PCB 레이아웃 설계를 PDM 서버에 업로드하여 모든 엔지니어가 PCB 검증을 실행하는 동안 PCB 설계를 검토할 수 있었습니다. 삼성은 이 새로운 PCB 설계 검토 및 검증 프로세스를 통해 설계 반복 횟수를 20회에서 9회로 줄이고, 개정 점검 횟수를 6회에서 3회로 줄임으로써 연간 600만 달러를 절약할 수 있을 것으로 추정했습니다.

>> 삼성 SDI 사례 자세히 보기

PollEx를 사용하면 경험에만 의존하지 않고 신호 무결성, 전력 무결성, 열, EMI 취약성 및 ESD 보호를 위한 빠른 시뮬레이션 도구를 사용하여 PCB 레이아웃을 더 일찍 검토 및 개선하고 견고한 설계를 쉽게 추진할 수 있습니다. 모든 주요 ECAD 시스템에 대한 탁월한 연결성을 통해 PollEx가 기존 도구 체인에 얼마나 적합한 지 알아보시기 바랍니다.

알테어의 글로벌 전자 시스템 설계 웨비나 시리즈에 참여하여 업계를 선도하는 주요 기업들이 전자 시스템 설계 프로세스를 개선하기 위해 사용하는 최신 툴과 전략에 대해 자세히 알아보시기 바랍니다. EE Times(Electronic Engineering Times – 1972년부터 미국에서 발행된 전자 산업 잡지)에서 주최하는 첫 번째 웨비나에서 전자 시스템 신뢰성을 위한 솔루션을 다룹니다.