제품 설계 노하우

PCB와 케이스 조립 설계: 공차와 커넥터 간섭 줄이기

CAD에서는 맞는데 실제 케이블이 꽂히지 않는 이유는 무엇일까요? PCB 고정 기준, 공차 누적, 커넥터 개구부와 조립 순서를 함께 검토하는 방법을 정리합니다.

나로시스템 · 설계 노트2026-11-055분 읽기

PCB Design

보드 외형에 맞춰 상자를 만들었는데 USB 케이블이 끝까지 들어가지 않거나, 나사를 조인 뒤 PCB가 휘는 일이 생길 수 있습니다. 조립 설계에서는 부품의 명목 치수뿐 아니라 치수 편차, 고정 방식, 작업 순서를 함께 다뤄야 합니다. 아래 내용은 일반적인 설계 검토 방법이며 특정 고객 제품의 실적이나 시험 결과가 아닙니다.

1. 보드 외곽보다 먼저 조립 기준을 정합니다

PCB가 케이스 안에서 어디에 놓이고 어느 방향으로 움직일 수 있는지부터 정합니다. 보드를 받치는 면은 높이 기준이 되고, 위치 결정 구조는 평면상의 이동과 회전을 제한합니다. 나사를 통과시키는 여유 구멍만으로 위치를 잡으면 체결 전에 보드가 움직일 수 있으므로 그 이동량도 커넥터 위치 오차에 포함해야 합니다.

도면에는 보드 외형, 장착 구멍, 커넥터 중심, 케이스 개구부가 어떤 기준에서 측정되는지 표시합니다. 모든 구멍을 억지로 꼭 맞게 만들어 위치를 잡으려 하면 치수 편차 때문에 조립이 어려워질 수 있습니다. 위치를 정하는 요소와 보드를 눌러 고정하는 요소의 역할을 구분하는 것이 출발점입니다.

2. STEP 모델과 실제 구매 부품을 대조합니다

PCB 제조사 PCB Train은 보드와 케이스의 동시 검토, STEP 등을 통한 높이·포트 위치 확인, 장착 방식에 맞는 금지 영역 확보를 권고합니다. 다만 3D 모델이 모든 허용 오차와 부품 변형을 담고 있다고 가정해서는 안 됩니다. 실제 주문할 커넥터의 도면과 모델 리비전을 대조하고, PCB 아래쪽 부품·납땜 돌출부·나사 머리까지 확인합니다.

검토 예를 들어 보겠습니다. USB 소켓의 금속 외곽은 케이스 구멍을 통과해도 케이블 플러그의 플라스틱 몸체가 벽에 먼저 닿을 수 있습니다. 개구부 폭·높이 외에도 벽 두께와 소켓의 후퇴량을 확인하고, 실제 사용할 플러그의 삽입 경로를 CAD와 시제품에서 확인해야 합니다. LED는 부품 위치뿐 아니라 관찰 방향과 가림 여부를 점검합니다.

3. 여유 치수는 공차를 빼고 판단합니다

다음은 계산 방법을 설명하기 위한 가상의 1축 예입니다. 아래 값은 제조사 권장 공차나 나로시스템의 보장 사양이 아닙니다. 개구부와 커넥터는 명목상 중심이 같고, 상대 중심 오차에는 장착 유격 등 해당 축의 위치 오차가 이미 포함되었다고 가정합니다.

항목	가정값	최악 조건
케이스 개구부 폭	10.0 ± 0.1 mm	최소 9.9 mm
검토 대상 커넥터 외곽 폭	9.0 ± 0.1 mm	최대 9.1 mm
상대 중심 오차	최대 ±0.25 mm	한쪽 여유 0.25 mm 감소

최소 한쪽 여유 = (9.9 − 9.1) ÷ 2 − 0.25 = 0.15 mm입니다. 명목상 한쪽 여유 0.5 mm가 실제 최악 조건에서는 0.15 mm로 줄어듭니다. 이 값이 양수라는 것만으로 충분한 설계라고 판단하지 않습니다. 표면 처리, 버, 회전 오차, 온도 변화, 조립 작업성을 추가 검토해야 합니다. 이 계산은 수평 한 축만 다루므로 높이와 삽입 깊이도 별도로 검토합니다.

초기 검토에는 각 편차가 불리한 방향으로 겹치는 최악 조건 분석이 이해하기 쉽습니다. 통계적 공차 분석을 사용하려면 편차의 분포와 독립성 등 근거가 필요합니다. 도면에 없는 공차를 임의의 작은 값으로 넣어 조립 가능 판정을 내리지 않는 것이 중요합니다.

4. 나사 보스는 튼튼함과 제조성을 함께 봅니다

보스를 크게 만들면 언제나 좋아지는 것은 아닙니다. 사출 제조사 Protolabs는 보스 주변의 두꺼운 수지 덩어리가 수축 자국이나 내부 공극을 유발할 수 있다고 설명하며, 단순히 벽을 두껍게 하기보다 리브와 보강 구조를 검토하도록 안내합니다. 금형에서 빠져나오기 위한 구배와 가공 조건도 필요합니다. 구체적인 두께·높이·구멍 치수는 재료와 제조 공정, 나사 또는 인서트 사양에 맞춰 협의해야 합니다.

PCB를 고정할 때는 받침 높이 차이로 보드가 휘지 않는지, 나사 머리와 와셔가 부품이나 의도하지 않은 도전부에 닿지 않는지 점검합니다. 케이블을 꽂는 힘이 전달될 때 보드가 과도하게 휘지 않는지도 확인합니다. 보스 위치를 옮기면 배선·부품 금지 영역도 함께 갱신해야 합니다.

5. 조립 가능한 순서로 시제품을 검증합니다

완성 상태에서 간섭이 없어도 부품을 그 위치로 넣을 수 없으면 조립할 수 없습니다. 다음 항목을 실제 작업 순서대로 확인하는 검토표를 권합니다.

보드 삽입: 커넥터를 개구부에 통과시킨 뒤 장착 위치로 내릴 공간이 있는가?
체결: 드라이버가 접근하며 나사 길이와 체결 조건이 적절한가?
배선: 케이블 굽힘 공간이 있고 뚜껑을 닫을 때 끼이지 않는가?
사용: 실제 플러그가 끝까지 결합되고 LED와 조작부를 사용할 수 있는가?
정비: 보드나 케이블을 손상 없이 분리할 수 있는가?

3D 프린트 시제품으로 조립 방향과 접근성을 먼저 확인하되, 출력물에서 맞았다는 이유만으로 사출품의 공차·강도까지 검증됐다고 판단하지 않습니다. 양산 공정과 재료가 정해지면 해당 조건의 치수와 체결 시험을 다시 계획합니다.

6. 제작 요청 때 함께 전달할 자료

PCB와 케이스의 리비전이 일치하는 STEP, 치수·공차가 표시된 도면, 커넥터와 실제 결합품의 품번, 나사·인서트 사양, 조립 순서를 한 묶음으로 관리합니다. 특히 어떤 치수가 기능상 중요한지 표시하면 제조사와 조정할 대상을 좁힐 수 있습니다. 케이스 설계의 첫 검토 질문은 “보드가 들어가는가”에 더해 “편차가 있어도 조립·사용·정비가 가능한가”입니다.