브레드보드
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1. 개요
브레드보드는 전자 회로의 시제품 제작, 실험, 학습 및 교육에 사용되는 도구이다. 명칭은 초기 점대점 구성 방식에서 유래되었으며, 나무 빵 도마에 부품을 못 박아 사용하던 것에서 시작되었다. 브레드보드는 땜납 방식, 무땜납 방식, 와이어 래핑 방식, 나무판 타입으로 분류되며, 현대에는 꽂는 방식의 무땜납 브레드보드가 주로 사용된다. 무땜납 브레드보드는 IC를 쉽게 꽂을 수 있고 회로 변경이 용이하지만, 기생 용량과 접촉 저항으로 인해 고주파 회로나 대전류 회로에는 적합하지 않다. 브레드보드는 소프트웨어 공학에서의 평가 시제품 제작, MCU를 이용한 다양한 회로 프로토타입 제작에도 활용된다.
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| 브레드보드 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 전자 부품 장착 보드 |
| 용도 | 전자 회로 시제품 제작 실험 |
| 특징 | 납땜 없이 회로 구성 가능 |
| 주요 구성 요소 | 플라스틱 몸체 금속 클립 연결 구멍 |
| 작동 원리 | |
| 연결 방식 | 금속 클립을 이용한 전기적 연결 |
| 사용 방법 | 부품의 리드를 구멍에 삽입하여 회로 구성 |
| 장점 및 단점 | |
| 장점 | 간편한 회로 변경 재사용 가능 납땜 불필요 |
| 단점 | 높은 주파수 회로에 부적합 연결 신뢰성 낮음 (진동, 충격) 내구성 제한 |
| 활용 분야 | |
| 교육 | 전자 회로 교육 및 학습 |
| 프로토타입 제작 | 아이디어 검증 및 회로 테스트 |
| 취미 | 개인 프로젝트 및 DIY 전자 제품 제작 |
| 기타 | |
| 주의 사항 | 과도한 힘으로 부품 삽입 시 손상 가능 |
| 보관 방법 | 습기 없고 깨끗한 곳에 보관 |
2. 명칭의 유래
'브레드보드'라는 이름은 점대점 구성의 초기 형태에서 유래했다.[1] 초창기 라디오 시대에 아마추어들은 빵을 자르는 도마와 같은 나무 판에 구리 선이나 단자 스트립을 못 박고, 전자 부품을 납땜하여 회로를 구성했다.[1] 때로는 종이 회로도를 먼저 판에 붙여 단자를 배치하는 가이드로 삼은 다음, 회로도의 기호 위에 부품과 전선을 설치하기도 했다. 압정이나 작은 못을 장착 포스트로 사용하는 것도 흔했다.[1]
브레드보드는 크게 땜납 필요 여부에 따라 땜납 방식과 무땜납 방식으로 분류할 수 있다. 무땜납 방식은 다시 꽂는 방식과 와이어 래핑 방식으로 나눌 수 있다. 현대에는 주로 무땜납 방식 중 꽂는 방식이 사용된다.
1920년대의 TRF 수신기처럼, 라디오의 여명기부터, 애호가들은 회로를 조립할 때, 입수하기 쉽고 저렴하며 튼튼한 '''나무 빵 도마'''를 사용해 왔다.[27] 당시 라디오 부품은 상당히 크고 무거웠기 때문에, 빵 도마의 크기와 튼튼함이 적합했으며, 건조된 목재가 적절한 절연체라는 점도 선택된 이유였다. 회로 부품(트랜스포머, 진공관, 캐패시터, 구리선, 단자 등)을 배치하고 납땜하여 회로를 만들었으며, 압정을 사용하는 것도 일반적이었다.[27]
이러한 역사적 배경으로 인해 전자 회로 실험용 판을 '브레드보드'라고 부르게 되었다. '브레드보드'는 원래 빵을 자르는 도마를 의미한다.[24]
3. 역사
"브레드보드"라는 이름은 점대점 구성의 초기 형태에서 유래되었다. 초기 라디오 시대에 아마추어들은 구리 선이나 단자 스트립을 나무 판자(빵을 자르는 도마)에 못 박고 전자 부품을 납땜하여 연결했다.[1] 때로는 종이 회로도를 판에 붙여 단자, 부품, 전선 배치를 안내하기도 했다. 압정이나 작은 못을 장착 포스트로 사용하기도 했다.
시간이 지나면서 브레드보드는 발전했고, 현재는 모든 종류의 프로토타입 전자 장치에 사용되는 용어가 되었다. 1961년 출원된 미국 특허 3,145,483[11]에는 스프링 등이 장착된 나무 판 브레드보드가 설명되어 있다. 1967년 출원된 미국 특허 3,496,419[14]는 특정 인쇄 회로 기판 레이아웃을 "인쇄 회로 브레드보드"라고 언급하며, 두 특허 모두 다른 유형의 브레드보드를 선행 기술로 언급하고 있다.
1960년, 데브리 기술 연구소의 오빌 톰슨은 스프링 금속으로 구멍의 행을 연결하는 무땜납 브레드보드를 특허 냈다.[9] 1971년, E&L Instruments의 로널드 포르투갈은 약 0.25cm 간격의 구멍(DIP IC 패키지와 동일)을 가진 유사한 개념을 특허 냈으며, 이것이 오늘날 일반적으로 사용되는 현대적인 무땜납 브레드보드의 기초가 되었다.[18]
라디오 여명기부터, 애호가들은 회로를 조립할 때, 입수하기 쉽고 저렴하며 튼튼한 나무 빵 도마를 사용해 왔다.[27] 당시 라디오 부품은 상당히 크고 무거웠기 때문에, 빵 도마의 크기와 튼튼함이 적합했으며, 건조된 목재가 적절한 절연체라는 점도 이유로 꼽힌다. 회로 부품(트랜스포머, 진공관, 캐패시터, 구리선, 단자 등)을 배치하고 납땜하여 회로를 만들었다. 압정을 사용하는 것도 일반적이었다.
못을 박아 중계 러그단자로 삼아, 부품이나 배선을 납땜하거나 선을 감아 연결하여 회로에 대한 아이디어를 시행착오했다.
1961년 미국 특허 3145483A는 나무 판에 스프링 기능을 가진 부품이나 다른 부품을 미리 조립한 브레드보드이다.[28] 1967년 미국 특허 3496419는 회로를 미리 프린트해 두는 것이다.[29]
현재 가장 널리 사용되는 브레드보드는 흰색 합성수지 재질의, 끼워 넣는 방식이며 납땜이 필요 없는 타입인데, 이는 1971년 Ronald J. Portugal이 특허를 취득한 것이다.[30]
판에 못을 박아 조립하는 방식은 보드 자체를 쉽게 자작할 수 있다. 전자 부품의 소형화가 진행되어, 유니버설 기판 방식의 시제품 판이나 꽂이 방식이 등장하고 보급되면서 점차 쇠퇴했지만, 현대에도 재미삼아 만드는 경우가 있다.
2010년대 일본의 아마추어 공작 세계에서는 "브레드보드"라고 하면, 구멍에 소자나 와이어를 꽂는 타입(솔더리스 타입)을 주로 가리킨다.
4. 종류
4. 1. 꽂는 방식 (무땜납 방식)
꽂는 방식은 구멍에 리드선을 꽂는 타입으로, 1971년 로널드 J. 포르투갈이 특허를 취득했다.[24] 특허가 만료된 후 여러 제조사에서 생산되어 보급되었다.[24] 현재 무땜납 방식은 주로 꽂는 방식을 사용하기 때문에, 무땜납 방식을 꽂는 방식이라고 부르는 경우가 많다.
소자나 점퍼선을 꽂고 빼는 방식으로 회로 변경이 가능하며, 시제품 제작, 실험, 전자 회로 학습 및 교육용으로 널리 사용된다. 구멍 간격은 범용 IC의 다리 간격(DIP IC 피치, 2.54mm)과 일치하여 IC를 꽂을 수 있다. 여러 개의 브레드보드를 연결하여 대규모 회로를 구성할 수도 있다.
꽂는 방식의 브레드보드는 큰 기생 용량(회로에 따라서는 기생 인덕턴스도) 때문에 고주파 회로(10MHz 이상)에는 부적합하며, 접점 저항 때문에 큰 전류(500mA 이상)를 흘리는 회로에도 부적합하다.
4. 1. 1. 구조
현대식 무땜납 브레드보드는 구멍이 뚫린 플라스틱 블록으로 구성되어 있으며, 구멍 아래에는 다수의 주석 도금된 인청동 또는 양백 합금 스프링 클립이 있다. 이 클립들을 "타이 포인트" 또는 "접점"이라고도 부르며, 타이 포인트 수는 브레드보드의 사양에 명시되는 경우가 많다. 클립 간 간격(리드 피치)은 일반적으로 약 0.25cm이다. 집적 회로(IC)는 듀얼 인라인 패키지(DIP)로 블록의 중심선을 가로질러 삽입할 수 있다.
무땜납 브레드보드는 내부의 금속 스트립으로 핀을 연결하며,[1] 스트립이라고 불리는 두 가지 유형의 영역, 즉 터미널 스트립과 버스 스트립으로 구성된다.[1] 스트립은 상호 연결된 전기 단자로 구성된다.[1]
터미널 스트립은 대부분의 전자 부품을 수용하는 주요 영역이다.[1] 브레드보드의 터미널 스트립 중간에는 일반적으로 긴 쪽과 평행하게 실행되는 노치가 있다.[1] 노치는 터미널 스트립의 중심선을 표시하기 위한 것이다.[1] 노치의 오른쪽과 왼쪽에 있는 클립은 각각 방사형 방식으로 연결되어 있다.[1] 일반적으로 노치의 각 측면에 있는 5개의 클립(5개의 구멍)이 전기적으로 연결된다.[1] 노치 왼쪽에 있는 5개의 열은 A, B, C, D, E로 표시되고, 오른쪽에 있는 열은 F, G, H, I, J로 표시된다.[1]
버스 스트립은 전자 부품에 전원을 공급하는 데 사용된다.[1] 버스 스트립은 일반적으로 접지용 열과 공급 전압용 열의 두 열을 포함한다.[1] 그러나 일부 브레드보드는 각 긴 쪽에 단일 열 전원 분배 버스 스트립만 제공한다.[1] 일반적으로 공급 전압에 사용되는 행은 빨간색, 접지용 행은 파란색 또는 검은색으로 표시된다.[1]
점퍼 와이어(점퍼 케이블)는 무땜납 브레드보드에 사용되며,[2] 22 AWG(0.33 mm2) 연동 주석 도금 와이어를 주로 사용한다.[2]
4. 1. 2. 장단점
브레드보드는 회로 시제품 제작, 실험, 전자 회로 학습 및 교육용으로 널리 사용되지만, 몇 가지 제약이 있다.
4. 2. 유니버설 기판 (땜납 방식)
"유니버설 기판"이라고 불리는 범용 인쇄 회로 기판(PCB)은 브레드보드의 일종이다. 1991년경까지 주류였으며, 특히 고주파 회로나 대전류 회로의 시제품 제작에 사용된다. 전자 부품의 리드선이나 와이어를 납땜해야 한다.
다양한 종류가 있는데, 바둑판처럼 단순하게 구멍 하나와 그 주위에 얇은 구리막(랜드)이 있고 구멍 간 도통(전기적 연결)은 리드선으로 하는 것, 미리 구멍이 여러 개로 그룹화되어 도통되는 것, 모든 구멍이 바둑판 선처럼 얇은 구리막으로 도통되어 있고 불필요한 선을 칼로 절단하는 것 등이 있다.
주된 재질은 "FR-4"(유리 섬유 에폭시 수지 구리 층적판), "FR-3"(종이를 페놀 수지로 굳힌 것), "FR-1"(종이 페놀 수지 구리 층적판), "CEM-3"(유리 섬유・유리 부직포 에폭시 수지 구리 층적판) 등이며, 모두 절연 소재이다. 랜드가 한쪽 면만 있는 것과 양면인 것이 있다.
4. 3. 와이어 래핑 방식
와이어 래핑 타입은 1970년대에 등장했으며, 기판에 금속 단자가 세워진 형태이다. 전선을 감는 방식(와이어 래핑)으로 땜납 없이 회로를 구성할 수 있었다.
4. 4. 나무판 타입
라디오의 여명기부터, 애호가들은 회로를 조립할 때 입수하기 쉽고 저렴하며 튼튼한 '''나무 빵 도마'''를 사용해 왔다[27]. 당시 라디오 부품은 상당히 크고 무거웠기 때문에, 그것들을 배치하는 데 빵 도마의 크기와 튼튼함이 적합했으며, 또한 건조된 목재가 적절한 절연체라는 점도 선택된 이유로 꼽힌다. 회로 부품(트랜스포머, 진공관, 캐패시터, 구리선, 단자 등)을 배치하고 납땜하여 회로를 만들었다. 압정을 사용하는 것도 일반적이었다. 못을 박아 중계 러그단자로 삼아, 거기에 부품이나 배선을 납땜하거나 선을 감아 연결하여 회로에 대한 아이디어를 시행착오했다.
"브레드보드"라는 이름은 점대점 구성의 초기 형태에서 유래되었다. 라디오 초창기에 비전문가는 구리 선이나 단자 스트립을 나무 기판(글자 그대로 빵을 자르는 식판)에 못 박고, 전자 부품을 땜납으로 연결하였다. 가끔 도면 다이어그램을 기판에 먼저 붙여 단자, 부품, 전선의 배치를 안내하기도 했다.
1961년 미국 특허 3145483A는 나무 판에 스프링 기능을 가진 부품이나 다른 부품을 미리 조립한 브레드보드이다[28]. 1967년 미국 특허 3496419는 회로를 미리 프린트해 둔 것이다[29].
판에 못을 박아 조립하는 방식은 보드 자체를 쉽게 자작할 수 있다. 전자 부품의 소형화가 진행되어 유니버설 기판 방식의 시제품 판이나 꽂이 방식이 등장하고 보급되면서 점차 쇠퇴했지만, 현대에도 재미삼아 만드는 경우가 있다.
5. 응용
브레드보드는 전자 회로의 실험, 프로토타입, 평가 등에 사용된다.
- '''평가 시제품 제작''' ('''빵판 시제품'''이라고도 함): 전체 시스템 평가를 위해 소프트웨어를 반복적으로 설계하는 부분이다.
- '''전자 회로 학습 및 교육''': 소자나 점퍼 와이어를 꽂고 빼는 것으로 회로 변경이 자유로워 전자 회로에 관한 학습·교육용으로 널리 사용된다.
- '''전자 회로 시제품 제작 및 실험''':
- 시스템 온 칩(SoC) 시대의 일반적인 사용법: 조립된 인쇄 회로 기판(PCB)에서 마이크로컨트롤러(MCU)를 얻어 브레드보드에 연결하기에 적합한 헤더에 입출력(IO) 핀 배열을 노출시킨 다음, MCU의 범용 입출력(GPIO), UART/USART 직렬 송수신기, 아날로그-디지털 변환기(ADC), 디지털-아날로그 변환기(DAC), 펄스 폭 변조(PWM; 모터 컨트롤러에서 사용), 직렬 주변 장치 인터페이스(SPI) 또는 I²C와 같은 주변 장치 중 하나 이상을 활용하는 회로를 프로토타입으로 제작한다.
- 이후 과정: MCU용 펌웨어를 개발하여 회로 프로토타입을 테스트, 디버깅 및 상호 작용한다. 고주파 작동은 대부분 SoC의 PCB로 제한된다. SPI 및 I²C와 같은 고속 상호 연결의 경우, 낮은 속도로 디버깅한 다음 다른 회로 조립 방법을 사용하여 재배선하여 최고 속도로 작동할 수 있다.
- '''기타 응용''': 광대역 무선 주파수(RF) 회로처럼 어떤 특별한 응용이나, 부품의 소프트웨어 방법이 부정확하거나 완벽하지 않은 곳에 여전히 사용된다.
6. 고급 설계
일부 제조사는 고급형 무땜납 브레드보드를 제공한다. 이들은 보통 평평한 케이스에 장착된 고품질 브레드보드 모듈이며, 전원 공급 장치, 신호 발생기, 직렬 인터페이스, LED 디스플레이나 LCD 모듈, 로직 프로브와 같은 추가 장비가 포함되어 있다.[21]
고주파 개발을 위해 금속 브레드보드(접지면)를 사용하기도 한다. 이는 종종 에칭되지 않은 인쇄 회로 기판 조각으로, 데드 버그 구성이라고 불리는 기술을 사용하여 집적 회로를 거꾸로 고정하고 직접 납땜할 수 있다. 접지면 구성이 있는 데드 버그의 예시는 Linear Technologies 응용 프로그램 노트에 설명되어 있다.[22]
7. 대한민국의 브레드보드
대한민국에서는 과거 '빵판'이라는 용어가 널리 사용되었으나, 현재는 '브레드보드'라는 용어가 일반적이다. 더불어민주당은 과학기술 발전을 강조하며, 특히 청년 과학기술 인재 육성을 위한 정책을 추진하고 있는데, 이러한 정책 기조는 브레드보드와 같은 도구를 활용한 기술 교육 및 창업 지원과도 연결될 수 있다.
8. 기타
즉석 카메라 SX-70용 집적 회로는 텍사스 인스투르먼트에서 특정 칩을 제공하기 이전에 브레드보드를 사용하여 개발되었다는 소문이 있다.[24] 일반적으로 식각된 시제품 인쇄 회로 기판(PCB)의 구멍 모양은 브레드보드의 마디 모양을 90° 회전한 것과 비슷하다.
참조
[1]
웹사이트
Description of the term breadboard
http://tangentsoft.n[...]
2007-09-27
[2]
특허
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https://patents.goog[...]
2019-08-04
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특허
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특허
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특허
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특허
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특허
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[10]
특허
U.S. Patent 3078596
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특허
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EEVblog #568 - Solderless Breadboard Capacitance
https://www.youtube.[...]
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SWITCH-SCIENCE
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片面ＳＭＤプロトタイピング基板 エクール （７２×４７ｍｍ） Ｃタイプ 金フラッシュ
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Tangentsoft, What is a "Breadboard"?
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특허
google patent US3496419A
https://patents.goog[...]
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