PCB 기술 - PCB 레이어 프레스 설계 준수 원칙

PCB(인쇄회로기판)를 설계할 때 고려해야 할 가장 기본적인 문제 중 하나는 회로 연결에 필요한 기능과 케이블 레이어를 구성하는 데 필요한 케이블 레이어, 접지 평면 및 전원 평면입니다.인쇄 회로 기판의 접지 평면 및 전원 평면 계층 수는 회로 기능, 신호 무결성, EMI, EMC 및 제조 비용 등의 요구 사항과 관련이 있습니다.대부분의 설계에서 PCB 성능 요구 사항, 목표 비용, 제조 기술 및 시스템 복잡성에 대한 많은 상충되는 요구 사항이 있습니다.PCB 레이어 프레스 설계는 일반적으로 다양한 요소를 고려한 후 절충을 통해 결정됩니다.고속 디지털 회로와 무선 회로는 일반적으로 다층판 설계를 채택한다.

캐스케이드 설계에서 고려해야 할 8가지 지침은 다음과 같습니다.

1. 계층화

다중 계층 PCB에는 일반적으로 신호 계층(S), 전원 공급 장치(P) 평면 및 접지(GND) 평면이 포함됩니다.일반적으로 전원 평면과 지면은 분리되지 않은 채워진 평면입니다.그것들은 인접한 신호 흔적선의 전류에 좋은 저저항 전류 반환 경로를 제공할 것이다.신호 레이어는 대부분 이러한 전원 공급 장치 또는 접지 참조 평면 레이어 사이에 위치하며 대칭 또는 비대칭 밴드를 형성합니다.다중 레이어 PCB의 최상위 및 하위는 일반적으로 어셈블리와 소량의 흔적을 배치하는 데 사용됩니다.이 신호의 흔적선은 흔적선에서 발생하는 직접적인 복사를 줄이기 위해 그리 길지 않아야 한다.

2. 단일 전력 참조 평면 결정 (전력 평면)

디커플링 콘덴서를 사용하는 것은 전원의 완전성 문제를 해결하는 중요한 조치이다.디커플링 콘덴서는 PCB의 최상위와 하위에만 배치할 수 있습니다.디커플링 콘덴서의 흔적선, 용접판과 구멍은 디커플링 콘덴서의 효과에 심각한 영향을 줄 것이다.이것은 설계할 때 디커플링 콘덴서를 연결하는 흔적선은 가능한 한 짧고 넓어야 하며, 구멍에 연결된 도선도 가능한 한 짧아야 한다.예를 들어, 고속 디지털 회로에서는 PCB의 최상위 계층에 디커플링 커패시터를 배치하고, 프로세서와 같은 고속 디지털 회로에 두 번째 계층을 전원 계층으로, 세 번째 계층을 신호 계층으로, 네 번째 계층을 신호 계층으로 사용할 수 있습니다.고속 디지털 회로 접지로 설정합니다.

또한 동일한 고속 디지털 장치로 구동되는 신호 흔적선이 참조 평면과 동일한 전력 계층을 사용하도록 보장하고 이 전력 계층은 고속 디지털 장치의 전원 계층입니다.

3. 다중 전력 기준면 결정

다중 전력 참조 평면은 전압이 다른 여러 물리적 영역으로 구분됩니다.신호 레이어가 다중 전원 레이어에 가까우면 주변 신호 레이어의 신호 전류에 원치 않는 반환 경로가 발생하여 반환 경로의 간격이 발생합니다.고속 디지털 신호의 경우, 이러한 불합리한 반환 경로 설계는 심각한 문제를 초래할 수 있으므로 고속 디지털 신호의 배선은 다중 전력 참조 평면에서 멀리 떨어져 있어야 합니다.

4. 다중 지면 참조 평면(지면) 결정

다중 접지 참조 평면 (접지 평면) 은 공통 모드 EMl을 낮추는 좋은 저임피던스 전류 반환 경로를 제공합니다.접지평면과 전원평면은 긴밀히 결합되여야 하며 신호층도 린접해있는 참고평면과 긴밀히 결합되여야 한다.이렇게 하면 레이어 사이의 미디어 두께를 줄일 수 있습니다.

5.접선 조합을 합리적으로 설계

신호 경로가 가로지르는 두 레이어를 경로설정 조합이라고 합니다. 최적의 경로설정 조합은 참조 평면에서 다른 참조 면으로 회류하지 않고 참조 평면의 한 점 (표면) 에서 다른 점 (면) 으로 회류하도록 설계되었습니다.복잡한 배선을 완성하기 위해서는 흔적선의 층간 전환이 불가피하다.신호층 사이를 전환할 때 반환 전류가 한 참조 평면에서 다른 참조 평면으로 부드럽게 흐를 수 있는지 확인합니다.설계에서는 인접 레이어를 경로설정 조합으로 사용하는 것이 합리적입니다.신호 경로가 여러 레이어를 통과해야 하는 경우 여러 레이어를 통과하는 경로가 반환 전류에 부드럽지 않기 때문에 경로설정 조합으로 사용하는 것은 일반적으로 합리적인 설계가 아닙니다.구멍 근처에 디커플링 콘덴서를 배치하거나 참조 평면 사이의 전매질 두께를 줄여 접지 반발을 줄일 수 있지만 좋은 설계는 아닙니다.

6. 연결 방향 설정

동일한 신호 레이어에서 대부분의 경로설정 방향이 일치하고 인접한 신호 레이어의 경로설정 방향과 직교해야 합니다.예를 들어, 한 신호 레이어의 경로설정 방향을 Y축 방향으로 설정하고 다른 인접 신호 레이어의 경로설정 방향을 X축 방향으로 설정할 수 있습니다.

7. 짝수 계층 구조 사용

설계된 PCB 스택에서 볼 수 있듯이 거의 모든 클래식 스택 설계는 홀수 레이어가 아니라 짝수 레이어입니다.이러한 긴급 상황은 다음과 같이 여러 가지 요인에 의해 발생합니다.

인쇄 회로 기판의 제조 공정에서 알 수 있듯이 회로 기판의 모든 전도 레이어는 코어 레이어에 저장됩니다.코어 레이어의 재료는 일반적으로 양면 커버 레이어입니다.핵심층이 충분히 이용될 때 인쇄회로기판의 전도층의 수량은 짝수이다.

짝수 번호의 인쇄 회로 기판은 비용 이점이 있습니다.전매질과 구리가 한 층 부족하기 때문에, 홀수 인쇄회로기판의 원자재 원가는 짝수 인쇄회로기판보다 약간 낮다.그러나 홀수 번호의 인쇄 회로 기판은 심층 구조 공정에 비표준적인 중첩 심층 접합 공정을 추가해야 하기 때문에 홀수 번호의 인쇄 회로 기판의 가공 원가는 짝수 번호의 인쇄 회로 기판보다 현저히 높다.일반적인 코어 구조에 비해 코어 구조에 구리를 추가하면 생산성이 떨어지고 생산 주기가 길어집니다.외부 코어 레이어는 레이어가 눌리고 접착되기 전에 추가 처리가 필요하므로 외부 스크래치와 잘못된 식각의 위험이 증가합니다.추가적인 외부 처리는 제조 비용을 크게 증가시킬 것이다.

인쇄회로기판이 다층회로접합공정에 있을 때 내층과 외층이 냉각될 때 부동한 층압장력은 인쇄회로기판에 부동한 정도의 굴곡을 초래하게 된다.또한 회로기판의 두께가 증가함에 따라 두 가지 다른 구조를 가진 복합 인쇄회로기판이 구부러질 위험이 더 커졌다.홀수 번호의 회로 기판은 쉽게 구부러지고, 짝수 번호의 인쇄 회로 기판은 회로 기판이 구부러지는 것을 피할 수 있다.

설계할 때 홀수 레이어를 스택하는 경우 다음 방법을 사용하여 레이어를 추가할 수 있습니다.

인쇄 회로 기판의 전원 레이어가 짝수이고 신호 레이어가 홀수인 경우 신호 레이어를 추가하는 방법을 사용할 수 있습니다.증가하는 신호층으로 인해 비용이 증가하지는 않지만 처리 시간을 단축하고 인쇄회로기판의 품질을 향상시킬 수 있습니다.

설계된 인쇄 회로 기판에 홀수 전원 레이어와 짝수 신호 레이어가 있는 경우 전원 레이어를 추가하는 방법을 사용할 수 있습니다.다른 간단한 방법은 다른 설정을 변경하지 않고 쌓인 중간에 접지층을 추가하는 것입니다. 즉, 먼저 홀수 층에 인쇄 회로 기판을 경로설정한 다음 중간 접지층을 복사합니다.

마이크로웨이브 회로와 혼합 매체 (다른 매체 상수) 회로에서는 인쇄회로기판 스택의 중심 부근에 빈 신호층을 추가하여 스택의 불균형을 최소화할 수 있다.

8. 비용 고려

제조원가면에서 같은 PCB면적에서 다층회로기판의 원가는 단층과 이중회로기판보다 높을것이며 층수가 많을수록 원가가 높을것이다.그러나 회로 기능과 보드 소형화를 고려하고 신호 무결성, EMl, EMC 등의 성능 지표를 확보할 때는 가능한 한 다중 레이어 보드를 사용해야 한다.종합적으로 평가해보면 다층회로기판과 단층회로기판의 원가차이가 예상보다 그리 높지 않을것이다.