Backdrill it Baby - PCB에서 신호 왜곡을 줄이는 방법

| 작성 날짜: 2017/02/21 화요일 | 업데이트 날짜: 2020/12/7 월요일

여러 해 동안, 엔지니어들은 인쇄 회로 기판 백드릴 설계에서 고속 디지털 신호 무결성을 왜곡할 수 있는 잡음을 처리하기 위해 여러 접근 방식을 개발해 왔습니다. 그리고 우리의 설계가 새로운 경계를 넘어서면서, 새로운 도전에 대처하기 위한 우리의 기술의 복잡성도 증가하고 있습니다. 오늘날 디지털 설계 시스템의 속도는 GHz에 이르고 있으며, 이는 과거보다 더 두드러진 도전을 만들어냅니다. 그리고 에지 속도가 피코초에 이르는 상황에서, 어떠한 임피던스 불연속성, 인덕턴스의 변동 또는 기생 커패시턴스도 신호 무결성과 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 신호 장애를 일으킬 수 있는 다양한 원인이 있지만, 때때로 간과되는 특정한 원인 중 하나는 바로 비아입니다. PCB 신호 왜곡을 줄이는 방법에 대한 자세한 정보를 계속 읽어보세요.

단순한 비아에서 숨겨진 위험들

고밀도 인터커넥트(HDI), 고층 수의 인쇄 보드, 그리고 두꺼운 백플레인/미드플레인에서의 비아 신호는 추가적인 지터, 감쇠 및 더 높은 비트 오류율(BER)을 겪을 수 있으며, 이는 수신기에서 데이터가 잘못 해석되는 결과를 초래할 수 있습니다.

예를 들어 백플레인과 딸깍방울 카드를 보십시오. 임피던스 불연속성과 관련하여, 회로 기판의 초점은 종종 그것들과 메인보드 사이의 커넥터에 맞춰져 있습니다. 이 커넥터들은 임피던스 측면에서 매우 잘 맞춰져 있는 경우가 보통이며, 실제 불연속성의 원인은 PCB 설계의 비아입니다.

데이터 속도가 증가함에 따라, 도금 관통 홀(PTH) 비아 구조에 의해 도입된 왜곡의 양도 보통 데이터 속도의 증가율보다 훨씬 높은 지수적 비율로 증가합니다. 예를 들어, 6.25 Gb/s 데이터 속도에서 PTH 비아의 왜곡 효과는 종종 3.125 Gb/s에서의 그것보다 두 배 이상입니다.

마지막으로 연결된 층을 지나치게 확장하는 아래쪽과 위쪽의 불필요한 스터브가 있으면 비아가 낮은 임피던스 불연속성으로 보입니다. 엔지니어들이 이러한 비아의 추가 용량을 극복하는 한 가지 방법은 그 길이를 최소화하여 그 임피던스를 줄이는 것입니다. 이것이 백드릴링이 등장하는 곳입니다.

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긴 비아 스터브 신호 왜곡^[1]

백드릴링으로 지원하기

백드릴링은 비아 스텁을 제거하여 채널 신호 무결성을 최소화하는 널리 인정받고 간단하며 효과적인 방법으로 사용되어 왔습니다. 이 기술은 기존의 수치 제어(NC) 드릴 장비를 사용하는 제어 깊이 드릴링(Controlled Depth Drilling)으로 알려져 있습니다. 그리고 이 기술은 백플레인과 같은 두꺼운 회로 기판뿐만 아니라 모든 유형의 회로 기판에 적용할 수 있습니다.

백드릴링 공정은 원래 비아 홀을 만드는 데 사용된 것보다 지름이 약간 더 큰 드릴 비트를 사용하여 필요하지 않은 전도성 스텁을 제거하는 것을 포함합니다. 이 비트는 보통 기본 드릴 크기보다 8밀(mils) 크지만, 많은 제조업체들이 더 엄격한 사양을 충족할 수 있습니다.

백드릴링 절차가 비아 주변의 트레이스와 평면을 뚫지 않도록 트레이스와 평면 간격이 충분히 커야 한다는 것을 기억해야 합니다. 트레이스와 평면을 뚫지 않기 위해 10밀의 클리어런스를 가지는 것이 권장됩니다.

일반적으로 백드릴링을 통해 비아 스텁 길이를 줄이는 것은 많은 장점을 가지고 있습니다. 여기에는:

결정적 지터를 수십 배 줄여 BER을 낮추는 것.
임피던스 매칭이 개선되어 신호 감쇠를 줄이는 것.
스텁 끝과 채널 대역폭 증폭기에서 EMI/EMC 방사를 줄이는 것.
공진 모드와 비아 간 크로스토크의 여기를 줄이는 것.
순차적 적층보다 낮은 제작 비용으로 설계 및 레이아웃 영향을 최소화합니다.

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고속 설계 문제에 대한 간단한 솔루션

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백드릴링 단면도

백드릴링 의도 소통하기

백드릴링 기술의 사용이 고밀도 인터커넥트 및 고속 설계 응용 분야에서 점점 더 자주 사용됨에 따라, 이 기술에 기인한 신뢰성 문제도 증가하고 있습니다. 이를 추진하는 몇 가지 문제에는 설계 지침의 부재, 제작 허용 오차, 그리고 설계 의도를 제작 패키지 내에서 제조업체에게 잘 전달하는 것이 포함됩니다.

그렇다면 회로 기판의 모든 대상 비아와 PTH 구성 요소를 성공적으로 백드릴링하기 위해 필요한 모든 정보를 제조업체에게 어떻게 보장할 수 있을까요? 그리고 설계 과정에서 다양한 수준의 백드릴링 사양을 어떻게 추적할 수 있을까요?

필요한 것은 선택된 객체에 대해 다른 백드릴링 구성을 지정할 수 있게 해주는 간단하고 시각적인 구성 도구로, 설계 규칙에 통합되어 있어야 합니다. 그 후에는 어떤 비아가 백드릴링되어야 하는지 알면서 소프트웨어가 작업을 대신 해주게 할 수 있습니다.Altium Designer^®에서 백드릴링이 얼마나 쉬운지 확인해보세요.

참고 문헌:

[1] 듀드니코프, 조지, 그리고 블라디미르 두바넨코. "라인 카드와 백 플레인에서 더 높은 대역폭 전송을 위한 매치 종단 스터브 비아 기술." 모든 상표 및 등록 상표는 각각의 소유주의 재산입니다. 요약 (n.d.): n. pag. 라인 카드와 백 플레인에서 더 높은 대역폭 전송을 위한 매치 종단 스터브 비아 기술. Sanmina - SCI, 2008. 웹. 2016년 9월 9일.

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작성자 정보

David currently serves as a Sr. Technical Marketing Engineer at Altium and is responsible for managing the development of technical marketing materials for all Altium products. He also works closely with our marketing, sales, and customer support teams to define product strategies including branding, positioning, and messaging. David brings over 15 years of experience in the EDA industry to our team, and he holds an MBA from Colorado State University and a B.S. in Electronics Engineering from Devry Technical Institute.

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