고속 기판 설계를 위한 기판 레이어 스택업 고려 사항

고속 설계는 올바른 PCB 스택업으로 구축된 경우에만 성공적으로 작동합니다. 스택업은 신호에 충분한 레이어가 할당된 전력 및 접지면이 올바르게 배열되어 있어야 하며, 적절한 규모와 비용으로 제조할 수 있는 재료 세트와 구리 옵션이 모두 포함되어 있어야 합니다. 설계자가 스택업을 올바르게 구축할 수 있다면 신호 무결성이 보장된 라우팅이 훨씬 쉬워지고 간단한 여러 EMI 문제를 억제하거나 방지할 수 있습니다.

설계자가 필요한 라우팅 및 신호 무결성을 지원하는 고속 스택업을 보다 신속하게 엔지니어링하고 구축하는 데 도움이 되는 다양한 클래스의 고속 스택업에 관한 중요한 리소스를 모아 소개합니다. 

레이어가 적은 스택업

보다 간단한 고속 PCB는 4-레이어 기판으로 시작합니다. 2-레이어 기판은 신호 무결성이나 잡음 제어를 보장할 수 없으므로 임피던스 제어 고속 디지털 인터페이스를 지원하는 설계에 사용해서는 안 된다는 것이 저의 확고한 견해입니다. 설계 전문가라면 누구나 이 주장을 확인해 줄 것입니다.

고속 신호를 지원할 수 있는 4-레이어 PCB 스택업의 세 가지 주요 유형은 다음과 같습니다. 이러한 스택업 중 옵션 1은 라우팅의 유연성이 가장 뛰어나고 양면 기판으로 사용할 수 있으므로 최고의 선택이라고 볼 수 있습니다. 옵션 2도 양면 배치에 사용할 수 있지만, 내부 레이어에 크로스토크가 발생할 수 있으므로 신호를 라우팅할 수 있는 위치가 제한됩니다. 옵션 3은 전력 요구 사항이 높은 경우에 유용하지만, 고속 신호는 하나의 레이어에서만 라우팅할 수 있습니다. 단, 백 레이어에 패시브 컴포넌트 또는 기계적 컴포넌트를 배치할 수 있습니다.

• 양면 PCB에 가장 적합한 4-레이어 스택업 옵션 자세히 알아보기

내부 레이어에 저속 신호를 배치하는 등 더 많은 신호 수가 필요한 경우에는 다음 단계로 옵션 1을 확장하여 레이어 수를 늘려야 합니다. 이 과정은 6-레이어 스택업으로 시작합니다. 6-레이어 스택업의 경우, 위 옵션 1의 스택업에 전용 전력 레이어와 신호 레이어를 추가합니다. 이 스택업은 다음 두 가지 이유로 유용합니다.

• 표면 레이어는 제어된 임피던스 고속 인터페이스에 적합합니다.
• 내부 레이어는 대부분의 느린 인터페이스 또는 제어 신호를 지원할 수 있습니다.
• 전원 레이어는 여러 코어 전압 레벨을 지원하기 위해 여러 개의 대규모 레일로 세분화할 수 있습니다.

동일한 절차를 사용하여 고속 신호가 있는 8개 이상의 레이어로 스택업을 확장할 수 있습니다. 이 유형의 PCB 스택업은 다음 섹션에서 설명합니다.

• 고속 PCB를 지원할 수 있는 6-레이어 PCB 스택업 자세히 알아보기

보통 수준의 레이어

어느 시점에는 기판 스택업이 너무 두꺼워져서 전체 PCB 두께가 표준 값보다 커질 수 있습니다. 표준 적층판 압착 프로세스는 표준 두께 값을 초과하며 두께가 수 mm에 이르는 기판을 처리할 수 있으므로 제조 측면에서는 문제가 되지 않습니다. 하지만 얇은 기판을 원하는 경우에는 더 얇은 레이어가 필요합니다. 이를 위해 강화 PTFE 적층판(아래 설명 참조)을 사용하거나 HDI 처리로 바로 전환하는 방법이 있습니다.

중간 수의 레이어로 구성된 기판(약 8개 레이어 이상)은 많은 경우 여러 개의 평면 레이어가 전원에 할당되어 있으며, 추가적인 신호 레이어가 있습니다. 중간 수의 레이어로 구성된 기판의 경우, EMI를 억제하고 전원 무결성을 보장하는 데 도움이 되는 몇 가지 간단한 지침이 있습니다.

• 신호가 해당 평면 레이어를 참조하지 않는 한 전원면을 여러 개의 레일로 분할해도 됩니다.
• 전원면이 여러 개인 경우, 인접한 레이어에 전원면을 쌓지 말고 GND 플레인으로 분리하세요.
• 두 GND 평면 사이의 내부 레이어에 빠른 신호를 배치하고, 분할된 전원면에는 참조하지 마세요.
• 고속 마이크로 스트립, 일부 전원 라우팅(필요한 경우) 및 일부 GND 주입(필요한 경우)에만 표면 레이어를 사용하세요.

이러한 지침에 따라 설계에 레이어를 몇 개 더 추가해야 할 수도 있지만, 이렇게 하면 노이즈 제어, 전원 무결성과 신호 무결성이 대폭 개선되는 이점이 있습니다.

고급 스택업

고속 PCB 설계의 맥락에서 '더욱 발전'했다는 것은 여러 가지를 의미할 수 있습니다. 고속 디지털 설계에서 발전은 레이어 선택 및 배열 측면에서 두 가지 의미를 지닐 수 있습니다.

• HDI 라우팅을 지원하는 얇은 레이어
• 얇은 레이어 사용이 필수적인 많은 수의 레이어
• 여러 레이어의 미세 피치 BGA로 라우팅(반드시 HDI를 사용해야 하는 것은 아님)

즉, 레이어 수가 적고 유리 강화 FR4가 사용된 매우 얇은 신호 레이어(예: 4mil)를 구축할 수도 있고, 레이어 수가 매우 많아서 얇은 레이어와 대체 재료를 사용해야 할 수도 있습니다.

이러한 PCB의 고속 레이어 스택업 설계에서 고려해야 할 사항은 단순히 스택업의 Dk 및 Df 값이 아니라 컴포넌트의 선 폭과 제조 가능성에 중점을 둡니다. 일부 경우에는 신호 레이어에 저 Dk, 저 Df 적층판이 필요한데, 이는 단순히 손실이 적기 때문만은 아닙니다. 이러한 설계에서는 제조 가능성과 신호 무결성이 가장 중요하며, 얇은 적층판은 레이어 수가 많거나 신호 레이어가 얇은 고속 스택업의 여러 문제를 해결하는 해답이 될 수 있습니다. 오늘날 최첨단 가공 또는 HDI 가공으로 전환할 필요가 없는 더 얇은 기판의 주요 옵션은 4mil 미만의 두께로 제공되는 강화 PTFE 적층판입니다.

• 고급 고속 PCB를 위한 스택업 설계 자세히 알아보기

기타 리소스

고속 PCB에 중요한 또 다른 스택업 설계 영역은 전원 무결성과 신호 무결성입니다. 또한 BGA 패키지의 피치가 매우 미세하고 레이어가 매우 얇아지면 HDI 설계로 전환해야 할 수도 있습니다. PCB 설계에서 중요한 다음 영역에 대해 자세히 알아보세요.

• 반드시 알아야 할 HDI 재료 11가지
• HDI 기판용 2+N+2 PCB 스택업 설계
• 전자책: PDN 시뮬레이션 및 분석 가이드
• 스택업 설계가 신호 무결성에 미치는 영향

고속 PCB를 지원하기 위해 재료를 지정하고, 스택업을 구축하고, 임피던스 계산을 수행해야 하는 경우 Altium Designer^®의 PCB 설계 도구 세트 전체를 사용하세요. 설계를 완료하여 제조업체와 파일을 공유하려는 경우 Altium 365^™ 플랫폼을 사용하면 쉽게 협업하고 프로젝트를 공유할 수 있습니다.

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