PCB 스택업 설계 방법

적층 설계는 주로 두 가지 규칙을 따릅니다.

1. 각 배선 층에는 인접한 참조 층(전원 층 또는 접지 층)이 있어야 합니다.
2. 인접한 주 전원층과 접지층은 최소 거리를 유지하여 더 큰 결합 용량을 제공해야 합니다.

 

다음은 예시 설명으로 2층 보드에서 8층 보드로의 스택을 나열한 것입니다.

1. 단면 PCB 보드 및 양면 PCB 보드 스택

2층 기판의 경우, 층 수가 적기 때문에 적층 문제가 발생하지 않습니다. EMI 방사 제어는 주로 배선 및 레이아웃에서 고려됩니다.

단층 기판과 복층 기판의 전자파 적합성은 점점 더 중요해지고 있습니다. 이러한 현상의 주된 원인은 신호 루프 면적이 너무 커서 강한 전자파를 방출할 뿐만 아니라 회로가 외부 간섭에 민감하게 반응하기 때문입니다. 회로의 전자파 적합성을 개선하는 가장 쉬운 방법은 키 신호의 루프 면적을 줄이는 것입니다.

주요 신호: 전자파 적합성 관점에서 주요 신호는 주로 강한 방사를 생성하는 신호와 외부 환경에 민감한 신호를 의미합니다. 강한 방사를 생성할 수 있는 신호는 일반적으로 클록이나 주소의 저차 신호와 같은 주기 신호입니다. 간섭에 민감한 신호는 레벨이 낮은 아날로그 신호입니다.

단일 및 이중 레이어 보드는 일반적으로 10KHz 이하의 저주파 아날로그 설계에 사용됩니다.

1) 동일 층의 전원 배선은 방사형으로 배치되며, 배선의 총 길이는 최소화됩니다.

2) 전원선과 접지선을 연결할 때는 서로 가깝게 연결해야 합니다. 주요 신호선 옆에 접지선을 배치하고, 이 접지선은 신호선에 최대한 가깝게 연결해야 합니다. 이렇게 하면 루프 면적이 줄어들고 차동 모드 방사의 외부 간섭에 대한 민감도가 감소합니다. 신호선 옆에 접지선을 추가하면 면적이 가장 작은 루프가 형성되어 신호 전류가 다른 접지선 대신 이 루프를 통해 흐르게 됩니다.

3) 이중층 회로 기판인 경우, 회로 기판 반대편, 신호선 바로 아래에 접지선을 신호선을 따라 배치할 수 있습니다. 이때 첫 번째 선은 최대한 넓어야 합니다. 이렇게 형성된 루프 면적은 회로 기판 두께에 신호선 길이를 곱한 값과 같습니다.

 

2층 및 4층 라미네이트

1. SIG-GND(PWR)-PWR (GND)-SIG;
2. GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;

위의 두 가지 적층 설계의 잠재적 문제는 기존의 1.6mm(62mil) 기판 두께에 있습니다. 층 간격이 매우 넓어져 임피던스 제어, 층간 결합 및 차폐에 불리할 뿐만 아니라, 특히 전원 접지면 사이의 간격이 넓으면 기판 정전용량이 감소하고 노이즈 필터링에도 도움이 되지 않습니다.

첫 번째 방식은 일반적으로 보드에 칩이 더 많은 상황에 적용됩니다. 이러한 방식은 더 나은 SI 성능을 얻을 수 있지만, 배선 및 기타 세부 제어를 통해 EMI 성능에는 크게 좋지 않습니다. 주요 주의 사항: 접지층은 신호 밀도가 가장 높은 신호층의 연결층에 배치되어 방사선을 흡수하고 억제하는 데 유리합니다. 20H 규칙을 반영하기 위해 보드 면적을 늘립니다.

두 번째 솔루션은 일반적으로 보드의 칩 밀도가 충분히 낮고 칩 주변에 충분한 공간이 있을 때(필요한 전원 구리층 배치) 사용됩니다. 이 방식에서 PCB의 바깥층은 접지층이고, 가운데 두 층은 신호/전원층입니다. 신호층의 전원 공급 장치는 넓은 배선으로 배선되어 전원 공급 장치 전류의 경로 임피던스를 낮출 수 있으며, 신호 마이크로스트립 경로의 임피던스도 낮습니다. 또한, 안쪽 층의 신호 방사도 바깥쪽 층으로 차폐할 수 있습니다. EMI 제어 관점에서 볼 때, 이는 현존하는 최고의 4층 PCB 구조입니다.

주요 주의 사항: 신호 및 전력 혼합층의 중간 두 층 사이의 간격을 넓히고 배선 방향을 수직으로 하여 누화를 방지해야 합니다. 기판 면적은 20H 규칙을 준수하도록 적절히 제어해야 합니다. 배선 임피던스를 제어하려면 위 솔루션에서 전선을 배선할 때 매우 신중하게 배선해야 합니다. 전선은 전원 공급 및 접지를 위해 구리 아일랜드 아래에 배치됩니다. 또한, 전원 공급 또는 접지층의 구리는 DC 및 저주파 연결을 보장하기 위해 최대한 상호 연결되어야 합니다.

 

 

3, 6층 라미네이트

칩 밀도와 클록 주파수가 더 높은 설계의 경우 6층 보드 설계를 고려해야 하며, 다음과 같은 스태킹 방법이 권장됩니다.

1. SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;

이러한 방식의 경우, 이러한 적층 방식은 신호 무결성이 더 우수합니다. 신호층은 접지층에 인접하고, 전원층과 접지층이 쌍을 이루어 각 배선층의 임피던스를 더 잘 제어할 수 있으며, 두 층이 자기장선을 잘 흡수할 수 있습니다. 또한 전원층과 접지층이 완성되면 각 신호층에 더 나은 복귀 경로를 제공할 수 있습니다.

2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;

이러한 방식의 경우, 소자 밀도가 높지 않은 상황에만 적합합니다. 이러한 적층 방식은 상층 적층 방식의 모든 장점을 가지고 있으며, 상하층의 접지면이 비교적 완전하여 더 나은 차폐층으로 사용할 수 있습니다. 전원층은 주 소자 표면이 아닌 층에 가깝게 위치해야 합니다. 하층의 접지면이 더 완전해지기 때문입니다. 따라서 첫 번째 솔루션보다 EMI 성능이 우수합니다.

요약: 6층 기판 구조의 경우, 양호한 전력 및 접지 결합을 얻기 위해 전력층과 접지층 사이의 거리를 최소화해야 합니다. 그러나 기판 두께가 62mil이고 층 간격이 줄어들더라도, 주전원과 접지층 사이의 간격을 작게 제어하는 ​​것은 쉽지 않습니다. 첫 번째 방식과 두 번째 방식을 비교하면 두 번째 방식의 비용이 크게 증가합니다. 따라서 적층 시에는 일반적으로 첫 번째 방식을 선택합니다. 설계 시에는 20H 규칙과 미러층 규칙 설계를 준수하십시오.

4층 및 8층 라미네이트

1. 이 방식은 전자파 흡수율이 낮고 전원 임피던스가 크기 때문에 좋은 적층 방식이 아닙니다. 구조는 다음과 같습니다.
1. 신호 1 성분 표면, 마이크로스트립 배선층
2. 신호 2 내부 마이크로스트립 배선층, 더 나은 배선층(X 방향)
3. 접지
4. 신호 3 스트립라인 라우팅 계층, 더 나은 라우팅 계층(Y 방향)
5. 신호 4 스트립라인 라우팅 계층
6. 파워
7. 신호 5 내부 마이크로스트립 배선층
8. 신호 6 마이크로스트립 트레이스 레이어

2. 세 번째 적층 방식의 변형입니다. 기준층을 추가함으로써 EMI 성능이 향상되고 각 신호층의 특성 임피던스를 효과적으로 제어할 수 있습니다.
1. 신호 1성분 표면, 마이크로스트립 배선층, 양호한 배선층
2. 지표층, 전자파 흡수능력 양호
3. 신호 2 스트립라인 라우팅 계층, 양호한 라우팅 계층
4. 전원층은 접지층과 함께 우수한 전자파 흡수를 형성합니다.5. 접지층
6. 신호 3 스트립라인 라우팅 계층, 양호한 라우팅 계층
7. 전원 공급 임피던스가 큰 전원 계층
8. 신호 4 마이크로스트립 배선층, 양호한 배선층

3. 다층 접지 기준면을 사용하기 때문에 가장 좋은 스태킹 방식으로 지자기 흡수 용량이 매우 좋습니다.
1. 신호 1성분 표면, 마이크로스트립 배선층, 양호한 배선층
2. 지표층, 전자파 흡수능력 우수
3. 신호 2 스트립라인 라우팅 계층, 양호한 라우팅 계층
4. 전원 전력층, 5. 접지층 아래의 접지층과 우수한 전자파 흡수 형성
6. 신호 3 스트립라인 라우팅 계층, 양호한 라우팅 계층
7.지층, 전자파 흡수능력 우수
8. 신호 4 마이크로스트립 배선층, 양호한 배선층

설계에 사용할 보드 층 수와 적층 방식은 보드의 신호 네트워크 수, 소자 밀도, PIN 밀도, 신호 주파수, 보드 크기 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 이러한 요소들을 종합적으로 고려해야 합니다. 신호 네트워크가 많을수록, 소자 밀도가 높을수록, PIN 밀도가 높을수록, 신호 주파수가 높을수록, 다층 보드 설계를 최대한 채택해야 합니다. 우수한 EMI 성능을 얻으려면 각 신호 층에 고유한 기준 층을 두는 것이 가장 좋습니다.