PCB 스택 업 디자인: 기본에서 고속 신호 최적화로의 포괄적 인 안내서

 

현대 전자 디자인에서, PCB (인쇄 회로 기판) Stackup Design은 회로 성능을 결정하는 주요 요소 중 하나입니다., 신뢰할 수 있음, 그리고 비용. 특히 레이어 수가 4를 초과 할 때, 스택 업 설계는 신호 무결성에 영향을 줄뿐만 아니라, 전자기 호환성 (EMC), 열 관리이지만 제조 비용 및 프로세스 복잡성에 직접적인 영향을 미칩니다.. 이 기사는 기본 개념으로 시작합니다, 핵심 원칙을 탐구하십시오 인쇄 회로 기판 스택 업 디자인, 재료 선택, 및 고속 신호 최적화 전략, 설계 과정에서 엔지니어가 더 많은 정보를 얻는 데 도움이됩니다..

PCB Stackup 설계의 기본 사항

PCB Stackup이란 무엇입니까??

PCB 스택 업 (핵심), 준비 (프리프레그, pp), 및 특정 시퀀스의 구리 호일, 그런 다음 적층되어 통합을 형성합니다 다층 회로 기판 구조. Stackup 설계의 핵심은 신호 레이어의 합리적인 할당에 있습니다., 파워 계층, 전기 성능을 충족하는지면 층, 기계적 강도, 비용 관리 요구 사항.

단일 또는 이중층 보드, 스택 업 디자인은 비교적 간단합니다, 일반적으로 적절한 구리 입은 보드 두께 및 구리 중량의 선택 만 필요합니다.. 하지만, 4 개 이상의 층으로 다층 보드를 설계 할 때, 스택 업 디자인은 복잡하고 중요 해집니다. 예를 들어, 16 층 보드의 스택 업 디자인은 신호 무결성을 고려해야합니다., 임피던스 제어, EMC 차폐, 열 관리, 그리고 다른 요인들.

스택 업 디자인의 주요 재료

• 구리 입은 코어 (핵심): 단열 기판으로 구성됩니다 (에폭시 수지와 같은, 유리 섬유) 그리고 동박, 기계적지지 및 전기 절연을 제공합니다.
• 프리프레그 (프리프레그): 에폭시 수지로 함침 된 유리 섬유 천으로 만들어졌습니다, 인터레이어 본딩 및 단열재에 사용됩니다.
• 구리 포일: 전도성 흔적을 형성하는 데 사용됩니다, 일반적인 두께는 0.5oz입니다 (18μm), 1온스 (35μm), 그리고 2oz (70μm).

PCB Stackup 설계의 핵심 원칙

층 할당 및 신호 무결성

다층 PCB를 설계 할 때, 회로 스케일 및 EMC 요구 사항에 따라 먼저 계층 수를 결정해야합니다.. 일반적으로, 신호 레이어, 파워 계층, 신호 크로스 토크 및 전자기 간섭을 줄이기 위해 접지 층을 번갈아 배포해야합니다.. 예를 들어, 고속 신호의 경우, 에이 “GND/신호/GND” Crosstalk 커플 링을 최소화하려면 Stackup 조합이 권장됩니다.

• 스트립 라인: 임계 고속 신호에 적합합니다, 신호 라인이 두 개의 지상 평면 사이에 샌드위치되는 곳, 우수한 차폐를 제공합니다.
• 마이크로 스트립: 비 임계 고속 신호에 적합합니다, 신호 라인이 외부 레이어에있는 곳, 유연한 라우팅을 제공하지만 차폐가 열악합니다.

임피던스 제어

임피던스 제어는 핵심 측면 중 하나입니다 고속 PCB 설계. 일반적인 단일 엔드 임피던스는 50Ω입니다, 차동 임피던스는 100Ω입니다. 임피던스 불일치는 신호 반사를 유발할 수 있습니다, 왜곡, 그리고 방사선, 신호 무결성에 영향을 미칩니다. 임피던스 제어를위한 주요 매개 변수에는 포함됩니다:

• 추적 너비와 간격: 임피던스에 영향을 미치는 주요 요인.
• 유전 상수: 유전 상수가 낮은 재료 신호 지연 및 손실을 줄이는 데 도움이됩니다..
• 구리 두께: 내부 신호 층은 일반적으로 0.5oz 구리 두께를 사용하여 정확한 에칭 요구 사항을 충족합니다..

EMC 디자인

EMC 설계의 목표는 전자기 간섭을 줄이는 것입니다. (EMI) 및 간섭 방지 기능을 향상시킵니다. 몇 가지 기본 원칙에는 다음과 같습니다:

• 인접한 전력 및지면 층: 방사선 전류를 차폐하는 동안 전력 스무딩 커패시터로 층간 커패시턴스를 사용하십시오..
• 전원 또는 접지 레이어에 인접한 라우팅 레이어: 플럭스 취소를 통한 간섭을 줄입니다.
• 실드 층으로서의 접지 평면: 공통 모드 RF 간섭을 억제하고 고주파 전력의 분포 임피던스 감소.

고속 PCB 스택 업 설계에 대한 최적화 전략

재료 선택

고속 PCB는 손실 접선이 낮은 재료가 필요합니다 (Df) 및 낮은 유전체 상수 (DK). 일반적인 FR-4 재료는 대부분의 응용 분야에 적합합니다, 그러나 고속 시나리오의 경우, Panasonic의 Megtron4/6 시리즈와 같은 고성능 자료가 권장됩니다. 예를 들어, Megtron6은 28Gbps에서 0.85dB/인치의 신호 손실을 나타냅니다., FR-4의 손실은 최대 2dB/인치입니다.

유리 섬유 효과 및 구리 호일 거칠기

• 유리 섬유 효과: 다른 유리 섬유 천의 직조 스타일은 신호 특성에 영향을 미칩니다.. 유리 섬유 효과를 완화합니다, 최소 수지 창으로 유리 섬유 유형을 선택하거나 지그재그 라우팅 방법을 사용하십시오..
• 구리 호일 거칠기: 고속 신호 설계에서, 구리 포일 표면 거칠기는 신호 전송에 영향을 미칩니다. 그 영향은 5GHz 미만 이하이지만 10GHz 이상으로 중요합니다..

열 관리

고속 PCB는 종종 높은 전력 소비를 제공합니다, 열 관리를 중요하게 만듭니다. 일부 최적화 전략에는 포함됩니다:

• 높은 열 전도성 재료 선택: 금속 기반 기판과 같은 (알루미늄 또는 구리).
• 열 패드 및 vias 설계: 열 전도 효율을 향상시킵니다.
• 지상 비행기와 구리 부위가 증가합니다: 열 소산 능력을 향상시킵니다.

PCB Stackup 설계의 실제 응용 프로그램

16-레이어 보드 스택 업 디자인

16 층 보드를 예로 들어 보자, 일반적인 스택 업 구조는 다음과 같습니다:

1. 최상층 (신호 레이어)
2. 지면 층
3. 신호 레이어
4. 파워 계층
5. 신호 레이어
6. 지면 층
7. 신호 레이어
8. 핵심 계층
9. 신호 레이어
10. 지면 층
11. 신호 레이어
12. 파워 계층
13. 신호 레이어
14. 지면 층
15. 신호 레이어
16. 하단 레이어 (신호 레이어)

이 구조는 고속 신호의 임피던스 제어 요구 사항을 충족하면서 신호 및지면을 번갈아 배포함으로써 크로스 토크 및 전자기 간섭을 효과적으로 감소시킵니다..

구조 설계를 통해

~ 안에 HDI PCB, 블라인드 비아 및 매장 된 vias는 라우팅 공간을 최적화하는 데 널리 사용됩니다.. 하지만, 이러한 구조를 통해 이러한 구조는 제조 난이도와 비용을 증가시킵니다. 그러므로, 설계 중에 구조를 통해 단순화해야합니다, 통로 홀 VIA의 우선 순위 (PTH).

결론

PCB 스택 업 디자인은 재료 선택과 관련된 복잡하고 중요한 작업입니다., 계층 할당, 임피던스 제어, EMC 디자인, 열 관리. 합리적 스택 업 디자인을 통해, 비용을 효과적으로 제어하면서 회로 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.. 고속 PCB 설계 용, 저 손실 재료 선택, 유리 섬유 효과 및 구리 호일 거칠기 최적화, 신호 무결성과 안정성을 보장하는 데 열 관리를 강화하는 것이 중요합니다..

초보자이든 노련한 엔지니어이든, PCB Stackup Design의 핵심 원리 및 최적화 전략을 마스터하면 전자 제품의 성공적인 설계를위한 탄탄한 기초가 될 것입니다..