디자인에 갇힌 두 사람

Sep 05, 2023

많은 독자들은 확실히 PCB 홈 에칭 공정에 대해 잘 알고 있습니다. 오늘날에는 약간 복잡하더라도 매우 간단한 것으로 간주됩니다. 내가 처음 전자제품에 관심을 갖게 된 어린 시절에는 그렇지 않았습니다. 그 당시에는 단면 보드라도 에칭하는 것은 "고급" 애호가를 위한 것이었습니다. 내가 PCB 에칭을 시작했을 때 고급 애호가들은 양면 홈 에칭 보드를 사용하고 있었습니다. 위 그림에 없는 유일한 유형은 내가 만든 성공적인 예를 찾을 수 없었기 때문입니다. 나는 나중에 "기본"으로 제작된 PCB의 등장을 보았습니다. 전문적으로 제작된 고정 크기 보드는 도금된 구멍이 있지만 솔더마스크나 실크스크린은 없습니다. 결국 이는 솔더마스크와 실크스크린을 갖춘 완전한 2층 보드를 갖춘 통합 PCB 서비스로 이어졌습니다.

오늘날 "고급" 애호가는 4레이어 보드를 사용할 수 있지만 4레이어 채택률은 여전히 ​​상대적으로 낮습니다. 예를 들어 OSH Park는 약 90%의 2레이어와 10%의 4레이어를 생산합니다. 이전의 모든 기술이 그러했듯이, 이는 필연적으로 증가할 것이라고 생각합니다. 결국 첨단 기술이 주류가 될 것입니다. 이전의 각 변화는 설계와 구성이 더 쉬워졌을 뿐만 아니라 성능도 향상되었으며, 4개 레이어가 보다 보편화되면서도 마찬가지입니다.

이제 4층 PCB 설계를 살펴보겠습니다. 귀하의 디자인에 대해 한 번도 고려한 적이 없다면 귀하가 얻는 모든 이점에 대해 추가 비용이 거의 들지 않는다는 사실에 놀랄 것입니다.

2층 PCB와 4층 PCB의 명백한 차이점은 두 개의 추가 구리층입니다. 보드 내 레이어의 특정 배열을 "스택업"이라고 합니다. 2층 스택업은 간단합니다. 코어 재료의 각 면에 지정된 두께의 구리가 있으며, 대부분 FR4 유리 강화 에폭시 라미네이트입니다. 일반적인 예가 그림에 나와 있습니다. 구리의 경우 1.4mil(일명 1oz), 코어의 경우 60mil입니다. 이전에 4층 PCB로 작업한 적이 없다면 추가 2개의 내부 구리 층이 내부에서 동일한 간격으로 배치되어 있다고 가정할 수 있지만 일반적으로 외부 층에 훨씬 더 가깝습니다. 이렇게 해야 하는 몇 가지 매우 설득력 있는 이유가 있는데, 이에 대해서는 잠시 후에 살펴보겠습니다.

제조업체에서 직접 많은 수의 PCB를 주문하는 경우 스택업을 사용자 정의하여 설계에 맞게 간격과 구리 두께를 변경할 수 있습니다. 그러나 취미생활자 중심 서비스를 사용하면 표준 4계층 스택업을 얻을 수 있습니다. 운 좋게도 많은 서비스가 제품을 잘 선택했습니다. 예를 들어 OSH Park는 4레이어 서비스에 프리미엄 FR408 기판을 사용하여 뛰어난 RF 성능을 제공합니다.

이제 두 개의 구리 층이 더 생겼습니다. 이들로 무엇을 해야 할까요? 디자인을 배열하는 방법에는 여러 가지가 있지만 특별한 이유가 없는 한 가장 일반적인 전략을 따르는 것이 가장 좋습니다. 이 접근 방식에서는 외부 레이어가 신호용으로 사용되고 두 내부 레이어는 전원 및 접지 평면으로 사용됩니다. 가장 일반적으로 접지면은 PCB의 구성 요소 측면에 가장 가깝습니다. 그런 다음 신호는 두 개의 외부 레이어에 배치됩니다. 이를 수행하는 한 가지 편리한 방법은 두 레이어에서 직교 방향으로 신호를 라우팅하는 것입니다. 즉, 상단 레이어에는 주로 수직 트레이스가 있을 수 있고 하단 레이어의 트레이스는 대부분 수평입니다. 대각선 어딘가에 가려면 레이어를 번갈아 가며 맨해튼 거리 경로를 선택합니다. 이는 달성 가능한 신호 밀도를 높이고 설계 반복을 위한 좋은 시작점이 됩니다.

레이어 간의 연결은 2레이어 스택업과 마찬가지로 비아를 통해 이루어집니다. 예를 들어, IC에 전원을 공급하기 위해 핀은 전원 플레인에 연결되는 비아에 대한 짧고 넓은 트레이스로 분리될 수 있습니다. 더 나은 방법은 여러 개의 비아를 통해 평면에 연결된 구성 요소 측면의 구리 주입으로 만든 작은 "전원 섬"을 만들고 견고한 전원 공급 장치를 위해 근처에 하나 이상의 바이패스 커패시터를 추가할 수 있다는 것입니다. 다층 PCB에는 다양한 종류의 비아가 있지만 취미 수준의 제품에서는 일반적으로 보드의 모든 레이어를 통과하는 보다 친숙한 유형으로 제한됩니다. 고급 보드 프로세스에서는 외부 레이어만 내부 레이어에 연결하는 블라인드 비아 또는 내부 레이어만 연결하는 매립 비아를 가질 수도 있습니다.