PCB 엔지니어가 제품을 레이아웃할 때는 단순히 부품 배치 및 배선 작업만 하는 것이 아닙니다. 내부 레이어의 전원 및 접지 플레인 설계 또한 매우 중요합니다. 내부 레이어를 관리하려면 전력 무결성, 신호 무결성, 전자파 적합성, 그리고 제조 용이성(DFM)을 고려해야 합니다.
내부 레이어와 외부 레이어의 차이점
외부 층은 부품 라우팅 및 납땜에 사용되는 반면, 내부 층은 전원 및 접지 플레인에 사용됩니다. 이러한 층은 전원 및 접지 경로를 제공하는 다층 기판에만 존재합니다. 2층, 4층, 6층 기판과 같은 일반적인 설계는 신호층과 내부 전원/접지층의 개수를 나타냅니다.
내부 레이어 디자인
1. 중요 신호 아래의 접지층
고속, 클록 및 고주파 신호의 경우 이러한 신호 바로 아래에 접지층을 배치하면 루프 경로 길이가 최소화되고 방사선이 감소합니다.
2. 전원 평면 및 접지 평면 영역
고속 회로 설계에서는 전원면 복사선과 시스템 간섭을 최소화해야 합니다. 일반적으로 전원면 면적은 접지면이 전원면을 차폐할 수 있도록 접지면보다 작아야 합니다. 일반적인 규칙은 전원면을 안쪽으로 축소하는 것입니다. 유전체 두께의 두 배 지면과 비교해서.
3. 레이어 스태킹 계획
전원 플레인은 해당 접지 플레인과 인접하여 결합 캐패시턴스를 형성해야 합니다. 이는 디커플링 캐패시터와 함께 사용되어 전원 플레인 임피던스를 줄이고 효과적인 필터링을 제공합니다.
4. 참조 평면 선택
기준면의 선택은 매우 중요합니다. 전원면과 접지면 모두 기준면 역할을 할 수 있지만, 접지면은 일반적으로 접지되어 있어 차폐 성능이 우수합니다. 접지면이 기준면으로 선호됩니다.
5. 교차 영역 라우팅을 피하세요
인접 계층의 중요 신호가 영역을 교차 분할해서는 안 됩니다. 교차 분할은 큰 신호 루프를 생성하여 심각한 방사 및 결합을 초래할 수 있습니다.
6. 전원 및 접지 라우팅
접지면의 무결성을 유지하십시오. 신호선이 접지면을 통과하지 않도록 배선하십시오. 신호 밀도가 높으면 전원면 가장자리를 따라 배선하는 것을 고려하십시오.
내층 제조
내층 제조 공정은 복잡한 PCB 제조 워크플로우의 일부에 불과합니다. 내층 생산은 품질과 수율에 영향을 미칠 수 있는 적층 및 드릴링 공차와 같은 공정의 다른 단계들을 고려해야 합니다. 특히 다층 PCB는 단층 또는 이중층 PCB에 비해 더 복잡한 공정을 요구합니다. 설계자는 설계 단계에서 이러한 복잡성을 고려해야 합니다.
1. 비기능 패드(NFP) 제거
비기능 패드(NFP)는 내부 레이어에 있는 패드로, 어떤 네트워크에도 연결되지 않습니다. PCB 제조 과정에서 NFP는 제품 기능에는 영향을 미치지 않지만 품질과 생산 효율성에 영향을 미칠 수 있으므로 제거됩니다.
（PIC-PCB 내부 레이어-4）
2. BGA 영역의 고밀도 비아 처리
BGA 장치는 핀이 빽빽하게 배치된 작은 면적을 갖는 경우가 많아 비아 팬아웃이 조밀하게 발생합니다. 제조 과정에서 비아는 라미네이션 및 드릴링 시 단락을 방지하기 위해 트레이스 및 구리 영역과 안전 거리를 유지해야 합니다. 비아 사이의 구리가 제대로 고정되지 않으면 네트워크 단선(open circuit)이 발생할 수 있습니다. CAM 엔지니어는 네트워크 연결을 보장하기 위해 비아 사이에 구리 브리지를 추가하여 이 문제를 해결해야 합니다.
3. 내부 레이어 설계 이상 해결
음극 필름을 사용하는 내부층 설계에서 모든 비아가 구리선과 완전히 분리되면 기능적인 연결이 이루어지지 않습니다. 이러한 설계는 내부층을 비효율적으로 만듭니다. 제조업체는 설계자에게 이러한 설계가 의도적인 것인지, 아니면 구리선이 네트워크에 할당되지 않은 것인지 확인합니다.
4. 내부 레이어의 네거티브 필름 병목 현상
내부 레이어에서 전원 및 접지 플레인을 분리하는 동안, 고밀도 비아는 네트워크 전도도에 병목 현상을 일으킬 수 있습니다. 전원 네트워크를 연결하는 구리 브리지가 너무 좁으면 충분한 전류를 전달할 수 없어 보드 고장을 초래할 수 있습니다. 심각한 경우, 병목 현상으로 인해 회로 개방이 발생하여 설계 오류가 발생할 수 있습니다.
이러한 고려 사항을 해결함으로써 PCB 엔지니어는 제조 과정에서 설계상의 함정을 피하는 동시에 내부 레이어의 제조 가능성과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
