멀티레이어 PCB 설계 및 정렬 제어 개요
키워드: FR4 PCB, 다층 PCB
설정 및 준비
다층 PCB 설계의 경우, 기존의 레거시 PCB 풋프린트가 일부 상황에서 적합하지 않을 수 있으므로 필수적인 추가 요구사항이 있는지 확인해야 합니다. 사용 중인 CAD 시스템에 따라 다층 사용을 위해 풋프린트에 속성이나 레이어를 추가해야 할 수도 있습니다. 이때 온라인 라이브러리 서비스와 연동되는 고급 PCB 설계 시스템에 접근할 수 있다면 큰 이점이 됩니다. 가장 정확하고 최신의 PCB 풋프린트 소스 데이터를 작업에 사용하는 것이 훨씬 쉬워집니다.
레이어 스택업을 계획하는 것은 다층 보드와 이중 레이어 보드 설정의 주요 차이점을 보여줍니다. 보드 레이어 스택업을 계획할 때 고려해야 할 몇 가지 사항은 다음과 같습니다:
- 비용: 보드 제작의 전체 비용은 레이어 수, 제조 재료 및 구성에 영향을 받습니다. 모든 옵션을 고려하려면 제조업체와 협력해야 합니다.
- 성능: 최종 보드의 작동 환경과 회로의 작동 속도에 따라 보드 제조에 사용되는 재료의 차이가 발생합니다. 필요에 따라 FR-4에 비해 애플리케이션에 더 적합한 고급 재료가 있을 수 있습니다. 그러나 이러한 재료는 임피던스 계산과 같은 매개변수에 영향을 줄 수 있습니다. 하지만 FR4 PCB도 신뢰할 수 있습니다. 이때 PCB 제조업체의 도움은 매우 귀중한 정보 출처가 됩니다.
- 회로: 가장 최적의 레이어 구성을 만들기 위해 회로의 요구사항을 이해해야 합니다. 민감한 신호의 최상의 성능을 위해 추가 접지면, 스트립라인 레이어 구성이 필요할 수 있습니다. 디지털 및 아날로그 회로 영역은 해당 접지면을 통해 분리되어야 합니다. 온보드 전원 공급 장치는 격리가 필요합니다. 이는 레이아웃을 시작하기 전에 계획되어야 하며, 이 모든 것이 레이어 구성에 영향을 미칠 수 있습니다.
- 밀도: 보드 레이어 스택업 구성을 결정할 때 보드의 배선 밀도도 또 다른 요소입니다. 레이아웃을 이미 시작한 후에 레이어를 추가하기 위해 보드 설계로 되돌아가야 한다면 매우 어려운 작업이 됩니다. CAD 데이터베이스를 재구성해야 할 뿐만 아니라 레이아웃에 많은 변경을 가해야 할 수도 있습니다. 반면에 너무 많은 레이어로 시작하면 보드 비용이 예상보다 더 많이 들게 됩니다.
다층 PCB 정렬 제어
다층 PCB의 제조, 특히 소형 보드에 많은 레이어가 포함된 경우는 매우 까다로운 공정입니다. 우리는 이전보다 평방인치당 더 많은 부품을 장착해야 합니다. 이는 소비자가 기대하는 인체공학적 특성과 기기가 점점 작아짐에 따라 결정됩니다. 회로 조립은 큰 도전 과제입니다. 현대 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 전자 회로를 설계하고 고급 에칭 기술을 통해 인쇄하는 것은 상대적으로 쉽지만, 레이어를 결합해야 할 때 문제에 직면할 수 있습니다.
구리 시트가 완벽하게 정렬되지 않으면 잘못된 지점이 접촉하거나 시트 사이에 전류가 흐르지 않아 전체 시스템이 작동하지 않습니다. 설계 노력이 줄어들면 회로 오작동이 발생할 수 있습니다.
이전에는 다층 PCB 제조업체가 레이어를 정렬하기 위해 기계적 접촉 방식을 사용했습니다. 이제는 훨씬 쉬워졌습니다. 이미징 시스템이 있는 카메라를 사용하여 레이어의 상단과 하단을 정렬할 수 있으며, 부정확성이 감지되면 적절히 맞도록 위치를 조정할 수 있습니다.
소위 Perfect Test 시스템은 최고 정밀도의 층간 정렬을 달성하기 위해 점차 많은 제조업체에서 채택하고 있습니다. 이 시스템은 각 내부 시트의 실제 위치를 0.001인치 정확도로 결정합니다. 시트를 연결하는 홀과 패턴 사이의 평균 설계 간격은 일정 수의 프로토타입 인쇄회로기판을 테스트하여 테스트 시스템에 의해 결정됩니다. 결과가 처리된 후 시스템은 최적의 정렬이 계산된 고정밀 다층 PCB 제품을 제공하여 실제 생산 공정을 시작할 때 자부심을 느끼게 할 것입니다.
우수한 제품을 향해, 프로토타입을 완벽하게 만드는 것은 큰 진전입니다. 안타깝게도 많은 제조업체는 이 중요한 생산 단계를 최대한 빨리 통과하기 위해 노력합니다. 앞서 언급한 방법은 필수적이지만 저렴하지는 않습니다.
자사의 제품이 돋보이도록 품질 관리를 개선하거나 시작하려는 각 전자 회사는 무엇을 사용할지 반드시 고려해야 합니다. 전자 분야의 경쟁이 치열하기 때문에 장기적으로는 최고의 품질이 항상 승리합니다.
다층 PCB 배치 및 배선
내부 전원 평면 및 트레이스 배선 작업은 즐거운 일이 될 수 있지만, 동시에 여기서도 몇 가지 중요한 고려 사항이 있습니다:
- 일부 배선은 접지 평면에 인접한 층에 배선되어야 하며, 스트립라인 층 구조가 필요합니다. 가능한 브로드사이드 누화 또는 결합을 줄이기 위해, 민감한 배선은 추가적으로 인접한 내부 신호 층에서 수직으로 교차되어야 합니다.
- 다층 기판에는 일반적으로 양면 기판보다 더 많은 부품이 있고 따라서 더 많은 배선이 있으므로 이에 대한 계획을 세워야 합니다. 이러한 배선 중 일부는 임피던스 제어 트레이스 또는 차동 쌍과 같은 기판 기술에 기반한 특정 배선 폭과 간격 또는 기타 요구 사항을 가질 수 있습니다.
- 민감한 신호가 분할 영역을 가로질러 리턴 경로를 망치지 않도록 분할 평면을 배치해야 합니다. 이러한 상황에서는 기판에 많은 노이즈가 발생할 수 있습니다.
- 연결을 위해 접지 평면에는 많은 비아가 있지만 이러한 비아가 신호 리턴 경로에 영향을 줄 수 있습니다. 평면이 막히는 것을 방지하려면 배선에 대한 신중한 계획이 필요합니다.
출력 파일 및 문서 최종 확정을 통한 설계
다층 설계를 제조용으로 내보내기 위해 지금까지 항상 작성해 온 동일한 유형의 문서를 만들어야 하지만 몇 가지 예외가 있습니다. 우선 제조 도면에는 더 많은 세부 정보가 필요합니다. 제작 도면에는 기판이 어떻게 제작될지에 대한 세부 사항과 다층 기판 적층 구조 상세 정보를 설명하는 메모가 필요합니다. 둘째, 제조 출력에 Gerber 파일을 사용하는 경우 여러 기판 층에 대한 추가 파일을 생성해야 합니다. 제조 출력 파일을 관리하고 생성하는 데 있어 고급 CAD 도구 세트를 사용하는 것은 다층 PCB에서 매우 유용할 수 있습니다.