동박 두께, 적층 구조와 임피던스

기판의 전기적 특성과 열 특성은 레이아웃 외에도 세 가지에 의해 결정됩니다. 동박의 두께, 층의 배열, 그리고 각 층과 이웃 층 사이의 거리입니다. 이 글에서는 각각을 설명하고, 공장에 알려야 하는 경우를 설명합니다.

동박 두께

동박 두께는 단위 면적당 무게로 표시합니다. 평방피트당 온스입니다. 1온스의 동박을 1평방피트에 펼치면 두께는 약 35마이크로미터(0.035 mm, 1.4 mil)가 됩니다. 2온스는 약 70 µm입니다.

1. 동박 두께: 세 가지 두께로 표시한 같은 트랙입니다.
2. 절연 적층판 동박 아래에 있는 절연 적층판입니다.
3. 에칭은 아래쪽뿐 아니라 옆으로도 진행됩니다. 따라서 두꺼운 동박에서는 트랙 베이스가 더 넓어지고 더 넓은 간격이 필요합니다.

놓치기 쉬운 점이 두 가지 있습니다.

• 외층은 도금으로 동박이 추가됩니다. 외층 동박을 "1 oz"로 주문한 기판은 보통 더 얇은 박으로 만들었다가, 홀을 도금해야 하므로 동박을 도금으로 두껍게 합니다. 완성 두께를 표시하는 방식은 제조사마다 다릅니다. 해당 수치가 시작 박인지 완성 동박인지 확인하십시오.
• 동박이 두꺼울수록 더 넓은 간격과 더 넓은 트랙이 필요합니다. 에칭은 아래쪽뿐 아니라 옆으로도 진행되므로, 두꺼운 동박을 깨끗하게 에칭하려면 더 많은 공간이 필요합니다. 두꺼운 동박은 공장이 최소 트랙과 간격을 설정하는 방식도 바꿉니다. 0.5 oz에 사용하는 간격으로 3 oz 동박을 설계하지 마십시오.

트랙이 운반할 수 있는 전류

트랙이 운반할 수 있는 전류는 트랙 폭, 동박 두께, 허용하는 온도 상승, 그리고 외층(공기로 냉각됨)에 있는지 내층(그렇지 않음)에 있는지에 따라 달라집니다. 이에 대한 표준 참고 자료는 곡선을 제공하는 IPC-2221이며, 그 후속 문서인 IPC-2152가 더 나은 자료로 간주됩니다. 이들을 기반으로 한 계산기를 사용하고 여유를 두십시오. 내층에 대한 결과는 더 신중하게 다루십시오. 몇 암페어 이상을 운반하는 트랙에는 한계까지 밀어붙인 가는 트랙이 아니라, 더 넓은 트랙, 폴리곤 포어, 추가 동박 두께, 또는 솔더로 보강한 동박을 고려하십시오.

적층 구조

적층 구조는 층과 그 사이에 있는 것들의 순서 목록입니다. 동박, 유전체 두께와 종류, 동박 등의 순서입니다. 모든 다층 기판에는 적층 구조가 있으며, 지정하지 않으면 공장이 실제 적층 구조를 결정합니다.

1. 2층: 동박, 코어 1개, 동박입니다.
2. 4층: 외층 동박, 프리프레그, 내층 동박, 코어, 내층 동박, 프리프레그, 외층 동박입니다.
3. 6층: 6개의 동박층 사이에 코어 2개와 프리프레그 3개 층이 있습니다.
4. 프리프레그: 부분적으로 경화된 수지를 함유한 유리 천으로, 기판을 압착할 때 녹아 층을 접합합니다.
5. 코어: 양면에 동박이 있는 단단한 적층판입니다.

2층

양면에 동박이 있고 그 사이에 코어 1개가 있습니다. 단순하고 저렴합니다. 단순한 디지털, 저속 및 많은 아날로그 설계에 적합합니다.

4층

가장 일반적인 단계 상승입니다. 일반적인 배열은 다음과 같습니다.

1. 신호 (상면)
2. 접지 플레인
3. 전원 플레인 (또는 두 번째 접지)
4. 신호 (하면)

상면 신호 아래의 단단한 접지 플레인은 전류의 리턴 경로를 제공하고 루프 면적을 작게 유지합니다. 이는 노이즈와 방출 모두에 도움이 됩니다. 내층은 0.5 oz 또는 1 oz 동박입니다. 전체 두께 1.6 mm인 기판이 일반적인 경우이며, 외측 유전체는 얇고(상면 신호가 접지 플레인에 가깝게 위치하도록) 가운데 코어는 더 두껍습니다.

6층

일반적인 배열은 신호, 접지, 신호, 신호, 전원, 신호 또는 신호, 접지, 신호, 전원, 접지, 신호입니다. 각 신호층 옆에 플레인이 있고, 가능한 경우 플레인끼리 가깝게 두는 것이 목적입니다. 6층을 사용하면 더 빠른 신호, 더 조밀한 레이아웃, 노이즈가 많은 부분과 조용한 부분 사이의 더 나은 분리가 가능합니다.

대칭

동박량과 유전체 두께 모두에서 중심을 기준으로 적층 구조를 대칭으로 유지하십시오. 균형이 맞지 않는 기판은 리플로우에서 가열될 때 휘거나 뒤틀리며, 휜 기판은 조립하기 어렵습니다. 상면의 동박이 대부분 접지 필이고 하면이 비어 있으면, 균형을 맞추기 위해 필을 추가하십시오.

임피던스 제어

기판상의 트랙은 전송선로처럼 동작합니다. 옴 단위의 특성 임피던스는 다음에 따라 달라집니다.

• 트랙 폭,
• 기준 플레인까지의 거리 (유전체 두께),
• 소재의 유전율 (Dk),
• 동박 두께,
• 차동 쌍의 경우 두 트랙 사이의 간격.

도면은 눈에 보이는 치수를 보여줍니다. 동박 두께와 소재의 유전율도 영향을 미칩니다.

1. 트랙 폭.
2. 절연체 높이: 트랙과 기준 플레인 사이의 높이입니다.
3. 두 트랙 사이의 간격: 차동 쌍의 두 트랙 사이의 간격입니다.
4. 기준 플레인: 트랙 아래의 단단한 동박층입니다. 끊지 말고 유지하십시오.

신호가 충분히 빠르게 이동하면, 트랙 임피던스와 드라이버 및 리시버 임피던스 사이의 불일치가 반사를 일으킵니다. 이것이 문제가 되는지는 클록 주파수뿐 아니라 상승 시간과 트랙 길이에 따라 달라집니다.

필요한 경우

표준에서 요구하는 인터페이스에는 임피던스 제어가 필요합니다. 일반적인 목표값은 다음과 같습니다.

• 많은 무선 및 고속 단일단 신호용 50 Ω 단일단,
• USB용 90 Ω 차동,
• Ethernet과 많은 LVDS, HDMI 및 DDR형 쌍용 100 Ω 차동,
• PCIe용으로는 85 Ω 차동이 일반적으로 인용됩니다.

값은 버전과 설계에 따라 다르므로, 인터페이스의 데이터시트나 표준에서 목표값을 확인하십시오.

느린 신호, 일반적인 GPIO 또는 전원에는 필요하지 않습니다. 필요하지 않은데 요청하면 비용이 추가됩니다.

공장에 필요한 정보

• 적층 구조. 층 순서, 동박 두께, 유전체 종류와 두께, 전체 두께입니다. 공장 엔지니어가 자사 소재에 맞는 구조를 제안할 수 있습니다.
• 어떤 층의 어떤 트랙에 어떤 목표 임피던스를 적용할지. 차동 쌍의 경우 어떤 트랙이 쌍인지 알려 주십시오.
• 허용하는 공차. 10퍼센트가 일반적인 수치입니다. 더 엄격하면 비용이 더 듭니다.
• 검증 방법. 공장은 패널 가장자리에 테스트 쿠폰을 배치하고 측정합니다. 기판 자체는 측정하지 않습니다. 보고서를 받는지 확인하십시오.

그런 다음 공장 엔지니어가 실제 적층 구조에서 목표값에 도달하도록 트랙 폭과 간격을 조정합니다. 따라서 그려진 폭이 소량 변경될 수 있음을 받아들여야 합니다.

계산

설계 소프트웨어의 필드 솔버 도구와 무료 온라인 계산기는 좋은 첫 번째 추정치를 제공합니다. 공장이 사용하는 Dk와 두께 값이 기준입니다. 데이터시트의 공칭값은 압착된 기판과 다르기 때문입니다.

실무 조언

1. 라우팅 전에 층수와 두께에 대한 공장의 표준 적층 구조를 요청하십시오.
2. 적층 구조가 설명하는 층에만 임피던스 제어 트랙을 라우팅하십시오.
3. 빠른 신호 아래의 기준 플레인을 끊지 말고 유지하십시오.
4. 공장에 알리지 않고 한 층에서 동박 두께를 혼합하지 마십시오.
5. 중요한 사항을 도면에만 표시하지 말고 짧은 메모로 명시하십시오.

여기에서 주문할 때 확인되는 방식

적층 구조 없이 임피던스 제어를 주문하면 파일 검사가 이를 알려줍니다. "임피던스 제어에는 적층 구조가 필요합니다"는 25건의 검사 중 하나입니다. 파일 검사는 파일만으로 트랙에 임피던스 제어가 필요한지, 또는 고객의 적층 구조가 설계에 맞는지를 알 수 없습니다. 주문 시 어떤 트랙에 어떤 목표값을 적용할지 알려 주십시오. 사용 가능한 소재와 적층 구조는 제조 역량 페이지에서 확인할 수 있으며, 엔지니어가 주문과 함께 세부 사항을 확인합니다. 소재에 대해서는 인쇄회로기판 (PCB) 베이스 소재를 읽어 주십시오.