디자인하기 전에 다층 PCB 기판에서 설계자는 먼저 회로 규모, 회로 기판 크기 및 전자기 호환성(EMC) 요구 사항에 따라 사용되는 회로 기판 구조를 결정해야 합니다. . 레이어 수를 결정한 후 내부 전기 레이어를 배치할 위치와 이러한 레이어에 서로 다른 신호를 분배하는 방법을 결정합니다. 이것은 다층 PCB 스택 구조의 선택입니다.

적층 구조는 PCB 기판의 EMC 성능에 영향을 미치는 중요한 요소이자 전자파 간섭을 억제하는 중요한 수단이기도 합니다. 이 기사에서는 다층 PCB 기판 스택 구조의 관련 내용을 소개합니다.

전원, 접지 및 신호 레이어의 수를 결정한 후 이들의 상대적인 배열은 모든 PCB 엔지니어가 피할 수 없는 주제입니다.

레이어 배열의 일반적인 원리:

1. 다층 PCB 기판의 적층 구조를 결정하기 위해서는 더 많은 요소를 고려해야 합니다. 배선의 관점에서는 층이 많을수록 배선이 좋아지지만 기판 제조의 비용과 어려움도 증가합니다. 제조사 입장에서는 PCB 기판을 제작할 때 적층 구조가 대칭이냐 아니냐가 관건이기 때문에 레이어 수 선택은 모든 면의 니즈를 고려하여 최상의 균형을 이뤄야 합니다. 숙련된 설계자의 경우 구성 요소의 사전 레이아웃을 완료한 후 PCB 배선 병목 현상 분석에 중점을 둡니다. 다른 EDA 도구와 결합하여 회로 기판의 배선 밀도를 분석합니다. 그런 다음 차동 라인, 민감한 신호 라인 등과 같은 특수 배선 요구 사항이 있는 신호 라인의 수와 유형을 합성하여 신호 레이어의 수를 결정합니다. 그런 다음 전원 공급 장치, 절연 및 간섭 방지 유형에 따라 내부 전기 레이어의 수를 결정하는 요구 사항. 이러한 방식으로 전체 회로 기판의 레이어 수가 기본적으로 결정됩니다.

2. 구성 요소 표면(두 번째 레이어)의 바닥은 접지면으로, 장치 차폐층과 상단 배선을 위한 기준면을 제공합니다. 민감한 신호 층은 신호 층에 대한 차폐를 제공하기 위해 큰 내부 전기 층 구리 필름을 사용하여 내부 전기 층(내부 전원/접지 층)에 인접해야 합니다. 회로의 고속 신호 전송 층은 신호 중간 층이어야 하며 두 개의 내부 전기 층 사이에 끼워져야 합니다. 이러한 방식으로 두 개의 내부 전기층의 구리 필름은 고속 신호 전송을 위한 전자파 차폐를 제공할 수 있으며 동시에 두 내부 전기층 사이의 고속 신호 방사를 효과적으로 제한할 수 있습니다. 외부 간섭.

3. 모든 신호 레이어는 가능한 한 접지면에 가깝습니다.

4. 서로 직접 인접한 두 개의 신호 레이어를 피하십시오. 인접한 신호 레이어 사이에 혼선이 발생하기 쉬워 회로 기능 장애가 발생합니다. 두 신호 레이어 사이에 접지면을 추가하면 누화를 효과적으로 방지할 수 있습니다.

5. 주 전원은 가능한 한 그에 따라 가깝습니다.

6. 적층 구조의 대칭을 고려하십시오.

7. 마더보드의 레이어 레이아웃의 경우 기존 마더보드가 병렬 장거리 배선을 제어하기 어렵습니다. 50MHZ 이상의 보드 수준 작동 주파수의 경우(50MHZ 미만의 상황 참조, 적절하게 이완하십시오) 원칙을 배열하는 것이 좋습니다.

구성 요소 표면과 용접 표면은 완전한 접지 평면(차폐)입니다. 인접한 병렬 배선 레이어가 없습니다. 모든 신호 레이어는 접지 평면에 최대한 가깝습니다.

키 신호는 접지에 인접하고 파티션을 가로지르지 않습니다.

참고: 특정 PCB 레이어를 설정할 때 위의 원칙을 유연하게 마스터해야 합니다. 위의 원칙에 대한 이해를 바탕으로 단일 보드의 실제 요구 사항에 따라 키 배선 레이어, 전원 공급 장치, 접지면 분할이 필요한지 여부 등과 같은 레이어의 배열을 결정하고 ‘ t 그냥 뻔뻔하게 복사하거나 붙잡아 두십시오.

8. 다중 접지된 내부 전기 레이어는 접지 임피던스를 효과적으로 줄일 수 있습니다. 예를 들어 A 신호 계층과 B 신호 계층은 별도의 접지면을 사용하므로 공통 모드 간섭을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

일반적으로 사용되는 레이어 구조:4 레이어 보드

다음은 다양한 적층 구조의 배열 및 조합을 최적화하는 방법을 설명하기 위해 4층 기판의 예를 사용합니다.

일반적으로 사용되는 4층 기판의 경우 다음과 같은 적층 방식이 있습니다(위에서 아래로).

(1) Siganl_1(상단), GND(내부_1), POWER(내부_2), Siganl_2(하단).

(2) Siganl_1(상단), POWER(내부_1), GND(내부_2), Siganl_2(하단).

(3) POWER(상단), Siganl_1(내부_1), GND(내부_2), Siganl_2(하단).

분명히 옵션 3은 전력 레이어와 접지 레이어 사이의 효과적인 결합이 부족하므로 채택해서는 안 됩니다.

그렇다면 옵션 1과 2는 어떻게 선택해야 할까요?

일반적인 상황에서 설계자는 1층 기판의 구조로 옵션 4을 선택합니다. 선택의 이유는 Option 2를 채택할 수 없기 때문이 아니라, 일반 PCB 기판은 최상위 레이어에만 부품을 배치하므로 Option 1을 채택하는 것이 더 적절하기 때문입니다.

그러나 상층과 하층 모두에 부품을 배치해야 하고 내부 전원층과 접지층 사이의 유전체 두께가 크고 커플링이 불량한 경우에는 어느 레이어에 신호선이 적은지를 고려해야 한다. 옵션 1의 경우 하단 레이어에 더 적은 수의 신호 라인이 있으며 대면적 구리 필름을 사용하여 POWER 레이어와 결합할 수 있습니다. 반대로 구성 요소가 주로 하단 레이어에 배치되는 경우 옵션 2를 사용하여 보드를 만들어야 합니다.

적층 구조를 채택하면 전원층과 접지층이 이미 결합되어 있다. 대칭성 요구 사항을 고려하여 일반적으로 방식 1이 채택됩니다.

6층 보드

4층기판의 적층구조 해석을 완료한 후, 6층기판의 배치와 조합, 바람직한 방법을 설명하기 위해 6층기판 조합의 예를 들어 설명한다.

(1) Siganl_1(상단), GND(내부_1), Siganl_2(내부_2), Siganl_3(내부_3), 전원(내부_4), Siganl_4(하단).

솔루션 1은 4개의 신호 레이어와 2개의 내부 전원/접지 레이어를 사용하고 더 많은 신호 레이어를 사용하여 구성 요소 간의 배선 작업에 도움이 되지만 이 솔루션의 결함도 더 분명하며 다음 두 가지 측면에서 나타납니다.

① 전원 플레인과 접지 플레인이 멀리 떨어져 있고 충분히 결합되어 있지 않습니다.

② 신호층 Siganl_2(Inner_2)와 Siganl_3(Inner_3)이 바로 인접하여 신호 분리가 좋지 않고 Crosstalk가 발생하기 쉽다.

(2) Siganl_1(상단), Siganl_2(내부_1), POWER(내부_2), GND(내부_3), Siganl_3(내부_4), Siganl_4(하단).

Scheme 2 Scheme 1과 비교하여 power layer와 ground plane이 완전히 결합되어 Scheme 1에 비해 몇 가지 장점이 있지만

Siganl_1(상단) 및 Siganl_2(Inner_1) 및 Siganl_3(Inner_4) 및 Siganl_4(하단) 신호 레이어는 서로 직접 인접합니다. 신호 절연이 좋지 않고 누화 문제가 해결되지 않습니다.

(3) Siganl_1(상단), GND(내부_1), Siganl_2(내부_2), POWER(내부_3), GND(내부_4), Siganl_3(하단).

Scheme 1 및 Scheme 2와 비교하여 Scheme 3은 신호 레이어가 하나 적고 내부 전기 레이어가 하나 더 있습니다. 배선에 사용할 수 있는 레이어가 줄어들었지만 이 방식은 Scheme 1과 Scheme 2의 공통적인 결함을 해결합니다.

① 전원면과 접지면이 단단히 결합되어 있습니다.

② 각 신호층은 내부 전기층과 직접 인접하여 다른 신호층과 효과적으로 분리되어 있어 누화(Crosstalk)가 잘 발생하지 않는다.

③ Siganl_2(Inner_2)는 고속 신호를 전송하는 데 사용할 수 있는 두 개의 내부 전기 레이어 GND(Inner_1) 및 POWER(Inner_3)에 인접합니다. 두 개의 내부 전기 레이어는 외부 세계에서 Siganl_2(Inner_2) 레이어로의 간섭과 Siganl_2(Inner_2)에서 외부 세계로의 간섭을 효과적으로 차폐할 수 있습니다.

모든 측면에서 계획 3은 분명히 가장 최적화된 것입니다. 동시에, 스킴 3은 6층 기판에 일반적으로 사용되는 적층 구조이기도 합니다. 위의 두 가지 예를 분석하여 독자는 캐스케이딩 구조에 대해 어느 정도 이해하고 있다고 생각하지만, 경우에 따라 특정 방식이 모든 요구 사항을 충족하지 못하는 경우가 있어 다양한 설계 원칙의 우선 순위를 고려해야 합니다. 불행히도, 회로 기판 레이어 설계는 실제 회로의 특성과 밀접하게 관련되어 있기 때문에 서로 다른 회로의 간섭 방지 성능과 설계 초점이 다르기 때문에 실제로 이러한 원칙은 참고용으로 결정된 우선 순위가 없습니다. 그러나 확실한 것은 설계 원칙 2(내부 전원 레이어와 접지 레이어가 긴밀하게 결합되어야 함)가 설계에서 먼저 충족되어야 하고, 고속 신호가 회로에서 전송되어야 하는 경우 설계 원칙 3이 충족되어야 한다는 것입니다. (회로에서 고속 신호 전송 계층) 신호 중간 계층이어야 하며 두 개의 내부 전기 계층 사이에 끼어 있어야 함)을 충족해야 합니다.

10층 보드

PCB의 일반적인 10층 기판 설계

일반적인 배선 순서는 TOP-GND-신호층-전원층-GND-신호층-전원층-신호층-GND-BOTTOM입니다.

배선 순서 자체가 반드시 고정되어 있는 것은 아니지만 이를 제한하는 몇 가지 표준과 원칙이 있습니다. 예를 들어 상단 레이어와 하단 레이어의 인접 레이어는 GND를 사용하여 단일 보드의 EMC 특성을 보장합니다. 예를 들어, 각 신호 레이어는 GND 레이어를 참조 평면으로 사용하는 것이 좋습니다. 전체 단일 보드에 사용되는 전원 공급 장치는 전체 구리 조각에 우선적으로 배치됩니다. 민감하고, 고속이며, 점프 등의 내부 레이어를 따라 이동하는 것을 선호합니다.