선폭이란?

기본부터 시작하겠습니다. 트레이스 너비는 정확히 무엇입니까? 특정 추적 너비를 지정하는 것이 중요한 이유는 무엇입니까? 의 목적 PCB 배선은 한 노드에서 다른 노드로 모든 종류의 전기 신호(아날로그, 디지털 또는 전원)를 연결하는 것입니다.

노드는 구성 요소의 핀, 더 큰 트레이스 또는 평면의 분기, 프로빙을 위한 빈 패드 또는 테스트 지점일 수 있습니다. 트레이스 너비는 일반적으로 밀 또는 수천 인치로 측정됩니다. 일반 신호의 표준 배선 너비(특별한 요구 사항 없음)는 7-12mils 범위에서 길이가 몇 인치일 수 있지만 배선 너비와 길이를 정의할 때 많은 요소를 고려해야 합니다.

이 애플리케이션은 일반적으로 PCB 설계에서 배선 폭과 배선 유형을 결정하며, 어느 시점에서 일반적으로 PCB 제조 비용, 기판 밀도/크기 및 성능의 균형을 유지합니다. 보드에 속도 최적화, 노이즈 또는 커플링 억제 또는 고전류/전압과 같은 특정 설계 요구 사항이 있는 경우, 트레이스의 너비와 유형은 베어 PCB의 제조 비용 또는 전체 보드 크기를 최적화하는 것보다 더 중요할 수 있습니다.

PCB 제조 배선 관련 사양

일반적으로 배선과 관련된 다음 사양은 베어 PCBS 제조 비용을 증가시키기 시작합니다.

더 엄격한 PCB 허용 오차와 PCBS의 제조, 검사 또는 테스트에 필요한 고급 장비로 인해 비용이 상당히 높아집니다.

L 트레이스 너비가 5mil(0.005인치) 미만

5mils 미만의 L 트레이스 간격

L 직경이 8mil 미만인 관통 구멍

L 트레이스 두께 1온스 이하(1.4mils)

L 차동 쌍 및 제어된 길이 또는 배선 임피던스

매우 미세한 간격의 BGA 또는 높은 신호 수의 병렬 버스와 같이 PCB 공간을 결합하는 고밀도 설계에는 2.5mil의 선폭과 최대 6mil 직경의 특수 유형의 스루홀이 필요할 수 있습니다. 레이저로 구멍을 뚫은 것처럼. 반대로 일부 고전력 설계는 매우 큰 배선이나 평면을 필요로 할 수 있으며 전체 레이어를 소비하고 표준보다 두꺼운 온스를 쏟아야 합니다. 공간이 제한된 응용 분야에서는 여러 층을 포함하는 매우 얇은 판과 0.7온스(XNUMXmil 두께)의 제한된 구리 주조 두께가 필요할 수 있습니다.

다른 경우에, 한 주변기기에서 다른 주변기기로의 고속 통신을 위한 설계는 반사와 유도 결합을 최소화하기 위해 제어된 임피던스와 특정 폭 및 서로 간의 간격을 가진 배선이 필요할 수 있습니다. 또는 설계에 따라 버스의 다른 관련 신호와 일치하도록 특정 길이가 필요할 수 있습니다. 고전압 애플리케이션에는 아킹을 방지하기 위해 노출된 두 차동 신호 사이의 거리를 최소화하는 것과 같은 특정 안전 기능이 필요합니다. 특성이나 기능에 관계없이 정의를 추적하는 것이 중요하므로 다양한 응용 프로그램을 탐색해 보겠습니다.

다양한 배선 폭 및 두께

PCBS는 일반적으로 신호 요구 사항에 따라 다양한 선폭을 포함합니다(그림 1 참조). 표시된 더 미세한 트레이스는 범용 TTL(트랜지스터-트랜지스터 논리) 레벨 신호용이며 고전류 또는 노이즈 보호에 대한 특별한 요구 사항이 없습니다.

이들은 보드에서 가장 일반적인 배선 유형입니다.

더 두꺼운 배선은 전류 전달 용량에 최적화되었으며 팬, 모터 및 하위 수준 구성 요소에 대한 정기적인 전력 전송과 같이 더 높은 전력이 필요한 주변 장치 또는 전력 관련 기능에 사용할 수 있습니다. 그림의 왼쪽 상단에는 90ω의 임피던스 요구 사항을 충족하기 위해 특정 간격과 너비를 정의하는 차동 신호(USB 고속)도 표시됩니다. 그림 2는 XNUMX개의 레이어가 있고 더 미세한 배선이 필요한 BGA(볼 그리드 어레이) 어셈블리가 필요한 약간 더 밀도가 높은 회로 기판을 보여줍니다.

PCB 선폭을 계산하는 방법은 무엇입니까?

전력 구성 요소에서 주변 장치로 전류를 전송하는 전력 신호에 대한 특정 트레이스 폭을 계산하는 과정을 단계별로 살펴보겠습니다. 이 예에서는 DC 모터에 대한 전원 경로의 최소 선 너비를 계산합니다. 전원 경로는 퓨즈에서 시작하여 H-브리지(DC 모터 권선을 통한 전력 전송을 관리하는 데 사용되는 구성요소)를 가로질러 모터의 커넥터에서 끝납니다. DC 모터에 필요한 평균 연속 최대 전류는 약 2암페어입니다.

이제 PCB 배선은 저항 역할을 하며 배선이 길고 좁을수록 더 많은 저항이 추가됩니다. 배선이 올바르게 정의되지 않으면 고전류로 인해 배선이 손상되거나 모터에 상당한 전압 강하가 발생할 수 있습니다(결과적으로 속도 감소). 그림 21에 표시된 NetC2_3는 길이가 약 0.8인치이며 최대 2암페어의 전류를 전달해야 합니다. 1온스의 구리 주입 및 정상 작동 중 실온과 같은 몇 가지 일반적인 조건을 가정하는 경우 최소 라인 너비와 해당 너비에서 예상되는 압력 강하를 계산해야 합니다.

PCB 배선 저항을 계산하는 방법은 무엇입니까?

추적 영역에는 다음 방정식이 사용됩니다.

면적 [Mils ²] = (현재 [Amps] / (K * (Temp_Rise [°C]) ^ b)) ^ (1 / C), 이는 IPC 외부 레이어(또는 상단/하단) 기준, k = 0.048, b = 0.44, C = 0.725. 실제로 삽입해야 하는 유일한 변수는 현재 변수입니다.

다음 방정식에서 이 영역을 사용하면 잠재적인 문제 없이 전류를 전달하는 데 필요한 선 너비를 알려주는 필요한 너비를 얻을 수 있습니다.

너비 [밀스] = 면적 [밀스 ^ 2] / (두께 [oz] * 1.378 [mils/oz]), 여기서 1.378은 표준 1oz 붓는 두께와 관련됩니다.

위의 계산에 2암페어의 전류를 삽입하면 최소 30mil의 배선을 얻을 수 있습니다.

그러나 그것이 전압 강하가 무엇인지 알려주지는 않습니다. 이것은 그림 4에 표시된 공식에 따라 수행할 수 있는 와이어의 저항을 계산해야 하기 때문에 더 복잡합니다.

이 공식에서 ρ= 구리 저항, α= 구리 온도 계수, T = 트레이스 두께, W = 트레이스 폭, L = 트레이스 길이, T = 온도. 모든 관련 값을 0.8mils 너비의 30 “길이에 삽입하면 배선 저항이 약 0.03이라는 것을 알 수 있습니다. 그리고 이 애플리케이션에 적합한 약 26mV의 전압을 낮춥니다. 이러한 값에 영향을 주는 것이 무엇인지 아는 것이 도움이 됩니다.

PCB 케이블 간격 및 길이

고속 통신을 사용하는 디지털 설계의 경우 누화, 결합 및 반사를 최소화하기 위해 특정 간격과 조정된 길이가 필요할 수 있습니다. 이를 위해 일부 일반적인 애플리케이션은 USB 기반 직렬 차동 신호 및 RAM 기반 병렬 차동 신호입니다. 일반적으로 USB 2.0은 480Mbit/s(USB 고속 클래스) 이상의 차동 라우팅이 필요합니다. 이는 부분적으로 고속 USB가 일반적으로 훨씬 더 낮은 전압과 차이에서 작동하여 전체 신호 레벨을 배경 잡음에 가깝게 만들기 때문입니다.

고속 USB 케이블을 라우팅할 때 고려해야 할 세 가지 중요한 사항이 있습니다. 와이어 너비, 리드 간격 및 케이블 길이입니다.

이 모든 것이 중요하지만 세 가지 중 가장 중요한 것은 두 줄의 길이가 최대한 일치하도록 하는 것입니다. 일반적으로 케이블 길이가 50mil(고속 USB의 경우) 이하로 차이가 나면 반사 위험이 크게 증가하여 통신 불량이 발생할 수 있습니다. 90옴 매칭 임피던스는 차동 쌍 배선의 일반적인 사양입니다. 이 목표를 달성하려면 라우팅의 너비와 간격을 최적화해야 합니다.

그림 5는 12mil 간격으로 15mil 폭의 배선을 포함하는 고속 USB 인터페이스 배선을 위한 차동 쌍의 예를 보여줍니다.

병렬 인터페이스(예: DDR3-SDRAM)를 포함하는 메모리 기반 구성 요소의 인터페이스는 와이어 길이 측면에서 더 제한됩니다. 대부분의 고급 PCB 설계 소프트웨어에는 병렬 버스의 모든 관련 신호와 일치하도록 라인 길이를 최적화하는 길이 조정 기능이 있습니다. 그림 6은 길이 조정 배선이 있는 DDR3 레이아웃의 예를 보여줍니다.

지상 채우기의 흔적 및 평면

무선 칩이나 안테나와 같이 잡음에 민감한 구성 요소가 있는 일부 응용 프로그램에는 약간의 추가 보호가 필요할 수 있습니다. 내장된 접지 구멍이 있는 배선 및 평면을 설계하면 기판의 가장자리로 기어 들어가는 인접 배선 또는 평면 선택 및 기판 외 신호의 결합을 최소화하는 데 크게 도움이 될 수 있습니다.

그림 7은 안테나(스크린 인쇄된 “ANT” 표시를 통해)가 접지 구조물에 연결된 내장된 관통 구멍을 포함하는 두꺼운 선 외부에 있는 플레이트 가장자리 근처에 배치된 Bluetooth 모듈의 예를 보여줍니다. 이것은 안테나를 다른 온보드 회로 및 평면에서 분리하는 데 도움이 됩니다.

접지를 통한 이 대체 라우팅 방법(이 경우 다각형 평면)은 외부 오프보드 무선 신호로부터 보드 회로를 보호하는 데 사용할 수 있습니다. 그림 8은 기판 주변을 따라 접지된 스루홀 임베디드 평면이 있는 노이즈에 민감한 PCB를 보여줍니다.

PCB 배선 모범 사례

많은 요인이 PCB 필드의 배선 특성을 결정하므로 다음 PCB를 배선할 때 모범 사례를 따르십시오. 그러면 PCB 팹 비용, 회로 밀도 및 전체 성능 간의 균형을 찾을 수 있습니다.