PCB 적층은 제품의 EMC 성능을 결정하는 중요한 요소입니다. 좋은 레이어링은 PCB 루프(차동 모드 방출)와 보드에 연결된 케이블(공통 모드 방출)의 복사를 줄이는 데 매우 효과적일 수 있습니다.

반면에 나쁜 캐스케이드는 두 메커니즘의 방사를 크게 증가시킬 수 있습니다. 플레이트 스태킹을 고려할 때 XNUMX가지 요소가 중요합니다.

1. 레이어 수

2. 사용된 레이어의 수와 유형(전원 및/또는 접지)

3. 층의 순서 또는 순서

4. 레이어 사이의 간격.

일반적으로 레이어 수만 고려됩니다. 대부분의 경우 다른 세 가지 요소도 똑같이 중요하며 네 번째 요소는 PCB 설계자에게도 알려지지 않는 경우가 많습니다. 레이어 수를 결정할 때 다음 사항을 고려하십시오.

1. 신호량 및 배선 비용

2. 빈도

3. 제품은 클래스 A 또는 클래스 B의 출시 요구 사항을 충족해야 합니까?

4. PCB는 차폐 또는 비차폐 하우징에 있습니다.

5. 설계 팀의 EMC 엔지니어링 전문성.

일반적으로 첫 번째 용어만 고려됩니다. 실제로 모든 항목이 중요했으며 동등하게 고려되어야 합니다. 이 마지막 항목은 특히 중요하며 최소의 시간과 비용으로 최적의 설계를 달성하려면 간과해서는 안 됩니다.

접지 및/또는 전원 평면을 사용하는 다층 플레이트는 XNUMX층 플레이트에 비해 복사 방출을 크게 줄입니다. 일반적으로 사용되는 경험에 따르면 15겹 판은 XNUMX겹 판보다 XNUMXdB 더 적은 방사를 생성하며 다른 모든 요소는 동일합니다. 다음과 같은 이유로 평평한 표면이 있는 보드가 평평한 표면이 없는 보드보다 훨씬 낫습니다.

1. 신호를 마이크로스트립 라인(또는 리본 라인)으로 라우팅할 수 있습니다. 이러한 구조는 XNUMX층 기판에 사용되는 무작위 배선보다 훨씬 적은 방사를 갖는 제어된 임피던스 전송 라인입니다.

2. 접지면은 접지 임피던스(따라서 접지 노이즈)를 크게 줄입니다.

20-25mhz의 비차폐 인클로저에 두 개의 플레이트가 성공적으로 사용되었지만 이러한 경우는 규칙이 아니라 예외입니다. 약 10-15mhz 이상에서는 일반적으로 다층 패널을 고려해야 합니다.

다층 기판을 사용할 때 달성해야 할 다섯 가지 목표가 있습니다. 그들은 :

1. 신호 레이어는 항상 평면에 인접해야 합니다.

2. 신호 레이어는 인접 평면에 단단히 결합되어야 합니다.

3, 전원 평면과 접지 평면은 밀접하게 결합되어야 합니다.

4, 고속 신호는 두 평면 사이의 라인에 묻혀야하며 평면은 차폐 역할을 할 수 있으며 고속 인쇄 라인의 방사를 억제 할 수 있습니다.

5. 다중 접지면은 보드의 접지(기준면) 임피던스를 줄이고 공통 모드 복사를 줄이기 때문에 많은 이점이 있습니다.

일반적으로 신호/평면 근접 결합(목표 2)과 전원/접지 평면 근접 결합(목표 3) 사이에서 선택해야 합니다. 기존의 PCB 구성 기술을 사용하면 인접한 전원 공급 장치와 접지면 사이의 평판 커패시턴스가 500MHz 미만에서 충분한 디커플링을 제공하기에 충분하지 않습니다.

따라서 디커플링은 다른 방법으로 해결해야 하며 일반적으로 신호와 전류 반환 평면 사이의 긴밀한 결합을 선택해야 합니다. 신호 레이어와 전류 반환 평면 사이의 긴밀한 결합의 장점은 평면 사이의 약간의 정전 용량 손실로 인한 단점보다 큽니다.

XNUMX개의 레이어는 이러한 XNUMX가지 목표를 모두 달성하는 데 사용할 수 있는 최소 레이어 수입니다. 이러한 목표 중 일부는 XNUMX겹 및 XNUMX겹 보드에서 타협해야 합니다. 이러한 조건에서 당면한 설계에 가장 중요한 목표를 결정해야 합니다.

위의 단락은 가능한 한 XNUMX계층 또는 XNUMX계층 보드에서 우수한 EMC 설계를 수행할 수 없다는 의미로 해석되어서는 안 됩니다. 모든 목표를 한 번에 달성할 수 있는 것은 아니며 일종의 타협이 필요하다는 것을 보여줍니다.

원하는 모든 EMC 목표는 XNUMX개의 레이어로 달성할 수 있으므로 추가 신호 라우팅 레이어를 수용하는 것 외에는 XNUMX개 이상의 레이어를 사용할 이유가 없습니다.

기계적 관점에서 볼 때 또 다른 이상적인 목표는 뒤틀림을 방지하기 위해 PCB 기판의 단면을 대칭(또는 균형)으로 만드는 것입니다.

예를 들어, XNUMX층 보드에서 두 번째 레이어가 평면이면 일곱 번째 레이어도 평면이어야 합니다.

따라서 여기에 제시된 모든 구성은 대칭 또는 균형 구조를 사용합니다. 비대칭 또는 불균형 구조가 허용되는 경우 다른 계단식 구성을 구축할 수 있습니다.

XNUMX층 보드

가장 일반적인 1층 플레이트 구조는 그림 XNUMX에 나와 있습니다(전원 플레인과 접지 플레인은 서로 바꿔 사용할 수 있음). 내부 전원 플레인과 접지 플레인이 있는 XNUMX개의 균등한 간격의 레이어로 구성됩니다. 이 XNUMX개의 외부 배선층은 일반적으로 배선 방향이 직교합니다.

이 구조는 이중 패널보다 훨씬 낫지만 몇 가지 덜 바람직한 기능이 있습니다.

1부 대상 목록의 경우 이 스택은 대상(1)만 충족합니다. 레이어의 간격이 동일하면 신호 레이어와 현재 반환 평면 사이에 큰 간격이 있습니다. 파워 플레인과 접지 플레인 사이에도 큰 간격이 있습니다.

XNUMX겹 보드의 경우 두 가지 결함을 동시에 수정할 수 없으므로 가장 중요한 결함을 결정해야 합니다.

앞서 언급했듯이 인접한 전원 공급 장치와 접지면 사이의 층간 커패시턴스는 기존 PCB 제조 기술을 사용하여 적절한 디커플링을 제공하기에 충분하지 않습니다.

디커플링은 다른 수단으로 처리해야 하며 신호와 전류 반환 평면 사이의 긴밀한 결합을 선택해야 합니다. 신호 레이어와 전류 반환 평면 사이의 긴밀한 결합의 장점은 층간 커패시턴스가 약간 손실된다는 단점을 능가합니다.

따라서 XNUMX층 플레이트의 EMC 성능을 향상시키는 가장 간단한 방법은 신호 레이어를 가능한 한 평면에 가깝게 만드는 것입니다. 10mil), 전원과 접지면 사이에 대형 유전체 코어를 사용합니다(> 40mil), 그림 2와 같습니다.

이것은 세 가지 장점과 몇 가지 단점이 있습니다. 신호 루프 영역이 더 작기 때문에 차동 모드 복사가 덜 생성됩니다. 배선층과 평면층 사이의 간격이 5mil인 경우 등간격의 적층 구조에 대해 10dB 이상의 루프 방사 감소를 달성할 수 있다.

둘째, 접지에 대한 신호 배선의 긴밀한 결합은 평면 임피던스(인덕턴스)를 줄여 보드에 연결된 케이블의 공통 모드 복사를 줄입니다.

셋째, 배선을 평면에 단단히 결합하면 배선 사이의 누화를 줄일 수 있습니다. 고정 케이블 간격의 경우 누화는 케이블 높이의 제곱에 비례합니다. 이것은 XNUMX레이어 PCB에서 방사를 줄이는 가장 쉽고 저렴하며 가장 간과되는 방법 중 하나입니다.

이 캐스케이드 구조에 의해 목적 (1)과 (2)를 모두 만족합니다.

XNUMX층 적층 구조에 대한 다른 가능성은 무엇입니까? 글쎄, 우리는 약간의 틀에 박힌 구조를 사용할 수 있습니다. 즉, 그림 2의 신호 레이어와 평면 레이어를 전환하여 그림 3A에 표시된 캐스케이드를 생성할 수 있습니다.

이 적층의 주요 이점은 외부 평면이 내부 레이어의 신호 라우팅을 위한 차폐를 제공한다는 것입니다. 단점은 접지면이 PCB의 고밀도 부품 패드에 의해 심하게 절단될 수 있다는 것입니다. 이것은 평면을 뒤집고 소자의 측면에 전원 평면을 배치하고 보드의 다른 측면에 접지 평면을 배치함으로써 어느 정도 완화될 수 있습니다.

둘째, 어떤 사람들은 노출된 파워 플레인을 좋아하지 않으며, 셋째, 묻힌 신호 레이어로 인해 보드를 재작업하기가 어렵습니다. 캐스케이드는 목적 (1), (2)를 충족하고 부분적으로 목적 (4)를 충족합니다.

이 세 가지 문제 중 두 가지는 그림 3B와 같이 캐스케이드로 완화할 수 있습니다. 여기서 두 개의 외부 평면은 접지 평면이고 전원 공급 장치는 배선으로 신호 평면에 라우팅됩니다.전원 공급 장치는 신호 레이어의 넓은 트레이스를 사용하여 래스터 라우팅되어야 합니다.

이 캐스케이드의 두 가지 추가 이점은 다음과 같습니다.

(1) 두 개의 접지면이 훨씬 낮은 접지 임피던스를 제공하여 공통 모드 케이블 복사를 줄입니다.

(2) 패러데이 케이지에서 모든 신호 트레이스를 봉인하기 위해 플레이트 주변에서 두 개의 접지면을 함께 꿰맬 수 있습니다.

EMC의 관점에서 이 레이어링이 잘 수행된다면 XNUMX레이어 PCB의 최상의 레이어링이 될 수 있습니다. 이제 우리는 단 하나의 1층 보드로 목표 (2), (4), (5) 및 (XNUMX)를 달성했습니다.

그림 4는 일반적인 것이 아니라 잘 수행할 수 있는 네 번째 가능성을 보여줍니다. 이것은 그림 2와 유사하지만 전원 플레인 대신 접지 플레인이 사용되며 전원 공급 장치는 배선을 위해 신호 레이어에서 트레이스 역할을 합니다.

이 캐스케이드는 앞서 언급한 재작업 문제를 극복하고 두 개의 접지면으로 인해 낮은 접지 임피던스를 제공합니다. 그러나 이러한 평면은 차폐를 제공하지 않습니다. 이 구성은 목표 (1), (2) 및 (5)를 충족하지만 목표 (3) 또는 (4)를 충족하지 않습니다.

따라서 처음에 생각했던 것보다 XNUMX층 레이어링에 대한 더 많은 옵션이 있음을 알 수 있으며 XNUMX층 PCBS로 XNUMX가지 목표 중 XNUMX가지를 충족할 수 있습니다. EMC의 관점에서 그림 2, 3b 및 4의 계층화는 모두 잘 작동합니다.

6 레이어 보드

대부분의 XNUMX레이어 기판은 XNUMX개의 신호 배선 레이어와 XNUMX개의 평면 레이어로 구성되며 일반적으로 XNUMX레이어 기판은 EMC 관점에서 XNUMX레이어 기판보다 우수합니다.

그림 5는 XNUMX단 기판에서 사용할 수 없는 캐스케이딩 구조를 보여줍니다.

이러한 평면은 신호 레이어에 대한 차폐를 제공하지 않으며 신호 레이어 중 두 개(1 및 6)는 평면에 인접하지 않습니다. 이 배열은 모든 고주파 신호가 레이어 2와 5에 라우팅되고 매우 낮은 주파수 신호만 라우팅되는 경우에만 작동합니다. 더 좋은 경우에는 신호 와이어가 전혀(솔더 패드만) 레이어 1과 6에 라우팅되지 않습니다.

사용하는 경우 1층과 6층의 사용하지 않는 부분은 포장을 하고 가능한 한 많은 위치에서 본층에 viAS를 부착해야 합니다.

이 구성은 원래 목표(목표 3) 중 하나만 충족합니다.

3개의 레이어를 사용할 수 있으므로 그림 6과 같이 고속 신호용으로 XNUMX개의 매립 레이어를 제공하는 원리(그림 XNUMX 참조)를 쉽게 구현할 수 있습니다. 이 구성은 또한 저속 신호를 위한 두 개의 표면 레이어를 제공합니다.

이것은 아마도 가장 일반적인 XNUMX층 구조이며 잘만 수행된다면 전자기 방출을 제어하는 ​​데 매우 효과적일 수 있습니다. 이 구성은 목표 1,2,4는 충족하지만 목표 3,5는 충족하지 않습니다. 주요 단점은 전원 평면과 접지 평면이 분리된다는 것입니다.

이러한 분리로 인해 전원 플레인과 접지 플레인 사이에 플레인 간 커패시턴스가 많지 않으므로 이러한 상황에 대처하기 위해 신중한 디커플링 설계를 수행해야 합니다. 디커플링에 대한 자세한 내용은 디커플링 기술 팁을 참조하세요.

거의 동일하고 잘 작동하는 7층 적층 구조가 그림 XNUMX에 나와 있습니다.

H1은 신호 1의 수평 라우팅 계층을 나타내고, V1은 신호 1의 수직 라우팅 계층을 나타내며, H2와 V2는 신호 2에 대해 동일한 의미를 나타내며, 이 구조의 장점은 직교 라우팅 신호가 항상 동일한 평면을 참조한다는 것입니다.

이것이 왜 중요한지 이해하려면 6부의 신호 대 기준 평면에 대한 섹션을 참조하십시오. 단점은 레이어 1 및 레이어 6 신호가 차폐되지 않는다는 것입니다.

따라서 신호 레이어는 인접한 평면에 매우 가깝게 있어야 하며 필요한 판 두께를 구성하기 위해 더 두꺼운 중간 코어 레이어를 사용해야 합니다. 일반적인 0.060인치 두께의 판 간격은 0.005 “/ 0.005″/ 0.040 “/ 0.005″/ 0.005 “/ 0.005″입니다. 이 구조는 목표 1과 2를 충족하지만 목표 3, 4 또는 5는 충족하지 않습니다.

우수한 성능을 가진 또 다른 8층 플레이트가 그림 XNUMX에 나와 있습니다. XNUMX개의 신호 매립 레이어와 인접한 전원 및 접지면을 제공하여 XNUMX가지 목표를 모두 충족합니다. 그러나 가장 큰 단점은 배선층이 XNUMX개뿐이어서 자주 사용하지 않는다는 점이다.

XNUMX-레이어 플레이트는 XNUMX-레이어 플레이트보다 우수한 전자기 호환성을 얻기가 더 쉽습니다. 또한 XNUMX개로 제한되는 대신 XNUMX개의 신호 라우팅 레이어를 사용할 수 있다는 이점이 있습니다.

XNUMX층 회로 기판의 경우와 마찬가지로 XNUMX층 PCB는 우리의 XNUMX가지 목표 중 XNUMX가지를 충족했습니다. XNUMX개의 신호 라우팅 레이어로 제한하면 XNUMX가지 목표를 모두 충족할 수 있습니다. 그림 6, 그림 7 및 그림 8의 구조는 모두 EMC 관점에서 잘 작동합니다.