끊임없이 변화하는 전자 분야에서는 확장된 기능을 갖춘 고성능 장치에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 인쇄 회로 기판(PCB) 기술의 필요성으로 인해 특히 고주파 응용 분야에서 눈에 띄는 발전이 이루어졌습니다. 다층 PCB 설계의 활용은 이러한 애플리케이션의 엄격한 요구 사항을 충족시키기 위한 중요한 솔루션이 되었습니다.
다층 PCB의 출현
역사적으로 인쇄 회로 기판은 주로 단일 또는 이중층 구조를 특징으로 했으며, 이는 신호 저하 및 전자기 간섭(EMI)으로 인해 고주파수 애플리케이션에 대한 적합성에 제약을 가했습니다. 그럼에도 불구하고 다층 인쇄 회로 기판의 도입으로 신호 무결성, 전자기 간섭(EMI) 완화 및 전반적인 성능이 눈에 띄게 향상되었습니다.
다층 인쇄 회로 기판(PCB)은 일반적으로 유전층으로 알려진 절연 재료로 분리된 3개 이상의 전도성 층이 있다는 점에서 단일 또는 이중층 인쇄 회로 기판과 구별됩니다. 이들 층의 상호 연결은 별개의 층 사이의 통신을 용이하게 하는 작은 전도성 통로인 비아에 의해 촉진됩니다. 다층 PCB의 복잡한 설계로 인해 구성 요소와 복잡한 회로의 집중도가 높아져 첨단 기술에 필수적입니다.
다층 PCB는 일반적으로 유연한 PCB 구조 내에서 다층을 달성해야 하는 본질적인 문제로 인해 높은 수준의 강성을 나타냅니다. 레이어 간의 전기적 연결은 블라인드 및 매립 비아를 포함한 여러 유형의 비아를 활용하여 설정됩니다.
이 구성에는 인쇄 회로 기판(PCB)과 외부 환경 사이의 연결을 설정하기 위해 표면에 두 개의 레이어를 배치하는 작업이 수반됩니다. 일반적으로 인쇄회로기판(PCB)의 층 밀도는 균일합니다. 이는 주로 뒤틀림과 같은 문제에 홀수가 취약하기 때문입니다.
레이어 수는 일반적으로 특정 애플리케이션에 따라 달라지며 일반적으로 4~12개 레이어 범위에 속합니다.
일반적으로 대부분의 애플리케이션에는 최소 4개, 최대 8개의 레이어가 필요합니다. 반면 스마트폰과 같은 앱은 총 12개의 레이어를 주로 사용합니다.
주요 용도
다층 PCB는 다음을 포함하여 광범위한 전자 응용 분야에 사용됩니다.
●다층 PCB가 스마트폰, 태블릿, 게임 콘솔, 웨어러블 기기 등 다양한 제품에 필요한 전력과 신호를 제공하는 근본적인 역할을 하는 소비자 가전. 우리가 매일 사용하는 세련되고 휴대 가능한 전자 제품은 컴팩트한 디자인과 높은 구성 요소 밀도 덕분입니다.
●통신 분야에서는 다층 PCB를 활용하여 네트워크 전반에 걸쳐 음성, 데이터, 영상 신호의 원활한 전송을 촉진함으로써 안정적이고 효과적인 통신을 보장합니다.
●산업 제어 시스템은 복잡한 제어 시스템, 모니터링 메커니즘 및 자동화 절차를 효과적으로 관리할 수 있는 능력으로 인해 다층 인쇄 회로 기판(PCB)에 크게 의존합니다. 기계 제어 패널, 로봇 공학 및 산업 자동화는 이를 기본 지원 시스템으로 사용합니다.
●다층 PCB는 정밀도, 신뢰성, 소형화를 보장하는 데 중요하기 때문에 의료 기기에도 적합합니다. 진단 장비, 환자 모니터링 시스템, 생명을 구하는 의료 기기는 이들의 중요한 역할에 따라 큰 영향을 받습니다.
장점 및 장점
다층 PCB는 다음을 포함하여 고주파 애플리케이션에 여러 가지 이점과 장점을 제공합니다.
●향상된 신호 무결성: 다층 PCB는 제어된 임피던스 라우팅을 촉진하고 신호 왜곡을 최소화하며 고주파 신호의 안정적인 전송을 보장합니다. 다층 인쇄 회로 기판의 신호 간섭이 낮아 성능, 속도 및 신뢰성이 향상됩니다.
● EMI 감소: 다층 PCB는 전용 접지 및 전원 평면을 활용하여 EMI를 효과적으로 억제함으로써 시스템 신뢰성을 향상시키고 주변 회로와의 간섭을 최소화합니다.
●컴팩트한 디자인: 더 많은 구성요소와 복잡한 라우팅 방식을 수용할 수 있는 능력을 갖춘 다층 PCB는 모바일 장치 및 항공우주 시스템과 같이 공간이 제한된 애플리케이션에 중요한 컴팩트한 디자인을 가능하게 합니다.
●향상된 열 관리: 다층 PCB는 열 비아와 전략적으로 배치된 구리 레이어의 통합을 통해 효율적인 열 방출을 제공하여 고전력 구성 요소의 신뢰성과 수명을 향상시킵니다.
●설계 유연성: 다층 PCB의 다양성으로 인해 설계 유연성이 향상되어 엔지니어가 임피던스 매칭, 신호 전파 지연, 전력 분배와 같은 성능 매개변수를 최적화할 수 있습니다.
단점
다층 인쇄 회로 기판과 관련된 주요 단점 중 하나는 제조 공정의 모든 단계에서 단일 및 이중층 PCB에 비해 비용이 더 높다는 것입니다. 높은 비용은 주로 생산에 필요한 특수 장비와 관련이 있습니다.
다층 PCB를 생산하려면 다른 유형의 PCB에 비해 상당히 긴 설계 기간과 세심한 제조 방법이 필요하기 때문에 제조도 더 복잡합니다. 제조 복잡성: 다층 PCB를 제조하려면 정확한 층 정렬, 제어된 임피던스 라우팅, 엄격한 품질 관리 조치를 포함한 정교한 제조 프로세스가 필요하므로 생산 비용이 증가하고 리드 타임이 길어집니다.
다층 PCB는 철저한 사전 설계가 필요하므로 개발에는 숙련된 엔지니어가 필요합니다. 각 보드를 생산하는 데 상당한 시간이 필요하므로 인건비가 증가합니다. 또한 주문 후 제품 수령까지 시간 간격이 길어질 수 있으며, 이는 상황에 따라 문제가 될 수 있습니다.
그럼에도 불구하고 이러한 우려가 다층 인쇄 회로 기판(PCB)의 효율성을 약화시키지는 않습니다. 다층 PCB는 단층 PCB보다 가격이 비싼 경우가 많지만 이 특정 형태의 인쇄 회로 기판에 비해 많은 이점을 제공합니다.
전자 장치의 크기가 계속 줄어들고 전력 밀도가 증가함에 따라 다층 PCB에서 효과적인 열 관리가 중요해지며 열 핫스팟을 완화하고 최적의 성능을 보장하기 위한 혁신적인 솔루션이 필요합니다. 또한 다층 PCB 설계의 성능을 검증하려면 업계 표준 및 사양 준수를 보장하기 위해 시뮬레이션, 프로토타입 제작, 적합성 테스트를 포함한 포괄적인 테스트 방법론이 필요합니다.
다층 PCB 설계 팁
고주파 응용 분야를 위한 다층 인쇄 회로 기판(PCB)을 만들 때 일반적으로 몇 가지 유용한 제안 사항이 유용합니다.
다층 PCB 설계의 문제를 완화하기 위해 일반적으로 중점을 두는 주요 영역은 스택업입니다. 레이어 스택업을 판단할 때 기능, 제조, 배포 등의 요소를 고려하는 것이 중요합니다.
보드의 크기를 최적화하는 것부터 시작하십시오. 이는 다른 특성에 관한 결정에 영향을 미치기 때문입니다. 이상적인 보드 크기를 결정할 때 다음 요소를 고려하십시오.
●보드에 탑재할 부품 수
●이 구성 요소의 크기
●보드가 설치될 장소
●제조 협력사의 간격, 여유 공간, 드릴 구멍 허용량
레이어 수가 결정되면 블라인드, 스루홀, 매립형 또는 패드 내 비아 등 비아를 선택해야 합니다. 이러한 측면은 제조 복잡성, 즉 PCB 품질에 영향을 미칩니다.
다층 PCB 설계 섹션에서 PCB 설계 소프트웨어는 설계 프로세스의 필수 부분입니다. 이는 설계자가 넷리스트에서 PCB의 기계 및 배선 연결 구조를 생성하고 이 연결 구조를 다층에 배치하고 컴퓨터 지원 설계 파일을 생성하는 데 도움이 됩니다. 이 CAD는 PCB 제조에 필수적입니다. 다층 PCB를 설계하는 데 사용할 수 있는 여러 가지 PCB 설계 소프트웨어 옵션이 있습니다. 그러나 일부는 특히 인터페이스가 더 단순하다는 이유로 다른 것보다 더 널리 사용됩니다.
제조를 용이하게 하는 제품 부품 및 구성 요소를 만드는 것이 목표인 DFM도 고려해야 합니다. 목표는 적은 비용으로 고품질의 제품을 얻는 것입니다. 결과적으로 제품 디자인을 합리화하고 향상시키며 완벽하게 만드는 것이 필요합니다. DFM은 툴링을 시작하기 전에 적시에 수행되어야 합니다. DFM에 모든 이해관계자를 참여시키는 것이 필수적입니다. 설계자, 엔지니어, 계약 제조업체, 재료 공급업체, 금형 제작자 등 여러 이해관계자의 참여가 중요합니다. 이렇게 하면 설계에 발생할 수 있는 문제를 완화할 수 있습니다.
제조 가능성
고주파 애플리케이션용 다층 PCB 제조에는 몇 가지 주요 단계가 포함됩니다.
●설계 및 레이아웃: 엔지니어는 특수 PCB 설계 소프트웨어를 활용하여 신호 무결성, 열 관리, EMI 완화 등의 요소를 고려한 레이아웃을 생성합니다.
●재료 선택: 신호 손실을 최소화하고 고주파 성능을 유지하기 위해 유전 상수와 손실 탄젠트가 낮은 고품질 재료를 선택합니다.
●레이어 스택업 계획: 신호 주파수, 보드 두께, 구리 두께 등의 요소를 고려하여 신호 라우팅, 임피던스 매칭 및 열 방출을 최적화하도록 레이어 스택업을 신중하게 계획합니다.
●제조 및 조립: 레이저 드릴링, 순차 적층, 제어된 임피던스 에칭과 같은 고급 제조 기술을 사용하여 정밀하고 신뢰성 있는 다층 PCB를 제조합니다.
●테스트 및 품질 보증: 다층 PCB의 성능, 신뢰성 및 산업 표준 및 사양 준수를 보장하기 위해 신호 무결성 분석, 임피던스 측정, 열 화상 및 EMI 테스트를 포함한 엄격한 테스트 절차가 수행됩니다.
결론
다층 PCB 설계의 발전은 고주파 전자 분야에 혁명을 일으켜 향상된 성능, 신뢰성 및 기능을 갖춘 정교한 장치 개발을 가능하게 했습니다. 신호 무결성, 제조 복잡성 및 열 관리 문제에도 불구하고 다층 PCB의 이점은 문제보다 훨씬 크기 때문에 통신, 항공우주, 자동차 및 의료 전자 장치를 포함한 광범위한 고주파 응용 분야에 없어서는 안 될 요소입니다. 재료, 제조 기술 및 설계 방법론의 지속적인 발전으로 다층 PCB는 앞으로도 수년간 고주파 전자 장치의 혁신을 계속 주도할 준비가 되어 있습니다.