PCB 배선 수준이 향상되어 PCB 설계가 더욱 효율적이 됩니다.

PCB 레이아웃은 전체 PCB 설계에서 매우 중요합니다. 빠르고 효율적인 배선을 달성하고 PCB 배선을 고급스러워 보이게 만드는 방법은 연구하고 배울 가치가 있습니다. PCB 레이아웃에서 주의해야 할 7가지 측면을 정리했습니다. 부족한 부분을 확인하고 채워보세요!

1. 디지털 회로와 아날로그 회로의 공통 접지 처리

오늘날 많은 PCB는 더 이상 단일 기능 회로(디지털 또는 아날로그 회로)가 아니라 디지털 회로와 아날로그 회로의 혼합으로 구성됩니다. 따라서 배선 시 상호 간섭, 특히 접지선의 노이즈 간섭을 고려할 필요가 있습니다. 디지털 회로의 주파수는 높고 아날로그 회로의 감도는 강합니다. 신호선의 경우 고주파 신호선은 민감한 아날로그 회로 장치에서 최대한 멀리 떨어져 있어야 합니다. 접지선의 경우 전체 PCB에는 외부 세계에 대한 노드가 하나만 있으므로 디지털 및 아날로그 공통 접지 문제는 PCB 내부에서 처리되어야 합니다. 그러나 실제로는 디지털 접지와 아날로그 접지가 보드 내부에서 분리되어 있습니다. 이들은 서로 연결되지 않고 PCB가 외부 세계(예: 플러그 등)에 연결되는 인터페이스에만 있습니다. 디지털 접지는 아날로그 접지와 약간 단락되어 있으므로 연결 지점이 하나뿐이라는 점에 유의하십시오. PCB에는 시스템 설계에 따라 결정되는 다양한 접지도 있습니다.

2. 신호선은 전기(접지)층에 배치됩니다.

다층 프린트 기판을 배선할 때 신호선 층에 미완성 선이 많이 남지 않습니다. 더 많은 레이어를 추가하면 낭비가 발생하고 생산 작업량이 증가하며 그에 따라 비용도 증가합니다. 이 모순을 해결하려면 전기(접지) 레이어에 배선하는 것을 고려할 수 있습니다. 전원 레이어를 먼저 고려하고 그 다음으로 그라운드 레이어를 고려해야 합니다. 왜냐하면 형성의 완전성이 보존되기 때문입니다.

3. 대면적 도체의 연결다리 처리

대면적 접지(전기)에서는 일반적으로 사용되는 부품의 다리가 여기에 연결됩니다. 연결 다리의 취급을 종합적으로 고려해야 합니다. 전기적 성능 측면에서 부품 다리의 패드가 구리 표면에 완전히 연결되는 것이 더 좋지만 부품의 용접 조립에는 다음과 같은 숨겨진 위험이 있습니다. ① 용접에는 고출력 히터가 필요합니다 . ②가상 솔더 조인트가 발생하기 쉽습니다. 따라서 전기적 성능과 공정 요구 사항을 고려하여 일반적으로 열 패드(Thermal)로 알려진 열 차폐라고 불리는 십자형 솔더 패드가 만들어집니다. 이러한 방식으로 용접 중 과도한 단면적 열 방출로 인한 가상 솔더 조인트 가능성을 제거할 수 있습니다. 성별이 크게 감소합니다. 다층 기판의 전원(접지)층 다리 처리는 동일합니다.

4. 배선에서 네트워크 시스템의 역할

많은 CAD 시스템에서 배선은 네트워크 시스템을 기반으로 결정됩니다. 그리드가 너무 조밀하면 채널 수를 늘려도 단계가 너무 작아지고 이미지 필드의 데이터 양이 너무 많아집니다. 이는 필연적으로 장치의 저장 공간에 대한 더 높은 요구 사항을 갖게 되며 컴퓨터 전자 제품의 컴퓨팅 속도에도 영향을 미칩니다. 큰 영향. 구성 요소 다리의 패드가 차지하는 경로나 장착 구멍 및 장착 구멍이 차지하는 경로와 같은 일부 경로는 유효하지 않습니다. 메시가 너무 희박하고 채널이 너무 적으면 라우팅 속도에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 배선을 지원하는 합리적인 그리드 시스템이 있어야 합니다. 표준 부품의 Leg 사이의 거리는 {{0}}.1인치(2.54mm)이므로 그리드 시스템의 기준은 일반적으로 0.1인치(2.54mm)로 설정됩니다. 또는 {{1{12}}}.1인치보다 작은 정수 배수(예: 0.05인치, 0.025인치, 0.02인치 등)

5. 전원 및 접지선 취급

PCB 기판 전체의 배선이 잘 완료되더라도 전원 공급 및 접지선에 대한 고려가 부족하여 발생하는 간섭은 제품의 성능을 저하시키고 때로는 제품의 성공률에 영향을 미치기도 합니다. 따라서 제품의 품질을 보장하려면 전원 공급 장치 및 접지선의 배선을 신중하게 고려하여 전원 공급 장치 및 접지선에서 발생하는 노이즈 간섭을 최소화해야 합니다. 전자 제품 설계에 종사하는 모든 엔지니어는 접지선과 전원선 사이의 노이즈 원인을 이해합니다. 이제 우리는 감소된 노이즈 억제에 대해서만 설명합니다. 잘 알려진 방법은 전원 공급 장치와 접지선 사이에 노이즈를 추가하는 것입니다. 로터스 루트 커패시터. 전원선과 접지선을 최대한 넓혀주세요. 접지선은 전원선보다 넓습니다. 그 관계는 접지선 > 전원선 > 신호선입니다. 일반적으로 신호선 폭은 0.2~0.3mm이고 미세한 폭은 최대 0.05~0.07mm까지 가능합니다. , 전원 코드는 1.2~2.5mm입니다. 디지털 회로 PCB의 경우 넓은 접지선을 사용하여 루프를 형성할 수 있습니다. 즉, 접지 네트워크를 형성할 수 있습니다(아날로그 회로의 접지는 이 방식으로 사용할 수 없음). 접지선에는 넓은 면적의 구리층을 사용하고 인쇄기판의 미사용 부분은 모든 곳이 접지되어 접지선으로 사용됩니다. 또는 전원 공급 장치와 접지선이 각각 한 층을 차지하는 다층 기판으로 만들 수도 있습니다.

6. 디자인 룰 체크(DRC)

배선 설계가 완료된 후에는 배선 설계가 설계자가 정한 규칙을 준수하는지 주의 깊게 확인해야 합니다. 설정된 규칙이 인쇄판 생산 공정의 요구 사항을 충족하는지 확인하는 것도 필요합니다. 일반 검사에는 라인 간, 라인 간 측면이 포함됩니다. 부품 패드, 라인 및 관통 구멍, 부품 패드 및 관통 구멍, 관통 구멍 사이의 거리가 합리적인지, 생산 요구 사항을 충족하는지 여부. 전원선과 접지선의 폭이 적당하고, 전원선과 접지선이 단단히 결합되어 있습니까(저파 임피던스)? PCB에 접지선을 넓힐 수 있는 곳이 있나요? 짧은 길이, 보호선, 입력선과 출력선 등 주요 신호선에 대한 대책은 확실하게 이루어졌는가? 아날로그 회로와 디지털 회로 부품에는 독립된 접지선이 있습니까? 나중에 PCB에 추가된 그래픽(예: 아이콘, 라벨)으로 인해 신호 단락이 발생하는지 여부. 만족스럽지 못한 선 모양을 수정하세요. PCB에 공정 라인이 추가되어 있습니까? 솔더 마스크가 생산 공정의 요구 사항을 충족하는지, 솔더 마스크의 크기가 적절한지, 전기 어셈블리의 품질에 영향을 주지 않도록 장치 패드에 문자 표시가 눌려져 있는지 여부. 다층 기판의 전원 공급 장치 접지층 외부 프레임 가장자리가 축소됩니까? 전원 공급 장치 접지층의 동박이 보드 외부로 노출되면 단락이 발생하기 쉽습니다.

7. 비아 설계

비아(Via)는 다층 PCB의 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 드릴링 비용은 일반적으로 PCB 보드 제조 비용의 30~40%를 차지합니다. 간단히 말해서 PCB의 모든 구멍을 비아라고 부를 수 있습니다. 기능적인 관점에서 볼 때 비아는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 하나는 레이어 간의 전기 연결에 사용됩니다. 다른 하나는 장치를 고정하거나 배치하는 데 사용됩니다. 프로세스 관점에서 비아는 일반적으로 블라인드 비아, 매립 비아 및 관통 비아의 세 가지 범주로 나뉩니다.

막힌 구멍은 인쇄 회로 기판의 상단과 하단 표면에 있습니다. 그들은 일정한 깊이를 가지고 있으며 표면 회로와 아래 내부 회로를 연결하는 데 사용됩니다. 구멍의 깊이는 일반적으로 특정 비율(조리개)을 초과하지 않습니다. 매립형 비아는 인쇄회로기판의 내부층에 위치한 연결 구멍을 말하며 회로기판 표면까지 확장되지 않습니다. 위의 두 가지 유형의 구멍은 회로 기판의 내부 레이어에 있습니다. 적층 전 스루홀 성형 공정을 통해 완성됩니다. 비아홀 형성 과정에서 여러 개의 내부 레이어가 겹쳐질 수 있습니다. 세 번째 유형은 관통 구멍이라고 하며 전체 회로 기판을 통과하여 내부 상호 연결을 구현하거나 구성 요소의 장착 위치 지정 구멍으로 사용할 수 있습니다. 스루홀은 기술적으로 구현하기가 더 쉽고 비용도 저렴하기 때문에 다른 두 개의 비아홀 대신 대부분의 인쇄 회로 기판에 사용됩니다. 다음 비아홀은 별도로 지정하지 않는 한 관통홀로 간주됩니다.

1. 설계 관점에서 볼 때 비아 홀은 주로 두 부분으로 구성됩니다. 하나는 중앙의 드릴 구멍이고 다른 하나는 드릴 구멍 주변의 패드 영역입니다. 이 두 부분의 크기에 따라 비아의 크기가 결정됩니다. 분명히, 고속, 고밀도 PCB를 설계할 때 설계자는 항상 비아가 가능한 작아서 보드에 더 많은 배선 공간이 남을 수 있기를 바랍니다. 또한 비아가 작을수록 자체 기생 용량도 작아집니다. 크기가 작을수록 고속 회로에 적합합니다. 그러나 홀 크기를 줄이면 비용도 증가하므로 비아홀 크기를 무한정 줄일 수는 없습니다. 이는 드릴링(드릴), 전기도금(도금) 및 기타 공정 기술에 의해 제한됩니다. 구멍이 작을수록 드릴링이 더 어려워집니다. 구멍이 길어질수록 중심에서 벗어나는 것이 더 쉬워집니다. 구멍의 깊이가 드릴 구멍 직경의 6배를 초과하면 구멍 벽이 구리로 균일하게 도금된다는 보장이 없습니다. 예를 들어, 일반 6- 레이어 PCB 보드의 현재 두께(구멍 깊이)는 약 50 Mil이므로 PCB 제조업체가 제공할 수 있는 드릴링 직경은 8 Mil에 불과합니다.

2. 비아홀의 기생 용량 비아홀 자체에는 그라운드에 대한 기생 용량이 있습니다. 그라운드 레이어의 비아홀의 절연홀 직경을 D2, 비아홀 패드의 직경을 D1, PCB 보드의 두께를 T로 알고 있다면, 보드 기판의 유전율은 ε이면 비아 홀의 기생 용량 크기는 대략 다음과 같습니다. C=1.41εTD1/(D2-D1) 비아 홀의 기생 용량이 회로에 미치는 주요 영향은 다음과 같습니다. 신호의 상승 시간을 연장하고 회로 속도를 줄입니다. 예를 들어 두께가 50 Mil인 PCB 보드의 경우 내부 직경이 10 Mil이고 패드 직경이 2{{20}인 비아홀이 있는 경우 } Mil을 사용하고 패드와 접지된 구리 영역 사이의 거리는 32 Mil입니다. 위 공식을 통해 비아홀을 대략적으로 계산할 수 있습니다. 기생 용량은 대략 C=1.41x4.4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF. 이 정전 용량 부분으로 인해 발생하는 상승 시간의 변화는 T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps입니다. 이러한 값에서 알 수 있듯이 단일 비아의 기생 용량으로 인해 발생하는 상승 지연을 늦추는 효과는 그다지 명확하지 않지만 레이어 간 전환을 위한 배선에서 비아가 여러 번 사용되는 경우 설계자는 이를 신중하게 고려해야 합니다. .

3. 비아의 기생 인덕턴스 마찬가지로 비아에도 기생 용량과 기생 인덕턴스가 있습니다. 고속 디지털 회로 설계에서 비아의 기생 인덕턴스로 인한 피해는 기생 커패시턴스의 영향보다 더 큰 경우가 많습니다. 기생 직렬 인덕턴스는 바이패스 커패시터의 기여도를 약화시키고 전체 전력 시스템의 필터링 효과를 약화시킵니다. 다음 공식을 사용하여 비아의 대략적인 기생 인덕턴스를 간단히 계산할 수 있습니다. L=5.08h [ln (4h/d) + 1] 여기서 L은 다음의 인덕턴스를 나타냅니다. 비아, h는 비아의 길이, d는 중심 드릴링된 구멍의 직경입니다. 공식에서 알 수 있듯이 비아홀의 직경은 인덕턴스에 작은 영향을 미치지만 비아홀의 길이는 인덕턴스에 영향을 미칩니다. 위의 예를 사용하여 비아의 인덕턴스는 다음과 같이 계산할 수 있습니다. L=5.08x0.050 [ln (4x0.050/0.010) + 1 ]=1.015nH. 신호의 상승 시간이 1ns인 경우 등가 임피던스는 XL=πL/T10-90=3.19Ω입니다. 이러한 임피던스는 고주파 전류가 흐를 때 무시할 수 없습니다. 바이패스 커패시터는 전원 레이어와 접지 레이어를 연결할 때 두 개의 비아를 통과해야 하므로 비아의 기생 인덕턴스가 기하급수적으로 증가한다는 사실에 특별한 주의를 기울여야 합니다.

4. 고속 PCB의 비아홀 설계 위의 비아홀의 기생 특성 분석을 통해 고속 PCB 설계에서는 단순해 보이는 비아홀이 회로 설계에 큰 부정적인 영향을 미치는 경우가 많다는 것을 알 수 있습니다. 효과. 비아의 기생 효과로 인한 부작용을 줄이려면 설계에서 다음을 수행하십시오.

1. 비용과 신호 품질 측면에서 합리적인 크기의 비아홀을 선택하십시오. 예를 들어, 6-10-레이어 메모리 모듈 PCB 설계의 경우 10/20Mil(드릴링/패드) 비아를 사용하는 것이 좋습니다. 일부 고밀도, 소형 보드의 경우 8/18Mil 비아를 사용해 볼 수도 있습니다. 구멍. 현재 기술 상황에서는 더 작은 크기의 비아를 사용하기가 어렵습니다. 전원 또는 접지 비아의 경우 임피던스를 줄이기 위해 더 큰 크기를 사용하는 것이 좋습니다.

2. 위에서 설명한 두 가지 공식을 통해 더 얇은 PCB 보드를 사용하는 것이 비아의 두 가지 기생 매개변수를 줄이는 데 도움이 된다는 결론을 내릴 수 있습니다.

3. PCB 보드의 신호 트레이스 레이어를 변경하지 마십시오. 즉, 불필요한 비아를 사용하지 마십시오.

4. 전원 및 접지 핀은 근처에 뚫어야 합니다. 비아와 핀 사이의 리드가 짧을수록 인덕턴스가 증가하므로 더 좋습니다. 동시에, 전원 및 접지 리드는 임피던스를 줄이기 위해 가능한 한 두꺼워야 합니다.

5. 신호에 대한 폐쇄 루프를 제공하기 위해 신호 레이어 변경 비아 근처에 일부 접지 비아를 배치합니다. PCB 보드에 다수의 중복 접지 비아를 배치할 수도 있습니다. 물론 디자인에도 유연성이 필요합니다. 앞서 설명한 비아 모델은 각 레이어에 패드가 있는 경우이다. 때로는 일부 레이어의 패드를 줄이거나 제거할 수도 있습니다. 특히 비아홀의 밀도가 매우 높을 경우 홈이 파손되어 구리층의 회로가 분리될 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 비아의 위치를 ​​이동하는 것 외에도 비아를 구리 층에 배치하는 것을 고려할 수도 있습니다. 패드 크기가 줄어듭니다.