통신 및 네트워킹 하드웨어가 계속 18개 계층에 배치되는 이유

5G 기지국 무선 장치, 캐리어급 네트워크 스위치 또는 높은 처리량 라우터를 열면 메인 보드가 18개 레이어에 위치할 가능성이 높습니다. 이는 우연이 아닙니다. 이는 설계가 하나의 보드에 걸쳐 수십 개의 독립적인 고속 직렬 링크를 전달해야 하는 동시에 전력 공급을 위한 공간과 각 링크에 대한 깨끗한 접지 참조를 남겨 두어야 할 때 발생합니다.

최신 5G 소형 셀 또는 매크로 무선 장치는 RF 프런트 엔드와 베이스밴드 프로세서 사이에 JESD204B/C 인터페이스와 함께 수십 개의 10G 또는 25G 이더넷 레인을 전달할 수 있으며, 각각 제어된 임피던스 라우팅과 연속 기준 평면이 필요합니다. 관리형 스위치 또는 라우터는 전면 패널의 모든 포트에 SerDes 레인을 추가하고 스위칭 실리콘에 전원을 공급하는 PCIe 및 DDR 메모리 인터페이스를 추가합니다. 기준 평면을 분할하거나(신호 무결성을 손상시킴) 트레이스를 너무 가깝게 쌓아두지 않고(누화를 유발함) 12개 또는 14개 레이어에서 깔끔하게 라우팅되는 것은 없습니다. 18개 레이어에서는 대부분의 디자인이 더 이상 타협할 필요가 없습니다.

18개 레이어의 신호 무결성 바

최신 네트워킹 장비의 일반적인 데이터 속도(레인당 약 5Gbps 이상)에서 유전 손실은 반올림 오류가 아니며 링크 예산에 직접적으로 영향을 미치기 시작합니다. 표준 FR-4는 해당 임계값 이상으로 실행되는 긴 직렬 채널에 대해 손실이 너무 큰 소산 인자를 갖습니다. 아이 다이어그램이 닫히고 비트 오류율이 올라갈 정도로 일반 보드 길이에 걸쳐 신호가 충분히 저하됩니다. 이것이 바로 18레이어 통신 설계가 일반적으로 가장 빠른 신호를 전달하는 레이어에 대해 저손실 라미네이트로 이동하는 동시에 보드의 다른 모든 부분은 기존 재료에 그대로 유지되는 이유입니다.

레이어 수와 데이터 속도가 함께 증가함에 따라 임피던스 제어도 더욱 엄격해집니다. 25G+ SerDes를 실행하는 설계는 일반적으로 단순한 4층 보드가 요구하는 것보다 더 엄격한 허용 범위 내에서 임피던스를 유지해야 하며, 이러한 허용 오차는 첫 번째 프로토타입뿐만 아니라 생산 실행의 모든 패널에서 일관되게 유지되어야 합니다. 이는 스택업 규율과 제조 공정 제어가 설계 자체와 분리될 수 없는 지점입니다.

환경 노출은 순수 전기 시뮬레이션이 포착하지 못하는 기계적 차원을 추가합니다. 옥외 타워에 장착된 기지국 무선 장치는 실내 스위치 섀시보다 온도 변동이 훨씬 더 넓으며, 반복적인 열 순환은 18층 보드 전체 두께에 걸쳐 도금된 비아 배럴에 실제적인 스트레스를 가합니다. 종이에 대한 신호 무결성 시뮬레이션을 통과하는 스택업에는 현장에서 수년간 매일 가열 및 냉각한 후에도 비아가 깨지지 않도록 구리 도금과 충분히 밀접하게 일치하는 열팽창 계수를 갖춘 적층 시스템이 여전히 필요합니다. 이는 통신 보드의 재료 선택이 신호 무결성만큼이나 신뢰성 결정인 또 다른 이유입니다.

하이브리드 스택업: 저손실 가격표 없이 저손실 성능 얻기

프리미엄 저손실 라미네이트로 전체 18층 보드를 구축하는 것은 올바른 경제적 결정이 아닙니다. 18레이어 텔레콤 보드의 대부분은 전력 공급, 접지 기준 및 저속 제어 신호이며, 이들 중 어느 것도 값비싼 유전체의 이점을 누릴 수 없습니다. 실용적인 접근 방식은 하이브리드 스택업입니다. 소수의 외부 또는 외부에 가까운 레이어는 최고 속도 인터페이스를 위해 저손실, 저Dk 재료를 사용하고 나머지 레이어는 표준 높은 Tg FR-4를 사용합니다. 올바르게 수행하면 실제로 필요한 채널의 신호 무결성 목표를 계속 충족시키면서 전체 프리미엄 빌드보다 자재 비용을 의미 있게 낮게 유지할 수 있습니다.

절충안은 조정 복잡성입니다. 서로 다른 라미네이트에는 서로 다른 열팽창 계수, 서로 다른 수지 시스템 및 서로 다른 적층 온도 프로필이 있습니다. 이를 하나의 스택업으로 혼합하려면 주문 시 처음으로 시도하려는 사람이 아니라 실제로 생산에서 해당 조합을 검증한 제작자가 필요합니다.

제조 공정 내부: 순차 적층 및 수지 연결 비아

18층 보드는 단일 라미네이션 주기로 프레스할 수 없습니다. 제조는 일반적으로 여러 단계로 진행됩니다. 내부 레이어 쌍이 먼저 이미지화되고 에칭되고, 여러 하위 스택이 함께 적층된 다음, 전체 스택이 외부 레이어와 함께 최종 프레스 사이클을 거칩니다. 각각의 추가 주기에는 핸들링, 추가 드릴링 패스 및 프로세스가 엄격하게 제어되지 않는 경우 잘못된 등록 가능성이 추가됩니다.

Via 기술은 이 깊이에 또 다른 복잡성 계층을 추가합니다. 이 범위의 보드는 비아 크기를 혼합하는 경우가 많습니다. 예를 들어 전원 공급을 위한 큰 비아 그룹과 신호 상호 연결을 위한 작은 비아의 별도 그룹이 있으며, 각각 다른 드릴 매개변수가 필요하며, 일부 설계에서는 구성요소나 추가 비아를 바로 위에 배치할 수 있도록 수지로 막힌 비아가 있습니다. SMT 어셈블리에 사용되는 고온 리플로우 주기 동안 박리 현상 없이 이 정도 두께의 보드 전체에 걸쳐 수지-기판 결합을 얻는 것은 전체 빌드에서 가장 까다로운 단계 중 하나입니다.

해외 소싱 시 18레이어 프로젝트가 중단되는 경우

18레이어 프로젝트에서 발생하는 비용이 많이 드는 실수의 대부분은 설계 중에 발생하지 않고 소싱 중에 발생합니다. 가격 면에서 경쟁력 있어 보이는 견적은 실제로 하이브리드 스택업의 볼륨을 검증한 적이 없거나, 측정 대신 계산으로 임피던스를 검증하거나, 전체 스택에 걸쳐 등록을 유지할 순차 라미네이션 장비가 부족한 제조업체를 숨길 수 있습니다. 결함은 일반적으로 첫 번째 제품 검사에서는 나타나지 않습니다. 몇 달 후 현장 실패 또는 생산 가동 도중 수율 붕괴로 나타납니다.

볼륨을 약속하기 전 테스트 및 검증

통신 인프라용 18레이어 보드는 일반적으로 현장에서 신뢰되기 전에 기본적인 연속성 검사 이상의 작업을 수행해야 합니다. 합리적인 검증 제품군에는 각 이미징 단계 후 자동화된 광학 검사, 플라잉 프로브 또는 고정 장치를 통한 100% 전기 테스트, TDR을 통한 제어된 임피던스 검증, 내부 비아 및 레이어 정렬에 대한 X선 검사, 외부에서 볼 수 없는 라미네이션 품질을 확인하기 위한 샘플 보드의 마이크로섹션 분석이 포함됩니다. 캐리어급 또는 산업 신뢰성 응용 분야로 향하는 설계의 경우 기본 상용 클래스가 적용된다고 가정하기보다는 IPC 클래스 3 허용 기준을 명시적으로 지정하는 것이 좋습니다.

18단 통신 보드에 대한 예상 비용

비용이 레이어 수에 비례한다는 가정하에 18레이어 보드 예산을 책정하는 것은 통신 프로젝트에서 흔히 발생하는 계획 실수 중 하나입니다. 실제로 각 추가 레이어 쌍에는 전체 라미네이션, 드릴링, 도금 및 에칭 주기가 추가되고 복잡성이 증가함에 따라 수율이 떨어지므로 비용 곡선이 고르게 오르지 않고 가파르게 됩니다. 하이브리드 재료 선택은 두 번째 변수를 추가합니다. 18개 레이어 중 4개 레이어에만 저손실 라미네이트를 사용하는 보드는 전체 스택에 걸쳐 이를 사용하는 것보다 비용이 훨씬 저렴하지만 혼합 재료 라미네이션에는 자체 인증 프로세스 창이 필요하기 때문에 여전히 모든 FR-4와 동등한 비용보다 비쌉니다.

예산을 책정하는 가장 신뢰할 수 있는 방법은 레이어별 경험 법칙에 따라 추정하는 대신 확정 견적을 위해 실제 스택업 및 Gerber 파일을 보내고 견적 가격에서 표준 FR-4 대비 프리미엄 소재를 사용하는 레이어 수를 구체적으로 물어보는 것입니다. 보드 크기와 패널 활용도 단순한 보드보다 이 레이어 수에서 더 중요합니다. 표준 생산 패널을 효율적으로 사용할 수 있도록 크기를 조정한 디자인은 패널의 많은 부분을 스크랩으로 남겨 두는 것보다 단위당 비용이 더 저렴하므로 보드 외형 치수를 마무리하기 전에 제작업체에 확인하는 것이 좋습니다.

자주 묻는 질문

Q: 5G 및 네트워킹 보드에 특별히 18개의 레이어가 필요한 이유는 무엇입니까?

레이어 수는 자체 제어 임피던스 라우팅 및 전용 참조 평면과 RF, 디지털 및 제어 회로를 위한 별도의 전력 도메인이 필요한 독립적인 고속 직렬 인터페이스(이더넷 SerDes, JESD204, PCIe, DDR)의 수에 따라 결정됩니다. 통신 등급 제품의 신호 무결성과 EMI 성능을 직접적으로 손상시키는 타협을 강요하는 레이어 수가 적습니다.

Q: 18층 기판 전체에 저손실 라미네이트가 필요한가요?

일반적으로 그렇지 않습니다. 대략 5Gbps 이상의 신호를 전달하는 레이어에만 저손실 재료를 적용하고 다른 곳에서는 표준 높은 Tg FR-4를 사용하는 하이브리드 스택업이 일반적으로 가장 비용 효율적인 접근 방식이며 생산 통신 보드에서 일반적인 관행입니다.

Q: 상용 네트워크 제품에 사용되는 18층 보드에는 어떤 테스트가 필요합니까?

최소: 100% 전기 테스트, 이미징 후 AOI, 쿠폰에 대한 TDR 기반 임피던스 검증. 캐리어 등급 또는 산업용 배포의 경우 합격/불합격 요약만 받아들이는 대신 IPC 클래스 3 허용 기준을 지정하고 내부 비아 품질에 대한 X선 또는 미세 단면 증거를 요청하십시오.

Q: 18단 하이브리드 기판의 제작과 조립을 모두 처리할 수 있는 제조사가 있나요?

그렇습니다. 이것이 별도의 공급업체보다 자체 제작 및 조립을 담당하는 제조업체를 선호하는 실질적인 이유 중 하나입니다. PCBgogo는 자체 공장 내에서 PCB 제조, PCBA 조립 및 부품 소싱을 운영하므로 복잡한 하이브리드 스택 프로젝트를 여러 공급업체에 분할함으로써 발생하는 핸드오프 위험을 제거합니다.

Q: 표준 다층 기판에 비해 18층 기판을 제작하는 데 시간이 얼마나 걸리나요?

순차적 라미네이션 주기, 추가 드릴링 패스 및 이 레이어 수에 필요한 확장된 전기 테스트 범위로 인해 단순한 4~8레이어 보드보다 리드 타임이 상당히 길어질 것으로 예상됩니다. 정확한 소요 시간은 사용된 재료와 누적량에 따라 다르므로 견적과 함께 일정을 요청하는 것이 가장 안전한 방법입니다.

18레이어 디자인을 생산에 적용

18레이어 보드는 신호 무결성 한계를 존중하는 설계 팀과 전체 생산 실행에 걸쳐 일관되게 사양에 맞는 하이브리드 스택업을 실제로 구축할 수 있는 제작업체 등 관계의 양쪽에서 엔지니어링 규율을 보상합니다. 대량 생산을 결정하기 전에 제작사와 함께 DFM 검토를 통해 스택업을 살펴보고 어떤 레이어가 저손실 재료를 사용하는지, 그 이유를 정확히 확인하고 시뮬레이션 인쇄물이 아닌 쿠폰 기반 임피던스 데이터가 필요한지 확인하는 것이 좋습니다. PCBgogo의 엔지니어링 팀은 견적을 내기 전에 검증된 프로세스 기능에 대해 다층 및 하이브리드 스택업 파일을 검토합니다. 따라서 검토를 통과한 설계는 공장에서 이미 구축할 수 있다고 확인한 설계이며, 첫 번째 패널이 적층된 후 제조 불가능한 것으로 발견되는 설계는 아닙니다.