단면 LED 드라이버에서 40층 서버 백플레인에 이르기까지 모든 인쇄 회로 기판은 동일한 기본 방식으로 제작됩니다. 즉, 절연 재료로 분리된 전도성 구리 평면을 쌓아 하나의 견고한 장치로 결합합니다. 변경되는 점은 사용하는 평면의 수와 배열 방식입니다. 이러한 단일 결정, 즉 레이어 수 및 스택업이 보드의 신호 무결성, 전력 안정성, 크기, 제조 비용 및 리드 타임을 더욱 결정합니다. 거의 다른 디자인 선택보다.

이 가이드는 실제로 PCB 레이어가 무엇인지 설명하고, 실제 스택업의 모든 레이어 유형을 살펴본 다음 대부분의 설명자가 건너뛰는 작업을 수행합니다. 특정 프로젝트에 필요한 레이어 수, 결정 비용, 디자이너가 일반적으로 잘못하는 부분을 결정할 수 있는 실용적인 방법을 제공합니다.

PCB 레이어란 무엇입니까?

PCB 레이어는 보드를 구성하는 적층 스택의 하나의 전도성 또는 절연 시트입니다. 거의 항상 구리인 전도성 층은 전기 신호, 전력 또는 접지 기준을 전달합니다. 절연층은 전체 어셈블리를 기계적으로 결합하면서 전도성 층을 전기적으로 분리된 상태로 유지합니다.

단면 보드에는 하나의 구리 층이 있습니다. 양면 보드에는 상단과 하단 2개가 있으며 비아라고 하는 도금된 구멍을 통해 연결됩니다. 다층 기판에는 3개 이상의 구리 층이 있으며, 추가 층은 기판 내부에 묻혀 있고 비아를 통해서만 도달할 수 있습니다. 레이어 수는 항상 스택의 전체 재료 수가 아닌 구리 레이어 수로 설명되므로 "4레이어 보드"에는 4개의 구리 평면과 3개의 절연체가 있습니다. 그 사이와 주변에 레이어가 있고 외부에는 솔더 마스크와 실크스크린이 있습니다.

PCB 레이어 스택 내부의 재료

보드의 레이어 수에 관계없이 스택의 모든 레이어는 동일한 소수의 재료로 제작됩니다.

동박트레이스, 패드, 플레인 등 실제 회로를 형성합니다. 구리는 두께에 해당하는 무게(평방피트당 온스)로 지정됩니다.

핵심완전히 경화된 견고한 라미네이트이며 일반적으로 FR-4(직조 유리 섬유로 강화된 에폭시 수지)이며 한쪽 또는 양쪽에 구리 호일이 이미 접착되어 있습니다. 코어는 보드의 기계적 백본을 제공합니다.

프리프레그(부분적으로 경화된 수지가 포함된 "사전 함침된" 유리 섬유)는 코어와 구리 호일 사이의 접착제입니다. 라미네이션 중 열과 압력을 받으면 수지가 흐르고 틈을 메우며 단단하게 경화되어 전체 스택이 하나의 조각으로 융합됩니다.

솔더 마스크일반적으로 녹색이지만 다른 색상으로도 제공되는 얇은 폴리머 코팅으로 외부 구리 층 위에 적용됩니다. 이는 조립 중 밀접하게 배치된 패드 사이의 납땜 브리지를 방지하고 구리가 산화되지 않도록 보호합니다.

실크 스크린솔더 마스크 상단에 인쇄된 텍스트 및 기호 레이어로, 조립 및 디버깅 중 구성 요소 지정자, 극성 표시 및 참조 정보에 사용됩니다.

고속 또는 RF 설계의 경우 코어 및 프리프레그 재료의 유전 상수(Dk) 및 소산 계수(Df)는 구리 자체만큼 중요합니다. 두 가지 모두 신호 전파 속도와 열로 손실되는 에너지 양을 결정하기 때문입니다.

층수별 PCB 유형

단층 PCB

기판 한쪽면에 구리층 1개. 간단하고 저렴하며 제조가 빠릅니다. 계산기, LED 조명, 기본 전원 어댑터에 흔히 사용됩니다. 트레이드오프는 모든 트레이스가 동일한 평면의 다른 모든 트레이스 주위로 라우팅되어야 한다는 것입니다. 이로 인해 회로 밀도가 제한되고 복잡성이 증가함에 따라 보드 크기가 더 커집니다.

이중층 PCB

스루홀 비아로 연결된 기판 상단과 하단의 구리. 이는 라우팅 공간을 대략 두 배로 늘리고 양쪽에 구성 요소를 허용합니다. 이중 레이어 보드는 회로가 단일 레이어에 비해 밀도가 높지만 전용 내부 전원이나 접지면이 필요하지 않은 가전 제품, USB 장치 및 간단한 제어 보드의 많은 부분을 포괄합니다.

다층 PCB

3개 이상의 구리 레이어(신호 라우팅, 전력 분배 또는 접지 기준 전용 내부 레이어 포함) 다층 구조는 최신 스마트폰, 서버 및 의료 장치를 가능하게 합니다. 이를 통해 설계자는 한 평면에서 수평으로만 신호를 라우팅하는 대신 보드를 통해 수직으로 신호를 라우팅할 수 있으므로 동일한 설치 공간에서 구성 요소 밀도를 극적으로 높일 수 있습니다.

각 내부 레이어가 실제로 수행하는 작업

다층 스택업에서는 내부 레이어를 교체할 수 없습니다. 각각에는 특정 작업이 할당됩니다.

· 신호 레이어는 구성요소 간에 데이터를 전달하는 실제 트레이스를 라우팅합니다. 조밀한 고속 설계는 신호를 여러 내부 레이어에 분산시켜 누화를 줄입니다.

· 접지면은 신호에 안정적인 저임피던스 복귀 경로를 제공하는 0V에 연결된 견고한 구리 영역입니다. 고속 신호 레이어 바로 아래에 접지면을 배치하는 것은 임피던스를 제어하고 전자기 간섭을 줄이는 가장 효과적인 방법 중 하나입니다.

· 전원 플레인은 전압 강하를 최소화하면서 보드 전체에 특정 공급 전압을 분배하며, 접지 플레인에 가까이 배치하면 거의 내장 커패시터처럼 작동합니다.

· 분할 평면은 단일 전원 또는 접지 레이어를 서로 다른 전압을 전달하는 별도의 구리 영역으로 나눕니다. 이는 하나의 보드에 여러 공급 레일이 필요하지만 설계자가 조기에 계획해야 하는 라우팅 제약이 추가되는 경우에 유용합니다.

잘 계획된 스택업은 가능한 경우 모든 신호 레이어를 인접한 참조 평면과 쌍을 이룹니다. 이 단일 규칙은 첫 번째 시도에서 신호 무결성 테스트를 통과한 보드와 비용이 많이 드는 재회전이 필요한 보드 사이의 대부분의 차이를 가져옵니다.

레이어 순서가 실제 성능에 미치는 영향

레이어가 쌓이는 순서는 임의적이지 않습니다. 계획이 잘못되면 세 가지 문제가 발생합니다.

임피던스가 드리프트됩니다.트레이스 임피던스는 트레이스 폭, 구리 두께, 유전체 두께 및 가장 가까운 기준 평면까지의 거리에 따라 달라집니다. 스택업을 변경하면 보드의 모든 임피던스 제어 트레이스가 사양을 벗어날 수 있으며, 이는 고속에서 신호 반사 및 데이터 오류로 나타납니다.

누화가 증가합니다.접지면 없이 서로 너무 가깝게 쌓인 신호 레이어는 에너지를 서로 결합시킵니다. 여러 신호 레이어를 연속적으로 쌓는 대신 신호 레이어와 평면 레이어를 번갈아 사용하면 이 문제를 확인할 수 있습니다.

전원 공급 시 소음이 발생합니다.전원 평면과 접지 평면이 스택에서 멀리 떨어져 있으면 둘 사이의 루프 인덕턴스가 증가하며 이는 빠른 스위칭 구성 요소에 청정 전력이 가장 필요할 때 바로 전압 리플로 나타납니다.

거의 모든 4~8레이어 설계의 실용적인 수정 사항은 최고 속도 신호 레이어 바로 아래에 접지면을 배치하고, 스택업이 허용하는 한 전력 및 접지면을 서로 가깝게 유지하며, 근처의 참조 평면 없이 신호 레이어를 남기지 않는 것입니다.

PCB에 실제로 몇 개의 레이어가 필요합니까?

이것은 대부분의 설명자가 건너뛰는 질문이며 실제로 예산과 일정을 결정하는 질문입니다. 레이어 수는 기본 습관이 아닌 회로의 실제 요구 사항을 따라야 합니다.

유용한 직감 점검: 설계에 고속 신호(대략 50MHz를 초과하거나 빠른 디지털 에지 속도가 있는 신호 없음)가 없고 공급 전압이 몇 개만 있는 경우 2층 또는 4층 보드로 거의 항상 충분합니다. 핀 수가 많은 IC를 라우팅하거나, 여러 전압 레일을 혼합하거나, 트레이스 길이 자체가 설계 변수가 될 만큼 빠르게 신호를 처리하고 나면, 레이어를 추가하는 것이 더 이상 사치가 아닌 유일한 방법이 되는 지점입니다. 신호 무결성 및 EMI 목표를 달성합니다.

레이어 수에 따른 비용 및 제조 가능성

레이어 수는 PCB 제조에서 가장 큰 비용 동인 중 하나이지만 관계가 완벽하게 선형적이지는 않습니다. 누적을 커밋하기 전에 알아야 할 몇 가지 사항은 다음과 같습니다.

· 추가된 각 레이어 쌍(2개 레이어)에는 대략 추가 적층 주기가 필요하며, 이로 인해 재료 비용과 처리 시간이 모두 추가됩니다. 4개 레이어에서 6개 레이어로 이동하는 것은 의미 있는 비용 단계입니다. 6에서 8로 가는 것은 툴링과 프로세스가 이미 유사하기 때문에 일반적으로 상대적으로 작은 증가입니다.

· 홀수 레이어 수(3, 5, 7 레이어)는 제조업체에서 거의 제공하지 않습니다. 대칭형 스택업이 뒤틀림 없이 평평하게 적층하는 것이 훨씬 쉽기 때문입니다. 홀수를 목표로 하는 디자이너는 거의 항상 다음 짝수로 반올림하게 되므로 디자인 주기 후반보다는 처음부터 이를 계획하는 것이 좋습니다.

· 블라인드 및 매립형 비아는 순차적 라미네이션(한 번에 모두가 아닌 단계적으로 라미네이팅, 드릴링 및 도금)이 필요하기 때문에 레이어 수와 관계없이 비용이 증가합니다. 10~12개 레이어 이상에서 일반적으로 사용되는 블라인드/매립 비아도 사용하는 높은 레이어 수는 스루홀 비아만 사용하는 동일한 레이어 수보다 훨씬 더 많은 비용이 듭니다.

· 구리가 두꺼워지고 공차가 엄격해지면 레이어 수가 늘어납니다. 2온스 구리와 엄격한 임피던스 허용 오차를 갖는 12레이어 보드는 레이어 수가 동일하더라도 표준 1온스 구리와 더 느슨한 허용 오차를 갖는 12레이어 보드와는 다른 제조 과제입니다.

실용적인 요점: 신호 무결성, 전력 분배 및 라우팅 밀도 요구 사항을 충족하는 최소 레이어 수를 선택하십시오. "만약의 경우" 레이어를 추가하는 것은 해당 성능 이점 없이 설계 비용이 부풀려지는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다.

높은 레이어 수의 PCB: 12개 이상의 레이어가 실제로 필요한 경우

약 10~12개의 레이어를 넘어 보드는 설계 및 제조 복잡성의 다른 범주로 이동합니다. 이 범위는 일반적으로 다음을 위해 예약되어 있습니다.

· 단일 대형 칩에 팬아웃 라우팅을 위해 물리적으로 수용할 수 있는 낮은 레이어 수보다 더 많은 신호 레이어가 필요한 핀 수가 많은 BGA 브레이크아웃입니다.

· 하나의 보드에 여러 개의 절연된 전원 도메인이 있으며 디지털, 아날로그 및 RF 섹션 각각에 깨끗하고 분리된 전원이 필요한 서버 및 통신 장비에 일반적입니다.

· 여러 도터 보드를 상호 연결하고 매우 높은 라우팅 밀도와 긴 트레이스 길이에 걸쳐 엄격한 임피던스 제어가 필요한 백플레인 및 미드플레인입니다.

· 신뢰성 요구 사항에 따라 광범위한 평면 차폐 및 중복 지상 구조가 요구되는 항공우주, 방위 및 의료 시스템입니다.

이 규모에서는 제조업체의 실제 프로세스 능력이 설계 자체만큼 중요해지기 시작합니다. 20~40레이어 범위의 보드는 라미네이션 중 레이어 간의 긴밀한 정합, 높은 종횡비 구멍의 안정적인 도금, 모든 패널의 재료 일관성을 요구합니다. 왜냐하면 작은 변형이라도 여러 레이어에 걸쳐 복합되기 때문입니다. 이는 또한 레이어 수뿐만 아니라 코어 및 프리프레그 재료 선택에 따라 설계는 임피던스 및 신뢰성 목표를 달성합니다. PCBgogo는 Shengyi 및 Kingboard 라미네이트 재료를 사용하여 최대 40개 레이어의 다층 보드를 제조합니다. 이는 다층 카운트 설계가 라미네이션을 통해 치수 안정성을 유지하는 데 필요한 일종의 재료 및 프로세스 조합입니다.

PCB 레이어를 지정할 때 흔히 저지르는 실수

제작을 위해 전송된 실제 디자인에는 몇 가지 레이어 수 및 스택업 실수가 반복적으로 나타납니다.

요구 사항이 아닌 습관적으로 레이어 수를 기본값으로 설정합니다."우리가 항상 사용하는 것"이기 때문에 이전 프로젝트의 6레이어 스택업을 재사용하는 것은 새로운 설계에 실제로 필요하지 않은 라우팅 용량이나 평면 분리에 대한 비용을 지불하는 것을 의미하는 경우가 많습니다.

비대칭 스택업.보드의 한쪽 면에 다른 쪽 면보다 구리가 더 많은 스택업은 적층 및 리플로우 중에 휘어지기 쉽습니다. 구리 분포를 위에서 아래로 대략 균형을 유지하는 것은 나중에 실제 제조 문제를 방지하는 간단한 확인입니다.

라우팅이 시작된 후까지 스택업 결정을 남깁니다.레이아웃이 시작되기 전에 레이어 할당, 평면 배치 및 임피던스 목표를 고정해야 합니다. 스택업 중간 설계를 변경한다는 것은 일반적으로 보드의 큰 부분을 다시 라우팅하는 것을 의미합니다.

단일 레이어 내의 구리 균형을 무시합니다.크고 고르지 않은 구리가 스택의 다른 부분에 상응하는 균형 없이 한 레이어에 부어지면 비대칭 레이어 수와 동일한 뒤틀림 문제가 발생할 수 있습니다.

스택업을 마무리하기 전에 제작자와 임피던스 요구 사항을 확인하지 않습니다.트레이스 폭과 유전체 두께 계산은 제조업체가 사용하는 정확한 재료에 따라 달라집니다. 종이에서 50Ω에 도달하는 스택업은 제작자가 설계자 모르게 다른 유전 상수 재료로 대체하는 경우 생산 시 해당 목표를 놓칠 수 있습니다.

다층 기판 제조 파트너 선택

다층 PCB 스택업이 마무리되면 제조 품질이 설계가 의도한 대로 작동하는지 여부를 결정하는 요소가 됩니다. 레이어 수가 증가함에 따라 라미네이션, 등록, 드릴링 및 구리 도금에 대한 보다 엄격한 제어가 필수적입니다. 4레이어 보드에 거의 영향을 미치지 않는 프로세스 변화는 16, 20 또는 상위 레이어에서 휘어짐, 레이어 오정렬, 신뢰할 수 없는 도금 스루 홀 또는 임피던스 변화를 쉽게 일으킬 수 있습니다. 설계.

PCBgogo는 고급 진공 라미네이션 장비와 엄격하게 제어되는 라미네이션 프로파일을 사용하여 자체 생산 시설에서 다층 PCB를 제조하여 모든 프레스 사이클 전반에 걸쳐 균일한 압력, 온도 및 수지 흐름을 유지합니다. 이는 층간 결합 강도를 향상시키고, 보드 뒤틀림과 박리를 최소화하며, 다층 구조에서도 정확한 층간 정합을 유지하는 데 도움이 됩니다. 정밀함과 결합 드릴링, 안정적인 스루홀 구리 도금 및 모든 중요한 단계에서의 엄격한 프로세스 검사를 통해 이러한 제어 기능은 자동차, 산업, 의료 및 통신 애플리케이션에 사용되는 복잡한 다층 기판에 필요한 일관성과 신뢰성을 제공합니다.

일정이 까다로운 프로젝트의 경우 제조 속도도 마찬가지로 중요합니다. PCBgogo는 PCB 제조, 라미네이션, 드릴링, 도금, 표면 마감 및 품질 검사를 모두 사내에서 유지하면서 적격 주문에 대해 24시간 신속한 PCB 제조를 제공합니다. 제3자 핸드오프를 제거하면 프로세스 일관성이 향상되고 리드 타임이 단축되며 단일 엔지니어링 지원 지점이 제공됩니다. 프로토타입을 반복하는 동안 디자이너는 제조 품질을 저하시키지 않고 스택업 변경, 임피던스 조정 또는 신호 무결성 개선을 신속하게 검증할 수 있습니다.

결론

레이어 수와 스택업 설계는 사양서의 단일 항목이 아니며, 보드가 신호 무결성 목표를 충족하는지, 비용 예산에 맞는지, 대규모로 안정적으로 제조하는지 여부를 결정하는 가장 초기의 결정 중 하나입니다. 올바른 접근 방식은 마지막 프로젝트에서 전달된 기본 레이어 수가 아닌 신호 속도, 공급 레일 수 및 라우팅 밀도와 같은 회로의 실제 요구 사항에서 시작됩니다. 거기서부터 stackup 주문, 재료 선택, 제조 공정을 모두 제어하여 최종 결과를 결정합니다.

간단한 2층 PCB를 제작하든 복잡한 다층 스택업을 구축하든 PCBgogo는 고급 제조 기능과 빠른 처리 시간 및 신뢰할 수 있는 품질을 결합하여 프로토타입부터 대량 생산까지 모든 단계를 지원합니다.지금 PCB 파일을 업로드하세요.즉시 견적을 받아보세요무료 DFM 검토가 가능합니다.

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PCB 레이어 FAQ

PCB 레이어란 무엇입니까?

PCB 레이어는 인쇄 회로 기판을 형성하는 적층 스택 내의 하나의 전도성(구리) 또는 절연 시트입니다. 레이어 수는 구체적으로 구리 레이어 수를 나타냅니다.

PCB는 몇 개의 레이어를 가질 수 있습니까?

상업용 PCB의 범위는 일반적으로 1~16개 레이어입니다. 20, 32 또는 최대 40개의 레이어를 갖춘 통신, 서버, 항공우주 및 방위 산업의 특수 애플리케이션입니다.

PCB 레이어 스택업이란 무엇입니까?

스택업은 신호 라우팅, 접지 및 전원에 할당되는 레이어를 포함하여 다층 보드 내 구리 및 절연 레이어의 특정 배열 및 순서입니다.

PCB 레이어는 어떻게 연결됩니까?

구멍을 뚫고 도금한 관통 비아. 스루홀 비아는 보드 전체를 통과합니다. 블라인드 비아는 외부 레이어를 하나 이상의 내부 레이어에 연결합니다. 매립형 비아는 외부 표면에 도달하지 않고 내부 레이어만 연결합니다.

홀수 레이어 수(3, 5, 7)가 흔하지 않은 이유는 무엇입니까?

대칭형 스택업은 비대칭 스택업보다 훨씬 더 안정적으로 평평하게 적층됩니다. 제조업체는 일반적으로 스택업의 균형을 유지하고 뒤틀림을 방지하기 위해 홀수 레이어 요구 사항을 다음 짝수로 반올림합니다.

레이어가 많을수록 항상 성능이 향상됩니까?

아니요. 레이어가 많아지면 라우팅 용량, 평면 분리 및 비용이 추가되지만, 고속 신호가 없고 공급 레일이 거의 없는 설계에서는 레이어를 추가해도 가격이 높아지고 리드 타임이 길어지는 것 외에는 아무 것도 얻을 수 없습니다. 레이어 수는 회로의 실제 신호 무결성 및 밀도 요구 사항과 일치해야 합니다.

접지면과 전력면의 차이점은 무엇입니까?

둘 다 견고한 내부 구리층입니다. 접지면은 신호의 0V 기준 및 반환 경로입니다. 전원 플레인은 보드 전체에 특정 공급 전압(예: 3.3V 또는 5V)을 분배합니다. 여러 공급 레일이 있는 보드는 분할 평면을 사용하여 단일 레이어에 두 개 이상의 전압을 전달하는 경우가 많습니다.