16층 PCB란 무엇이며 실제로 언제 필요합니까?

16층 PCB는 유전체 코어와 프리프레그로 분리된 단일 구조로 적층된 16개의 전도성 구리 층으로 구성된 견고한 보드입니다. 일반적인 설계에서는 해당 레이어 중 약 10개만이 신호 트레이스를 전달합니다. 나머지 6개는 모든 신호 레이어에 깨끗한 참조를 제공하고 전력 공급을 조용하게 유지하는 전용 접지 및 전원 평면입니다. 이 비율은 팀이 애초에 16개 레이어로 이동하는 이유를 설명하기 때문에 중요합니다.

PCB 설계계에는 "라우팅이 되지 않으면 레이어를 추가하면 된다"는 오래된 격언이 있습니다. 그것은 일반적인 조언이고 그 자체로는 나쁜 조언입니다. 16개 레이어로 점프하는 것은 성급한 레이아웃에 대한 해결 방법이 아니라 구체적이고 측정 가능한 압력에 대한 대응이어야 합니다. 실제 드라이버는 일반적으로 더 적은 수의 레이어에서 팬아웃할 수 없는 핀 수가 많은 BGA(FPGA, 네트워크 프로세서 또는 멀티 코어 SoC)입니다. 각각 자체 평면이 필요한 여러 개의 격리된 전원 레일; 모든 고속 신호 레이어 바로 옆에 참조 평면을 요구하는 제어된 임피던스 요구 사항; 라우팅 채널이 고갈되는 조밀한 커넥터 필드. 디자인이 10 또는 12레이어 스택업에서 이러한 제한 중 2개 이상에 도달하는 경우 일반적으로 16레이어가 올바른 선택입니다. 그리고 일반적으로 출시되어서는 안되는 레이아웃과 싸우는 것보다 장기적으로 더 저렴합니다.

16층 보드가 실제 제품에 등장하는 곳

16레이어 구조는 최적의 위치에 있습니다. 심각한 라우팅 밀도를 위해 충분히 복잡하지만 아직 20레이어 이상의 보드가 요구하는 이국적인 재료와 순차 적층이 필요하지 않습니다. 실제로 이는 많은 제품 카테고리의 중간에 위치합니다.

5G 및 무선 인프라 - RF 프런트 엔드와 디지털 베이스밴드 처리를 결합한 원격 무선 장치 및 소형 셀 모듈

· 네트워킹 및 데이터 인프라 - 밀도가 높은 백플레인 커넥터가 있는 관리형 스위치, 라우터 및 SAN/NAS 스토리지 컨트롤러

· 산업용 전력 전자 장치 - 하나의 보드에 절연된 제어, 피드백 및 고전류 전력 섹션이 필요한 AC 드라이브 및 인버터

· RF 및 테스트 장비 - 프리앰프, 위성 수신기 프런트 엔드, 노이즈 커플링에 민감한 실험실 측정 장비

· 내비게이션 및 원격 측정 - GPS 추적 모듈 및 항공 전자 장치에 인접한 통신 보드

· 단순한 8레이어 디자인과 전체 20개 이상의 레이어 서버 마더보드 사이에 있는 중급 서버 및 내장형 컴퓨팅 보드

이들 모두의 공통 스레드는 원시 신호 속도만이 아니라 밀도입니다. 이러한 보드는 일반적으로 여러 개의 독립적인 전력 도메인(디지털 코어, I/O, 아날로그, RF 바이어스)과 함께 핀 수가 많은 BGA를 하나 이상 탑재하고 있으며, 설계상 신호 무결성이나 EMI 성능을 저하시키지 않으면서 더 적은 수의 레이어로 모든 것을 깔끔하게 분리할 수는 없습니다.

실제로 작동하는 16층 스택업 구축

스택업은 단순한 레이어 개수가 아닙니다. 이는 모든 신호 레이어가 어떻게 깨끗한 복귀 경로를 얻을 수 있는지, 전력이 어떻게 조용하게 유지되는지, 보드가 뒤틀림 없이 라미네이션을 견딜 수 있는지에 대한 계획입니다. 거의 모든 16개 레이어 디자인에 적용되는 세 가지 원칙은 다음과 같습니다.

대칭:스택업의 상단 절반을 하단 절반(구리 무게, 유전체 두께, 재료 유형)에 미러링하여 보드가 휘어지는 대신 고르게 경화되고 냉각되도록 합니다.

지상 인접성:가능하면 모든 신호 레이어 옆에 접지면을 유지하여 반환 전류가 트레이스 바로 아래에 짧고 낮은 임피던스 경로를 갖도록 합니다.

의도적으로 전력을 분할합니다.아날로그, 디지털 및 고전류 전력 도메인을 하나의 공유 평면이 아닌 서로 다른 평면으로 분리하고 평면 분할을 통해 민감한 신호를 라우팅하지 마십시오.

대표적인 16개 레이어 배열은 10개의 신호 레이어 사이에 6개의 평면 레이어를 배치하여 하나 또는 두 개의 신호 레이어로 구성된 모든 그룹이 기준 옆에 위치하도록 접지면을 배치합니다. 예를 들어 일반적인 빌드에서 레이어 2, 4, 7, 10, 13, 15 근처의 평면입니다. 각 신호 레이어와 기준면 사이의 유전체 두께는 목표 임피던스(일반적으로 50Ω 단일 종단 또는 100Ω 차동)에 도달하도록 선택되며 표준 FR-4는 대부분의 16레이어 설계에 완벽하게 적합합니다. 저손실 라미네이트는 대략 10Gbps 이상의 신호를 전달하는 특정 레이어에 추가 비용을 지불할 가치가 있습니다. 소수의 저손실 레이어와 나머지 레이어를 위한 FR-4를 혼합하는 하이브리드 스택업이 일반적으로 가장 비용 효율적인 경로입니다.

제조 현실: 16층 기판이 잘못된 곳

16개 레이어에서는 제조 분야가 디자인 기술만큼 중요해지기 시작합니다. 올바르게 설계되었지만 올바른 프로세스 제어 없이 제작업체가 제작한 보드에서는 몇 가지 실패 지점이 반복적으로 나타납니다.

· 레이어 간 등록 - 16개의 레이어를 쌓아서 누르면 작은 정렬 불량으로도 드릴로 뚫은 비아가 내부 레이어 패드에 끼이거나 연결이 완전히 누락될 수 있습니다.

· 종횡비 - 16층 보드는 표준 4층 또는 6층 보드보다 두껍기 때문에 동일한 마감 직경의 비아는 종횡비가 더 높기 때문에 홀 벽 아래의 구리 도금조차 달성하기가 더 어렵습니다.

· 라미네이션 열 분포 - 프레싱 중 불균일한 압력이나 온도로 인해 박리 또는 보드 내부 깊숙히 묻혀 있는 수지 공극이 발생하여 보드가 현장에서 파손될 때까지 보이지 않습니다.

· 테스트 범위 - 단순한 보드보다 훨씬 더 많은 노드와 네트가 있으므로 전기 테스트는 외부 레이어뿐만 아니라 모든 레이어의 연결을 포괄해야 합니다.

이들 중 어느 것도 이상한 문제는 아니지만, 장비가 부족한 작업장에서 보낸 16레이어 견적이 서류상으로는 매력적으로 보였으나 드릴 브레이크아웃, 일관되지 않은 임피던스 또는 생산에 실패한 로트 수 개월 동안 도착할 수 있는 이유가 바로 이것입니다.

16층 보드 제조 파트너 선택

16개 레이어에서 질문은 "이 상점에서 PCB를 만들 수 있습니까?"에서 "이 PCB를 내가 지정한 공차로 반복적으로 만들 수 있습니까?"로 이동합니다. 견적을 위해 스택업을 보내기 전에 몇 가지 구체적인 사항을 확인할 가치가 있습니다. 제조업체가 단순한 마케팅 번호가 아닌 실제 레이어 수 기능을 게시합니까? 파일이 생산 라인에 도달하기 전에 제조 가능성을 위한 설계(DFM) 검토를 실행합니까? 제어된 임피던스를 어떻게 검증하고, 시뮬레이션만 사용하지 않고 실제 쿠폰을 테스트합니까? 베어 보드와 어셈블리를 모두 지원할 수 있으므로 제조, SMT 및 부품 소싱을 위해 별도의 공급업체를 조정하지 않아도 됩니다.

16층 보드에 대한 비용 및 리드 타임 기대치

비용은 레이어 수에 따라 직선으로 확장되지 않습니다. 각각의 추가 레이어 쌍은 라미네이션, 드릴링, 도금 및 에칭의 전체 주기를 추가하고 단순한 보드보다 제조 수율이 낮습니다. 따라서 16레이어 보드는 일반적으로 동일한 크기의 8레이어 보드보다 몇 배 더 비쌉니다. 단지 두 배가 아니라 몇 배 더 비쌉니다. 순차 처리 및 추가 검사 단계로 인해 단일 스테이션을 돌진하여 압축할 수 없는 실제 달력 시간이 추가되기 때문에 프로토타입 리드 타임도 더 길어집니다.

16레이어 프로젝트 예산을 책정하는 가장 신뢰할 수 있는 방법은 하위 레이어 보드에 대한 고정 승수를 가정하는 대신 실제 Gerber 파일 및 스택업을 기반으로 견적을 받는 것입니다. 임피던스 요구 사항, 구리 무게 및 표면 마감 모두 레이어 수와 관계없이 숫자를 이동합니다. PCBgogo의 온라인 견적 계산기는 업로드된 Gerber, Altium, PAD 또는 Eagle 파일을 직접 수용하고 가격과 일정을 확인하기 전에 검토를 위해 고급 스택업을 엔지니어에게 라우팅합니다. 이는 사람이 실제로 설계를 본 후 변경되는 즉시 견적이 변경되는 일반적인 문제를 방지합니다.

자주 묻는 질문

Q: 16레이어 PCB에 실제로 몇 개의 신호 레이어를 라우팅할 수 있습니까?

대부분의 설계에서는 16개 레이어 중 대략 10개 레이어가 신호 라우팅에 사용되고 나머지 6개 레이어는 접지 및 전력 플레인 전용으로 사용됩니다. 정확한 분할은 설계에 필요한 절연 전력 도메인 수와 고속 신호에 필요한 기준면 적용 범위에 따라 달라집니다.

Q: 16층 PCB는 HDI 보드와 같은 것인가요?

자동으로 아닙니다. 16층 보드는 표준 스루홀 다층 설계, 고밀도 BGA 팬아웃을 위해 레이저 드릴 마이크로비아를 사용하는 HDI 설계 또는 두 가지의 하이브리드로 구축될 수 있습니다. HDI 구성은 일반적으로 단순히 레이어 수가 많기 때문이 아니라 스루홀 비아만으로는 부품 피치가 너무 미세할 때 추가됩니다.

Q: 16레이어 보드에서 달성할 수 있는 최소 트레이스 폭과 간격은 얼마입니까?

이는 제작자의 공정 능력에 따라 달라집니다. 참고로 PCBgogo의 고급 PCB 프로세스는 내부 레이어에서 2/2mil, 외부 레이어에서 2.5/2.5mil까지 최소 트레이스 폭과 간격을 지원합니다. 이는 이국적인 HDI 처리 없이도 대부분의 16레이어 설계를 포괄합니다.

Q: 16층 PCB 프로토타입을 얻는 데 얼마나 걸리나요?

다층 기판은 순차적 적층, 연장된 드릴링 및 도금 주기, 보다 철저한 전기 테스트로 인해 단순한 설계보다 시간이 더 오래 걸립니다. 정확한 처리 시간은 스택의 복잡성과 구리 중량에 따라 달라지므로 표준 프로토타입 리드 타임이 적용된다고 가정하기보다는 견적과 함께 일정을 요청하는 것이 좋습니다.

Q: 동일한 16층 스택업에 FR-4와 고주파 라미네이트를 결합할 수 있습니까?

예. 이는 일반적인 하이브리드 접근 방식입니다. 최고 속도 신호를 전달하는 소수의 레이어는 저손실 재료를 사용하고 나머지 레이어는 표준 높은 Tg FR-4를 사용합니다. 이를 통해 실제로 필요한 레이어의 신호 무결성 목표를 충족하는 동시에 재료 비용을 절감할 수 있습니다.

디자인에서 작업 보드로 이동

6 또는 8레이어 설계에서 첫 번째 16레이어 프로젝트로 이동하는 것은 복잡성이 크게 증가하며 가장 안전한 방법은 라우팅을 마친 후가 아니라 라우팅을 완료하기 전에 제작업체와 스택업을 잠그는 것입니다. 달성 가능한 트레이스 폭, 종횡비 및 임피던스 목표를 확인하는 빠른 DFM 대화를 통해 문제를 해결하는 데 여전히 비용이 적게 듭니다. PCBgogo의 엔지니어링 팀은 견적을 발행하기 전에 실제 생산 능력과 비교하여 스택업 파일을 검토하며, 제조, 조립 및 부품 소싱이 동일한 공장 내에 있기 때문에 16레이어 보드는 별도 공급업체 간의 설계 핸드오프 없이 Gerber 업로드에서 테스트되고 조립된 하드웨어로 이동할 수 있습니다.