심층 분석 - PCB 평면(구리 타설): 기능, 설계 및 모범 사례

A 비행기(또는구리 붓다) 인쇄 회로 기판에는 좁은 라우팅 트레이스가 아닌 경계로 정의된 연속 구리 영역이 있습니다.

평면은 다층-층 PCB의 기본 구성 요소입니다. 평면은 접지 및 전력 분배층 역할을 하고, 신호 반환 경로를 제공하고, 열 방출을 돕고, EMC/EMI 및 신호 무결성에 영향을 줍니다. 효과적인 평면을 설계하는 것은 전기 성능, 열 요구 사항 및 제조 가능성 간의 균형을 유지하는 것입니다.

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평면의 기능적 역할

 

1.1 낮은-임피던스 반환 경로

신호 레이어 바로 아래에 있는 연속 접지면은 가장 짧고 가장 낮은{0}}인덕턴스 복귀 경로를 제공합니다. 이는 루프 영역을 최소화하고 복사 방출 및 혼선-을 줄입니다.

제어된-임피던스 트레이스(단일-또는 차동)의 경우 기준 평면의 연속성, 유전체 두께 및 구리 두께에 따라 특성 임피던스가 결정됩니다.

1.2 배전

전력 평면은 낮은 전압 강하로 VCC 레일을 분배합니다. 전용 내부 전원 플레인을 사용하면 신호 레이어의 라우팅 혼잡이 줄어들고 많은 얇은 전력 트레이스에 비해 임피던스가 낮아집니다.

낮은-인덕턴스 연결을 생성하려면 비아 쌍을 사용하여 전원면과 접지면 사이에 디커플링 커패시터를 배치하세요.

평면의 기능적 역할

 

1.3 열 관리

큰 구리 영역은 열 분산기 역할을 합니다. 뜨거운 구성 요소(예: BGA, 전력 FET) 아래에 연결된 열 비아는 냉각을 돕기 위해 핫 패드에서 내부 또는 하단 구리로 열을 전도합니다.

솔리드 평면은 해치형/메시형 구리보다 더 나은 열 전도를 제공합니다.

1.4 EMC/EMI 제어

연속 평면은 안정적인 기준 및 차폐를 제공하여 EMI를 억제합니다. 평면의 분할 또는 섬은 공진 공동을 형성하고 EMI 성능을 저하시킬 수 있습니다.

비아를 연결하고 평면 분할을 신중하게 배치하면 루프 영역이 줄어들고 반환 전류가 로컬로 유지됩니다.

 

평면의 기능적 역할

 

1.5 구조 및 제조 효과

구리 주입 패턴은 보드 강성, 제조 중 뒤틀림, 에칭 균일성에 영향을 미칩니다. 불균형한 구리는 패널 휘어짐 및 조립 문제로 이어질 수 있습니다.

3. 실용적인 CAD/EDA 평면 설정 및 규칙

 

 

붓는 순서:여러 다각형이 존재하는 경우 원하지 않는 단락을 방지하고 의도한 순익을 보장하기 위해 타설 순서를 설정합니다.

정리 / 격리

IPC 등급 및 제조 능력에 따라 다른 네트/패드로부터 구리 타설 간격을 설정하십시오. 일반적인 범위: 0.1~0.2mm(4~8mil)이지만 제조 시설 및 전압 요구 사항에 따라 다릅니다.

발열과 견고한 연결

열 스포크와 직접 연결. 열은 평면에 연결된 관통 구멍 패드의 납땜을 용이하게 합니다.- 낮은 열 저항이 필요한 전원 패드에는 직접 연결이 선호됩니다.

타설 우선순위/네트 타이

여러 개의 네트가 겹칠 때 폴리곤 타설 순서를 제어합니다. 네트 타이는 정의된 제한 사항이 있는 네트 사이의 의도적인 연결을 허용합니다.

타설 제거(고아)

의도한 네트에 연결되지 않은 작거나 "고아" 구리 섬을 제거합니다. - 이는 플럭스/오염을 가두어 제조상의 문제를 일으킬 수 있습니다.

4.1 스티칭을 통해

스티칭 비아(펜스를 통해)는 분할된 평면 섹션을 연결하거나 열/EM 접지를 위해 내부 평면을 ​​결합합니다.

반환 전류를 제한하고 EMI를 줄이기 위해 민감한 네트 주위에 일정한 간격(간격은 주파수에 따라 다름)으로 스티칭 비아를 배치합니다.

4.2 열 비아

전원 구성 요소 또는 BGA 아래의 열 비아는 열을 내부 레이어나 하단 구리 및 방열판으로 이동시키는 데 도움이 됩니다.

효율적인 열 전도를 위해 작은 비아 배열(예: 많은 0.2~0.3mm 비아)을 사용합니다. via-in-pad가 사용되는 경우 via 도금 및 충전을 고려하십시오.

4.3 비아-인-패드 및 비아 도금/충전

 

 

-인-패드를 통해: BGA 아래 라우팅 공간을 절약하는 데 사용되지만 리플로우 중에 솔더 위킹 문제가 발생합니다.

솔루션:텐트 비아(솔더 마스크로 덮여 있음),연결 및 도금(비-도전성 또는 전도성 충진 + 구리 도금) 또는 비아를 패드 밖으로 이동-합니다.

채워지고 도금된 비아는 안정적인 BGA 납땜을 위한 평평한 패드 표면을 허용하지만 비용과 공정 단계를 증가시킵니다.

 

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5. 전기/신호 무결성 고려 사항

제어된 임피던스:마이크로스트립(평면 위 외부 레이어의 신호) 또는 스트립라인(두 평면 사이의 신호) 형상의 경우 평면 유전체 두께, 구리 두께 및 트레이스 폭이 임피던스를 설정합니다. 트레이스 바로 아래에서 참조 평면을 연속적으로 유지하세요.

반환 경로 연속성:고속 추적에서는 참조 평면을 분할하지 마세요.- 불가피한 경우 리턴 연속성을 유지하기 위해 트레이스를 라우팅하거나 스티칭된 비아를 제공하십시오.

디커플링:디커플링 커패시터를 IC 전원 핀에 가깝게 배치하고 플레인 쌍에 대한 짧은 비아 연결을 보장하여 기생 인덕턴스를 줄입니다.

평면 공명 및 공동 모드:깨지지 않은 큰 평면 공동은 특정 주파수에서 공진할 수 있습니다. 스티칭 비아와 전략적인 컷아웃을 사용하여 공명을 제어하세요.

6. 열 및 기계 설계(DFM)

구리 균형:적층 및 조립 중 뒤틀림을 최소화하려면 여러 층에 걸쳐 대칭적인 구리 분포를 유지하십시오(또는 구리 박화/모조 구리 사용).

환형 링 및 드릴/패드 규칙:환형 링 크기가 제작 한계를 충족하는지 확인하십시오. 일반적인 환형 링 최소값은 드릴 크기 및 제작 능력에 따라 다릅니다. - 해당 공장에 문의하세요(공통 최소 ~0.15mm).

종횡비(보드 두께:드릴 직경):신뢰할 수 있는 도금 관통 구멍을 위해{0}}보드 하우스 제한 내에서 종횡비를 유지하세요(일반적으로 8:1 미만을 권장하지만 기능은 다양함).

패널화:타설이 패널 에칭/산화에 어떤 영향을 미치는지 고려하십시오. 설계자들은 종종 패널 경계와 툴링 구멍 근처에서 타설 간격 증가를 사용합니다.

7. 제조성 및 조립성(납땜 충격)

솔더마스크 정의(SMD) 패드와 비-솔더마스크 정의(NSMD) 패드:소형 BGA 패드의 경우 NSMD 패드(구리보다 큰 마스크 개구부)가 미세 피치에 대해 더 나은 환형 링과 신뢰성을 제공합니다. 그러나 패드 스타일은 평면이 패드에 타이를 붓는 방식에 영향을 미칩니다.

솔더 위킹:패드 근처의 개방형 비아는 납땜을 심지할 수 있습니다. 텐트를 치고 막거나 비아를 재배치하여 방지하십시오.

웨이브/리플로우 고려사항:견고한 전력판은 열 질량을 증가시킵니다. - 이에 따라 리플로우 프로필을 조정합니다. 해치형 타설은 열 질량을 감소시키지만 전기 성능을 저하시킬 수 있습니다.

8. 모범 사례 체크리스트(요약)

가능한 경우 연속 접지 및 전원 플레인을 위한 내부 레이어를 전용으로 사용하십시오.

고속 신호 레이어 아래에서 접지면을 연속적으로 유지하세요.- 불필요한 분할을 피하십시오.

스티칭 비아를 사용하여 평면 분할을 연결하고 루프 영역을 줄입니다.

평면에 대한 짧은 비아 쌍을 사용하여 디커플링 커패시터를 전원 핀에 최대한 가깝게 배치합니다.

BGA의 경우 라우팅 밀도에 따라 필요한 경우 도금된 충진 및 오버플레이트가 있는 -인-패드를 통해 고려하되 비용을 고려하세요. -

전원 및 접지를 위해 기본 평면 레이어에 단단한 구리를 사용합니다(응력 완화를 위해 필요하지 않은 한 해치는 피함).

뒤틀림을 방지하기 위해 여러 레이어에 걸쳐 구리 밀도의 균형을 맞춥니다.

설계 초기에 PCB 팹과 함께 크기/환형 링 및 종횡비를 조정하세요.

솔더 위킹 및 어셈블리 수율 손실을 방지하려면 패드 스타일 및 텐트/충전을 통해 어셈블리 하우스와 협력하십시오.

9. 마무리 생각

평면은 "단지 큰 구리 영역"처럼 보일 수 있지만 PCB의 전기적 성능, 열 동작, EMC 특성 및 제조 가능성의 핵심입니다. 사려 깊은 플레인 설계 - 고속 신호에 대한 지속적인 참조-, 적절한 전력 플레인 분배, 열 비아의 올바른 사용, 비아 및 환형 링 제약에 대한 PCB 공장과의 협력 - 제품 신뢰성을 극적으로 향상시키고 비용이 많이 드는 재설계를 줄일 수 있습니다.