PCB 라우팅 규칙: 중요한 트레이스 폭, 간격 및 제조 선택

우리 공장에서 볼 수 있는 모든 라우팅 보드는 그것이 도착하기 전에 내려진 결정에 대한 이야기를 말해줍니다. 회로도는 전기적 기능을 정의하지만 라우팅은 해당 기능을 합리적인 비용으로, 현실적인 리드 타임 내에, 수년간의 열, 진동 및 전압 스트레스를 견딜 수 있는 충분한 여유를 가지고 제조할 수 있는지 여부를 결정합니다. PCB 제조업체로서의 경험에 따르면, 가장 예방할 수 있는 생산 문제(흔적 번짐, 공간 부족, 뒤틀린 패널, 불량한 도금)는 누락되거나 오해된 몇 가지 라우팅 규칙에서 비롯됩니다. 이 기사에서는 PC 보드 라우팅에 실제로 관련된 내용, 가장 중요한 매개변수, 공장에서 분쟁 없이 실제로 구축할 수 있는 라우팅 제약 조건을 설정하는 방법에 대해 설명합니다.

PC 보드 라우팅에 실제로 관련된 내용

라우팅은 회로도의 모든 전기 네트가 물리적 구리 경로가 되는 레이아웃 단계입니다. 소프트웨어는 이러한 경로를 자동으로 그릴 수 있지만 그 결과는 트레이스 폭, 도체 사이의 간격, 허용된 레이어, 비아 유형, 에칭 및 도금 프로세스에 표시되는 구리 분포 등 설계자가 제공하는 제약 조건만큼만 좋습니다.

또한 이 경로는 실제 세계에서 설계 작업을 수행하는 지상 기준면, 전력섬 및 열 경로를 생성합니다. 구성 요소 배치에 따라 부품 위치가 결정됩니다. 라우팅에 따라 연결 방법이 결정됩니다. 둘 사이에서 라우팅은 제조 비용과 수율에 더 큰 영향을 미칩니다. 그 이유는 트레이스 기하학적 구조와 구리 균형이 공장에서 패널을 식각, 도금 및 적층하는 방법에 직접적인 영향을 미치기 때문입니다.

추적 폭: 첫 번째 경로 결정

트레이스 폭은 전류 용량, 전압 강하 및 특성 임피던스의 세 가지 요구 사항을 동시에 수행하므로 가장 먼저 설정해야 하는 숫자입니다. 신호 추적은 얇을 수 있습니다. 전력망에는 단면이 필요합니다. 대부분의 공장에서 사용되는 참조는 IPC-2221입니다. 온도가 10°C 상승하는 외부 층의 1온스(35μm) 구리에 대해 예상 전류 용량은 대략 다음과 같습니다.

실제로는 두 가지 수정 사항이 중요합니다. 내부 레이어의 트레이스는 외부 트레이스에 비해 대략 절반 정도의 열을 발산하므로 그에 따라 현재 테이블의 크기를 줄여야 합니다. 그리고 이 값은 10°C 정도 상승한다고 가정합니다. 주변 인클로저가 공기 흐름을 차단하거나 주변 온도가 높으면 안전 전류가 더 떨어집니다. 설계가 지속적으로 높은 전류를 전달해야 하는 경우 경로는 단일의 좁은 트레이스보다는 구리 주입, 평면 또는 더 두꺼운 구리 층을 사용해야 합니다. 우리 라인은 정기적으로 2온스에서 10온스 두께의 구리 보드를 라우팅하며 해당 무게에 대한 추적 폭 테이블은 위의 1온스 값과 매우 다르게 보입니다.

간격 및 간격: 설계 규칙 확인뿐만 아니라 전압에 맞게 설정

클리어런스는 두 개의 구리 기능(트레이스 대 트레이스, 트레이스 대 패드, 패드 대 비아) 사이의 거리입니다. 설계 규칙 검사는 CAD 도구에 입력된 숫자가 무엇인지 확인하지만 올바른 숫자는 기본 규칙이 아닌 전압, 신호 무결성 및 공장 성능에서 비롯됩니다. 밀폐된 제품 내부의 저전압 신호망의 경우 트레이스 간 0.1mm(4mil)가 일반적입니다. 우리의 표준 용량은 4mil이며, 설계 밀도가 요구하는 경우 3mil의 트레이스와 공간을 보유할 수 있습니다.

클리어런스는 단일 전역 값이 아니어야 합니다. 작동 전압, 오염 정도, 코팅, 고도 및 과도 전압은 모두 제품에 필요한 연면 거리에 영향을 미칩니다. IPC-2221B에는 규정 준수 엔지니어가 사용하는 간격 대 전압 테이블이 포함되어 있습니다. 실제 규칙에 따르면 50V를 초과하는 네트 또는 보드 가장자리 근처에 라우팅된 트레이스는 기본 설계 규칙보다 훨씬 더 큰 여유 공간을 사용해야 합니다.

고속 신호의 경우 간격은 커플링과 임피던스를 모두 제어합니다. 일치하는 차동 쌍은 두 트레이스 사이의 간격이 일정하게 유지되고 아래의 기준면이 절대 클리어런스 값보다 더 중요한 경우에만 목표 임피던스를 유지합니다. RF 회로의 경우 50Ω 트레이스는 폭, 유전체 두께, 그 아래 접지면까지의 거리로 정의됩니다.

레이어 스택업: 라우팅 밀도로 인해 비용 및 리드 타임이 향상됩니다.

레이어 수는 디자인에서 내리는 가장 큰 라우팅 결정입니다. 두 개의 레이어가 밀도를 감당할 수 있다면 6개 레이어를 쌓는 것은 돈 낭비입니다. 설계에 지속적인 전원 및 접지면, 엄격한 임피던스 제어 또는 고밀도 BGA 팬아웃이 필요한 경우 스택업은 4개, 6개 또는 그 이상의 레이어로 이동합니다. 2개 레이어에서 4개 레이어로 이동하면 내부 레이어 이미징, 적층, 정렬 및 추가 드릴 단계가 경로에 추가되므로 프로세스 비용이 대략 두 배로 늘어납니다. 레이어 수에 따라 리드 타임도 늘어납니다. 광더경제개발구(Guangde Economic Development Zone) 시설에서 공개된 레이어 수별 생산 리드타임은 다음과 같습니다.

경로는 누적을 설정하고 누적은 배송 날짜를 설정합니다. 외부 신호 레이어가 제대로 사용되지 않아 설계에 12개의 레이어만 필요한 경우 더 빠른 4레이어 경로가 짧은 시간 안에 도착했을 것입니다. 우리 공장은 1~32개 레이어로 구성되며 패턴은 일관됩니다. 효율적인 라우팅은 어떤 긴급 비용보다 리드 타임을 더 안정적으로 단축합니다.

DFM 규칙: 공장에서 에칭, 플레이트 및 라미네이트를 처리하는 방식을 따릅니다.

넷리스트 및 신호 확인을 통과한 경로는 공장 현장에서 여전히 실패할 수 있습니다. 보드는 에칭, 드릴링, 도금, 압착을 거쳐야 하며 각 공정에는 기하학적 한계가 있습니다. 다음 규칙은 가장 일반적인 반복 실패를 방지합니다.

구리 잔액과 도둑질

레이어의 한 영역은 고체로 채워져 있고 다른 영역은 거의 비어 있으면 도금 두께가 고르지 않게 되고 적층으로 인해 패널이 휘어질 수 있습니다. 좋은 라우팅은 모든 레이어에 구리를 분배합니다. 이것이 불가능한 경우 도둑질 블록이나 십자형 구리를 추가하십시오. 우리 CAM 팀은 툴링 중에 문제를 추가하지만 균형 잡힌 라우팅 설계는 더 빠르게 검토하고 더 균일하게 플레이트를 통과합니다.

비아 및 환형 링

모든 비아에는 환형 링, 즉 배럴을 트레이스에 연결하는 드릴 구멍 주위의 구리 링이 필요합니다. 링이 너무 작으면 드릴을 잘못 등록하여 연결이 끊어집니다. 최소 4mil(0.1mm) 환형 링은 표준 가공을 위한 안전한 작업 규칙입니다. 블라인드 및 매립 비아는 밀도가 높은 설계에서 레이어 수를 줄이지만 각 비아 유형에는 드릴링 및 적층 단계가 추가됩니다. BGA에서 유용한 via-in-pad는 충진과 추가 도금이 ​​필요합니다. 마이크로비아가 있는 HDI 보드는 별도의 프로세스 제품군을 구성하며 HDI 라인은 25일 이내에 제공됩니다.

열 완화

스루홀 패드가 큰 구리 타설물에 연결되면 타설물은 납땜 중에 방열판 역할을 합니다. 열 완화 스포크가 없으면 패드가 납땜 온도에 도달하지 못할 수 있습니다. 현재 등급이 허용하는 모든 곳에서 열 완화 장치를 사용하여 평면 연결 패드를 배선합니다.

파일을 보내기 전에 실행할 실용적인 라우팅 체크리스트:

• 일반적인 부하가 아닌 지속되는 최악의 전류에 맞게 전력 트레이스 및 부어의 크기를 조정합니다.
• 네트 클래스별 정리 규칙을 사용합니다. 고전압, 고속 및 일반 신호 네트에는 동일한 간격이 거의 필요하지 않습니다.
• 각 레이어의 구리 분포를 합리적으로 균일하게 유지하고 대부분 비어 있는 레이어에 도둑질을 추가합니다.
• 경로를 확정하기 전에 최소 트레이스/공간, 최소 환형 링 및 최소 비아 드릴 크기를 공장에 확인하십시오.
• 모든 고속 또는 임피던스 제어 경로 아래에 견고한 기준면을 배치하십시오.

라우팅 규칙을 변경하는 재료 및 표면 마감

기판과 마감재는 전기 회로만큼 라우팅 매개변수를 변경합니다. 표준 FR-4는 일반 디지털 및 아날로그 보드를 잘 처리합니다. High-Tg FR-4는 두꺼운 다층 기판에서 CAF 결함에 저항하며 자동차 전자 장치에서 흔히 사용됩니다. 할로겐 프리 FR-4는 환경 요구 사항을 충족합니다. Dk 및 Df가 제어된 고주파 라미네이트는 RF 및 고속 디지털에 사용되며 50Ω 라인에 필요한 트레이스 폭은 각 재료에 따라 변경됩니다.

금속 코어 보드(알루미늄 또는 구리 기반)는 기판을 통해 열을 전도하므로 전력 회로는 더 좁은 경로를 사용할 수 있지만 금속 코어의 드릴링 및 에칭은 다른 설계 규칙을 따릅니다. 당사의 제품 범위에는 OSP, 무연 HASL, 침지 금 및 침지 주석과 같은 표면 마감 처리된 FR-4, 고 Tg, 할로겐 프리, 고주파, 알루미늄 기반, 구리 기반 및 세라믹 기반 보드가 포함됩니다. 마감재 선택은 주로 납땜성과 보관 수명에 영향을 미치므로 나중에 고려하기보다는 조립 공정에 맞춰야 합니다.

제조를 염두에 두고 라우팅

라우팅은 디자인이 물리적인 객체가 되고, 그 객체가 공장에서 판단되는 곳입니다. 정시에 배송되고 안정적으로 작동하는 보드는 영리한 자동 라우터 설정의 산물이 아닙니다. 이는 전류에 맞게 크기가 조정된 트레이스 폭, 전압에 대해 설정된 간극, 밀도에 대해 선택된 스택업, 첫 번째 레이아웃 패스에서 존중되는 DFM 세부 정보의 곱입니다. 의심스러우면 조기에 문의하십시오. 우리 공장의 양면 프로토타입은 24시간 안에 회전할 수 있으며, 한 번의 빠른 반복 비용은 간격 오류로 인해 전기 테스트에 실패한 16층 배치보다 훨씬 저렴합니다. 스택업 권장 사항, DFM 검토 또는 1~32개 레이어의 라우팅 보드에 대한 견적이 필요한 경우 당사 엔지니어링 팀이 구체적으로 답변해 드립니다.