PCB 설계에서 라우팅은 크게 세 가지 수준으로 볼 수 있습니다. 첫 번째 수준은 기본 연결입니다. 이것은 PCB 설계에서 가장 기본적인 요구 사항입니다. 그물이 연결되지 않으면 보드의 기본 기능이 없습니다. 그러면 보드는 스크랩입니다. 다른 것에 대해 이야기하지 마십시오.
두 번째 수준은 성능입니다. 이것은 인쇄 회로 기판이 얼마나 좋은지를 측정하는 척도입니다. 라우팅 후에는 최상의 성능에 도달하는 방법에 대해 생각해야 합니다. 다양한 종류의 간섭을 피해야 합니다. 또한 신호를 안정적이고 깨끗하게 유지해야 합니다.
세 번째 수준은 외관입니다. 트레이스가 연결되고 보드의 전기적 성능이 좋을 수 있지만 레이아웃이 여전히 지저분해 보일 수 있습니다. 이 경우 라우팅을 깔끔하게 만들어야 합니다. 깔끔한 라우팅은 나중에 테스트 및 수리에 도움이 됩니다. 깔끔한 라우팅은 또한 선임 엔지니어의 기술을 보여줍니다.
라우팅을 잘하는 방법
라우팅 방법은 매우 다양할 수 있습니다. 입력 및 출력 트레이스가 가깝고 평행하게 실행될 때 반사 신호와 같은 문제를 방지하고 인접한 두 레이어의 트레이스가 병렬로 실행될 때 기생 결합을 방지하려면 여러 가지 요소를 고려해야 합니다. 간섭이 충분히 강하면 보드가 전혀 작동하지 않을 수 있습니다. 다음은 PCB 라우팅에 대한 몇 가지 권장 규칙입니다.“5-5”규칙 (레이어 선택 규칙)
이 규칙은 PCB 레이어 수를 선택하는 데 도움이 됩니다. 클록 주파수가 5MHz에 도달하거나 펄스 상승 시간이 5ns 미만인 경우 PCB는 다층 기판이어야 합니다. 이것은 일반적인 규칙입니다.
때때로 사람들은 비용 때문에 여전히 2단 보드를 선택합니다. 두 개의 레이어를 사용하는 경우 한쪽 면을 단단한 접지면으로 사용하세요. 그러면 성능에 도움이 됩니다.
디지털 및 아날로그 혼합 기본 규칙
이제 많은 PCB에는 디지털 회로와 아날로그 회로가 모두 있습니다. 라우팅할 때는 이들 사이의 간섭, 특히 지상의 노이즈에 대해 고려해야 합니다. 디지털 회로는 고주파에서 작동합니다. 아날로그 회로는 종종 민감합니다.
신호의 경우 고주파 트레이스는 민감한 아날로그 부품에서 멀리 떨어져 있어야 합니다. 접지의 경우, 전체 PCB는 외부 세계와 하나의 노드를 가지고 있습니다. 따라서 보드 내부의 디지털 및 아날로그 접지를 신중하게 처리해야 합니다.
보드 내부에서 디지털 접지와 아날로그 접지는 서로 연결되어 있지 않고 분리되어 있는 경우가 많습니다. 이들은 커넥터와 같이 PCB가 외부와 연결되는 지점에서만 연결됩니다. 디지털 접지와 아날로그 접지가 한 지점에서 짧게 연결되어 있는지 확인하세요. 일부 시스템은 보드에서 접지를 공유하지 않도록 선택할 수 있습니다. 시스템 설계 결정을 따르세요.
넓은 구리 영역에서 부품 리드 처리
대형 구리 접지 또는 전원 영역은 종종 많은 부품 리드를 만납니다. 부품 리드를 처리할 때는 전기 성능과 조립의 균형을 맞춰야 합니다.
전기적인 관점에서 볼 때 패드는 구리에 완전히 연결되어 있어야 최상의 성능을 발휘할 수 있습니다. 그러나 완전한 구리 패드는 납땜에 문제를 일으킵니다. 문제점은 다음과 같습니다:
납땜에는 납땜 인두에서 많은 열이 필요합니다.
납땜 조인트가 차갑거나 약해지기 쉽습니다.
전기적 요구와 제조의 균형을 맞추려면 열 완화 패드를 만드세요. 일반적인 형태는 십자형 패드입니다. 이를 열 릴리프 또는 열 패드라고 합니다. 패드를 큰 구리 면으로부터 열적으로 분리하여 납땜을 돕습니다. 열 패드는 납땜 접합부가 차가워질 가능성을 줄여줍니다. 다층 보드에서 전원 및 접지 레이어에 연결되는 비아를 동일한 방식으로 처리합니다.
그리드 시스템 규칙
그리드 접지 시스템 또는 메시 접지는 트레이스 인덕턴스를 줄이고 RF 전류에 대한 좋은 리턴 경로를 제공합니다. 하지만 그리드 밀도에 주의해야 합니다.
그리드가 너무 조밀하면 작은 메쉬 단계가 많이 생깁니다. 그러면 많은 레이아웃 데이터가 생성됩니다. 그러면 더 많은 저장 공간이 필요하고 CAD 도구의 속도가 느려집니다. 또한 일부 그리드 경로는 컴포넌트 패드나 장착 구멍으로 인해 쓸모가 없습니다. 그리드가 너무 희박하면 라우팅이 어려워지고 라우팅 성공률이 떨어집니다.
따라서 적절한 그리드 밀도를 선택하세요. 표준 컴포넌트 리드 간격은 0.1인치(2.54mm)입니다. 따라서 0.1인치의 기본 그리드 또는 깔끔한 하위 배수를 사용하는 것이 일반적입니다. 예시 0.05인치, 0.025인치, 0.02인치 등입니다.
라우팅 후 확인 방법
PCB 라우팅을 완료한 후에는 설계가 규칙을 따르고 있는지, 제조 제한을 충족하는지 확인합니다. 아래는 일반적인 점검 사항입니다.
점검해야 할 영역에는 일반 PCB 설계 도면 항목, PCB 전기적 점검, PCB 물리적 점검, 기계적 설계 요소, PCB 실장 요구 사항, 보드 브레이크아웃 요구 사항, 기계적 고려 사항, 전기적 문제, 라우팅 경로 및 배치, 트레이스 폭 및 두께, 트레이스 간격, 트레이스 모양 점검, 설계 항목 목록 등이 있습니다.
실용적인 체크리스트
비아 사이의 거리가 적당한지 확인합니다.
전력 및 접지 트레이스 폭이 현재 요구 사항에 적합한지 확인합니다.
주요 신호 트레이스가 최상의 방법(짧은 경로, 제어 임피던스, 차폐)을 사용하는지 확인합니다.
필요한 경우 아날로그와 디지털 부품에 별도의 근거가 있는지 확인하세요.
보드에 추가된 구리 패턴이 신호를 단락시킬 수 있는지 확인합니다.
보드에 공장에 필요한 제작 라인이나 표시가 있는지 확인합니다.
멀티레이어 보드의 전원 및 접지면 가장자리에 필요한 인셋이 있는지 확인합니다.
라우팅 사례 연구 및 주요 규칙
라우팅은 PCB 설계의 주요 부분입니다. 라우팅은 종종 가장 많은 시간이 걸립니다. 엔지니어는 라우팅할 때 모따기 규칙 및 3W 규칙과 같은 기본 규칙을 따라야 합니다.
접지 루프 규칙
최소 루프 규칙은 신호로 둘러싸인 영역과 그 반환 경로가 가능한 한 작아야 함을 의미합니다. 루프 영역이 작을수록 보드가 방사하는 신호가 적고 외부 노이즈를 덜 받게 됩니다.
접지면을 분할할 때는 평면 모양과 중요한 신호 경로가 어떻게 정렬되는지 고려하세요. 루프 면적을 증가시키는 접지면 슬롯으로 인한 문제를 방지하세요.
2층 설계에서는 전원을 위한 충분한 공간을 확보하세요. 다른 공간을 기준 접지 구리로 채웁니다. 필요한 접지 비아를 추가하여 보드의 양면을 연결합니다. 주요 신호의 경우 접지 절연을 사용합니다. 고주파 설계의 경우 다층 보드를 사용합니다.
차폐 및 보호 규칙
차폐는 루프 면적을 줄이고 방사선을 낮추는 또 다른 방법입니다. 클록 및 동기화 신호와 같은 중요한 신호에는 차폐를 사용하세요.
매우 중요하거나 매우 높은 주파수 신호의 경우 구리 차폐 또는 동축과 같은 디자인을 사용할 수 있습니다. 라우팅된 트레이스의 모든 면을 접지로 둘러싸세요. 또한 실드 접지가 주 접지면에 어떻게 연결되는지 계획하세요.
누화 제어 규칙
크로스토크는 PCB의 서로 다른 네트워크 간의 간섭을 의미합니다. 이는 긴 병렬 라우팅에서 발생합니다. 원인은 병렬 트레이스 간에 커패시턴스와 인덕턴스가 분산되어 있기 때문입니다.
누화를 방지하는 주요 방법: - 병렬 트레이스 사이의 간격을 늘립니다. 중요한 평행 트레이스 사이에 접지 가드 트레이스 삽입 - 라우팅 레이어와 접지면 사이의 거리 줄이기 - 3W 규칙 준수.
3W 규칙 알림
크로스토크를 줄이려면 트레이스 간격을 크게 유지합니다. 중심 거리가 트레이스 폭의 3배인 경우, 약 70%의 필드가 절연됩니다. 98% 절연의 경우 10W를 사용합니다.
추적 방향 제어
인접한 레이어의 방향을 직각으로 유지합니다. 인접한 레이어에서 같은 방향으로 트레이스를 실행하지 마십시오. 이렇게 하면 레이어 간 결합이 줄어듭니다. 특히 고속 설계에서 보드 구조상 병렬 실행이 불가피한 경우 라우팅 레이어 사이에 접지면을 사용하여 분리합니다. 또한 신호 트레이스 사이에 접지된 가드 트레이스도 사용합니다.
댕글링 추적 확인 규칙
그물 끝이 연결되지 않은 채 떠다니지 않도록 하세요. 떠다니는 흔적은 안테나 역할을 할 수 있습니다. 추가 방사선을 발생시키고 노이즈를 포착할 수 있습니다. 이를 피하세요.
폐쇄 루프 검사 규칙
신호가 여러 레이어에 걸쳐 루프를 형성하지 않도록 방지합니다. 다층 보드에서 루프는 방사선을 유발합니다. 이를 주의하여 라우팅을 조정하세요.
모따기 규칙
모서리가 예리하거나 날카로운 각도는 피하세요. 날카로운 모서리는 원치 않는 방사선을 발생시킬 수 있습니다. 또한 제조에 좋지 않을 수 있습니다. 완만하게 돌리거나 45도 각도를 사용하세요.
구성 요소 분리 규칙
필요에 따라 디커플링 커패시터를 추가합니다. 디커플링은 전원 라인의 노이즈를 필터링합니다. 디커플링 커패시터를 전원 필터 뒤의 디바이스 전원 핀에 가깝게 배치합니다.
전력 및 접지면의 무결성
비아가 많은 영역에서는 비아가 평면을 절단하여 평면이 작은 부분으로 분리되지 않도록 하세요. 평면 분할은 루프 영역을 증가시키고 신호 리턴 경로 문제를 일으킵니다. 팬아웃할 때는 비아 사이에 트레이스를 하나 이상 라우팅할 수 있도록 비아 간격을 유지하세요.
전원면 중첩 규칙
공간에서 서로 다른 전원면이 겹치지 않도록 하세요. 이렇게 하면 특히 서로 다른 전원 공급 장치의 전압 차이가 큰 경우 전원 공급 장치 간의 간섭을 줄일 수 있습니다. 중첩을 피할 수 없는 경우에는 그 사이에 접지 레이어를 추가하는 것을 고려하세요.
20시간 규칙 반복
엣지 효과를 기억하세요. 전원 대 접지면 간격은 에지 방사 효과에 영향을 줍니다. 파워 플레인을 삽입하여 필드를 접지면 내부에 유지합니다. 20H의 인셋은 약 70%의 필드를 제한합니다. 100H를 삽입하면 약 98%의 필드가 제한됩니다.
더 자세한 라우팅 규칙 및 확인
반환 경로 제어
항상 신호 리턴 경로를 계획하세요. 신호는 반드시 그 아래에 임피던스가 낮은 리턴이 있어야 합니다. 접지 리턴 경로를 짧게 유지하세요.
팬아웃 및 비아 계획
고밀도 BGA 또는 미세 피치 부품의 경우 팬아웃을 일찍 계획하세요. 신호 라우팅을 위한 공간을 확보할 수 있는 비아 간격을 유지하세요. 팬아웃의 경우 고급 설계에 필요한 경우 마이크로비아 또는 블라인드 비아를 사용합니다.
임피던스 제어
고속 싱글 엔드 트레이스 또는 디퍼렌셜 쌍의 경우 트레이스 폭과 간격을 제어하여 목표 임피던스와 일치하도록 합니다. PCB 스택업 및 유전체를 사용하여 트레이스 지오메트리를 계산합니다.
차동 쌍 라우팅
길이가 같은 차동 쌍을 라우팅합니다. 간격을 안정적으로 유지합니다. 스텁을 피하세요. 구부러진 부분을 부드럽게 유지합니다.
길이 일치 및 지연
타이밍을 일치시켜야 하는 버스와 인터페이스의 경우 라우팅 길이를 일치시킵니다. 길이 조정을 위해 뱀 모양 트레이스를 사용합니다. 뱀 모양 패턴은 매끄럽고 짧은 높이를 유지하세요.
열 완화 및 열 패드
큰 구리에 패드를 부착할 때는 열 릴리프를 사용합니다. 패드를 스포크가 있는 평면에 연결합니다. 이렇게 하면 납땜에 도움이 됩니다.
솔더 마스크 및 페이스트 마스크
솔더 마스크 개구부를 확인합니다. SMD 부품용 페이스트 마스크를 정렬합니다. 작은 패드에 정확한 페이스트 영역이 있는지 확인합니다.
테스트 및 조립을 위한 설계
테스트 포인트와 조립 마커를 남겨 둡니다. 프로브를 위한 공간을 확보합니다. 납땜 및 검사가 가능하도록 배치합니다.
최종 라우팅 체크리스트(짧은 목록)
- 모든 네트가 연결되어 있는지 확인- DRC 및 ERC 검사 실행- 트레이스 폭 및 전류 확인- 크로스토크 및 전압 간격 확인- 디커플링 및 벌크 커패시터 확인- 평면 분할 및 복귀 경로 확인- 열 완화 및 패드 모양 확인- 조립 및 테스트 액세스 확인.
피해야 할 일반적인 오류
- 임계 신호 아래에 접지면 슬롯을 방치하는 경우- 노이즈가 심한 전력 트레이스 옆에 고속 트레이스 실행- 90도 코너를 많이 사용하는 경우- IC 핀 근처에 디커플링을 추가하지 않는 경우- 비아가 면을 심하게 분할하는 경우- 고밀도 칩에 대한 팬아웃을 계획하지 않는 경우.
마무리 노트
라우팅은 PCB 설계의 핵심 부분입니다. 라우팅 작업을 잘 수행하면 올바른 연결, 우수한 성능, 우수한 외관을 얻을 수 있습니다. 간단한 규칙을 따르세요. 루프를 작게 유지합니다. 크로스톡과 복귀 경로를 제어합니다. 에지 제어를 위해 평면 인셋을 사용합니다. 전력 노이즈에는 디커플링을 사용합니다. 납땜에 열 릴리프를 사용합니다. 라우팅을 위해 합리적인 그리드를 사용합니다. 라우팅 후 보드를 주의 깊게 확인합니다.
이러한 기본 규칙을 준수하면 EMI를 줄이고 신호 품질을 개선하며 보드를 더 쉽게 구축하고 유지 관리할 수 있습니다. 라우팅에는 주의가 필요합니다. 계획과 레이아웃에 시간을 투자하세요. 좋은 레이아웃은 테스트 및 수리 시간 절약과 최종 제품 품질로 이어집니다.
