PCB 기초
1. 기판을 이루는 것
섹션 제목: “1. 기판을 이루는 것”
| 요소 | 무엇인가 | 전기적으로 |
|---|---|---|
| 구리 | 도체 층 | 신호를 안내하고 전류를 되돌린다 |
| 유전체 | 구리 층 사이의 절연 재료 | 전기장을 담는다 — 속도와 손실을 정한다 |
| 접지면(ground plane) | 넓게 채운 구리 층 | 리턴 경로(return path)와 기준 전위를 제공한다 |
| 전원면(power plane) | 전원 전위로 채운 구리 층 | 전류 공급 · 고주파에서는 접지면과 같은 역할 |
| 비아(via) | 층을 잇는 도금 홀 | 신호와 전류가 층을 바꾸는 통로 |
2. 층 구성
섹션 제목: “2. 층 구성”구리 층과 유전체를 번갈아 쌓은 것이 스택업(stackup) 이다.
| 층의 역할 | 놓이는 자리 | 왜 그 자리인가 |
|---|---|---|
| 신호 층 | 기준면과 마주 보는 자리 | 리턴 경로가 바로 아래에 있어야 한다 |
| 접지면 | 신호 층에 인접 | 리턴 경로를 짧게 만든다 |
| 전원면 | 접지면과 마주 보는 자리 | 두 면이 커패시터를 이룬다 |
신호 층은 홀로 존재하지 않는다. 기준면 없이 배선(routing)된 층은 리턴 경로가 정해지지 않아 임피던스(impedance)를 정의할 수 없다. 구성의 원칙은 Board Stackup이 소유한다.
3. 두 가지 배선 구조
섹션 제목: “3. 두 가지 배선 구조”
| 구조 | 자리 | 기준면 | 성질 |
|---|---|---|---|
| 마이크로스트립(microstrip) | 바깥 층 | 한쪽에만 있다 | 전기력선의 일부가 공기를 지난다 — 빠르다 |
| 스트립라인(stripline) | 안쪽 층 | 위아래 양쪽 | 전부 유전체에 둘러싸인다 — 방사가 적다 |
같은 재료·같은 선폭이라도 두 구조의 임피던스와 속도가 다르다. 층을 옮기면 선폭을 다시 계산해야 하는 이유다.
4. 비아가 하는 일과 만드는 문제
섹션 제목: “4. 비아가 하는 일과 만드는 문제”| 하는 일 | 만드는 문제 |
|---|---|
| 신호를 다른 층으로 옮긴다 | 임피던스 불연속이 생긴다 |
| 층 사이를 전기적으로 잇는다 | 쓰지 않는 구간이 스터브로 남는다 |
| 접지면끼리 잇는다(스티칭) | 기준면에 뚫린 자리(안티패드)가 리턴을 방해한다 |
신호 비아는 리턴 비아와 짝을 이뤄야 한다. 신호가 층을 바꾸면 리턴 전류도 바꿔야 하는데, 그 통로가 없으면 루프가 벌어진다.
5. 기판이 전기적 성능을 정하는 방식
섹션 제목: “5. 기판이 전기적 성능을 정하는 방식”| 기판이 정하는 것 | 무엇에 영향을 주는가 |
|---|---|
| 선폭 · 유전체 두께 | 특성 임피던스(characteristic impedance) |
| 유전체 재료 | 전파 속도 · 유전체 손실 |
| 구리 두께 · 표면 거칠기 | 도체 손실 |
| 층 배치 | 리턴 경로 · 결합 · 방사 |
| 비아 구조 | 불연속 · 스터브 |
설계자가 회로도(schematic)에서 정하는 것은 연결이고, 기판에서 정하는 것은 전기적 특성이다. 고속·고주파에서 기판이 설계의 일부가 되는 이유가 여기에 있다.