PCB Design2026년 3월 11일8분 읽기

PCB 스택업 설계 및 제어 임피던스: 실용 가이드

제어된 임피던스를 위한 PCB 레이어 스택을 설계하는 방법을 알아보십시오.Hammerstad-Jensen 공식, 재료 선택 및 DFM 팁을 사용하여 마이크로스트립, 스트립라인, 디퍼런셜 페어 및 CPWG를 다룹니다.

스택업 디자인이 중요한 이유

모든 고속 또는 RF PCB는 다음과 같은 질문으로 시작됩니다. *목표 임피던스에 도달하려면 어떤 레이어 스택이 필요한가요?* 잘못 이해하면 레이아웃, 팹, 브링업 등 모든 단계에서 신호 무결성 문제를 해결할 수 있습니다.올바르게 설정하면 제어된 임피던스가 지오메트리에서 자연스럽게 사라집니다.

이 가이드에서는 PCB 임피던스의 물리학, 재료 및 레이어 수를 선택하는 방법, [PCB Stack-up Builder] (/tools/pcb-stackup) 를 사용하여 스택을 대화형 방식으로 설계하는 방법을 설명합니다.

물리학: 트레이스 지오메트리가 임피던스를 설정하는 방법

PCB 트레이스는 전송선입니다.특성 임피던스 “MATHINLINE_3"은 다음 네 가지 요소에 따라 달라집니다.

1.트레이스 너비 (“MATHINLINE_4”) — 트레이스가 넓을수록 임피던스가 낮아집니다. 2.절연 높이 (“MATHINLINE_5”) — 트레이스에서 가장 가까운 기준 (접지) 평면까지의 거리 3.유전 상수 (“MATHINLINE_6") — “MATHINLINE_7"이 높을수록 임피던스가 낮아집니다. 4.구리 두께 (“MATHINLINE_8”) — 영향은 미미하나 정확한 모델에 포함됨

이 관계는 선형적이지 않습니다.Hammerstad-Jensen (1980) 모델은 마이크로스트립에 대해 가장 널리 사용되는 폐형 근사값을 제공합니다.

“MATHBLOCK_0"

여기서 “MATHINLINE_9"는 정규화된 너비이고 “MATHINLINE_10"은 유효 유전상수 (기판과 트레이스 위의 공기의 가중 평균) 입니다.이 공식은 “MATHINLINE_11"의 경우 1% 이상 정확합니다.

트레이스 모드: 마이크로스트립 대 스트립라인 대 CPWG

마이크로스트립

가장 일반적인 지오메트리는 외부 레이어의 트레이스와 그 아래에 그라운드 플레인이 있는 것입니다.전자기장은 부분적으로는 유전체에 있고 부분적으로는 공기 중에 있기 때문에 “MATHINLINE_12"입니다.

사용 시기: 외부 레이어의 싱글 엔드 신호 — 대부분의 디지털 I/O, 중간 속도의 클록, 프로빙을 위해 쉽게 액세스해야 하는 RF 트레이스.

내장형 마이크로스트립

마이크로스트립과 동일하지만 솔더마스크 오버레이가 있습니다.커버는 “MATHINLINE_13"을 증가시키고 “MATHINLINE_14"를 몇 옴 증가*시킵니다.생산 시 이 점을 항상 염두에 두십시오. 베어보드 임피던스 측정으로는 최종 어셈블리와 일치하지 않습니다.

스트립라인

두 지상 비행기 사이에 묻힌 흔적.자기장은 유전체에 완전히 포함되어 있으므로 정확히는 “MATHINLINE_15"입니다.스트립라인은 마이크로스트립보다 차폐력이 우수하고 방사선이 낮지만 동일한 임피던스에서는 트레이스가 더 좁습니다.

사용 시기: 민감한 고속 신호 (DDR4/5 데이터, PCIe, USB 3.x), 인접 신호와의 적절한 격리가 필요한 모든 트레이스에 대한 내부 계층 라우팅.

비대칭 스트립라인

트레이스가 두 레퍼런스 플레인 사이의 중심에 있지 않으면 (실제 스택업에서 흔히 볼 수 있음) 임피던스가 이동합니다.IPC-2141A 보정 계수는 다음을 처리합니다.

“매스블록_1"

여기서 “MATHINLINE_16"은 가장 가까운 평면까지의 거리이고 “MATHINLINE_17"은

디퍼런셜 페어

상호 보완적인 신호를 전달하는 두 개의 결합된 트레이스.차동 임피던스 “MATHINLINE_18"은 단일 종단형 “MATHINLINE_19"와 트레이스 간의 커플링 (에지 투 에지 간격 “MATHINLINE_20"으로 설정) 모두에 따라 달라집니다.

“MATHBLOCK_2"

타이트한 커플링 (작은 “MATHINLINE_21") 은 “MATHINLINE_22"를 “MATHINLINE_23"보다 낮게 줄입니다.100 “MATHINLINE_24" 디퍼런셜의 경우 트레이스 너비와 동일한 간격을 두고 싱글 엔드를 약 50—55 “MATHINLINE_25"로 설정하세요.

CPWG (접지가 있는 동일 평면 도파관)

동일 평면상의 지면 옆에 있는 트레이스는 동일한 레이어에 쏟아지고 그 아래에는 그라운드 플레인이 쏟아집니다.CPWG는 임피던스 계산에 타원 적분을 사용하며, 리턴 전류가 신호에 가깝게 유지되기 때문에 우수한 고주파 성능을 제공합니다.

사용 시기: mmWave 설계, RF 커넥터 (SMA 런치 패드), 비아 전환을 최소화하면서 엄격한 임피던스 제어가 필요한 모든 트레이스.

소재 선택

소재	“마틴라인_26" (1GHz)	황갈색 “MATHINLINE_27"	최적의 용도
FR4 (표준)	4.5	0.020	최대 1GHz의 디지털
FR4-HF/I-스피드	3.9	0.009	디지털에서 5GHz까지
로저스 RO4003C	3.55	0.0027	RF ~ 10GHz
로저스 RO4350B	3.66	0.0031	RF, UL 94 V-0 등급
로저스 RO3003	3.00	0.0010	mmWave ~ 77 GHz
메그트론 6	3.60	0.0020	고속 디지털 (서버)

혼합 RF+디지털 보드의 경우 하이브리드 스택을 고려해 보십시오. 외부 레이어에는 RF용 Rogers, 디지털 라우팅 및 비용 제어에는 FR4 코어가 사용됩니다.

레이어 수 선택

-2-레이어: 취미 보드, 단순 회로.제한된 임피던스 제어.

4-레이어: 대부분의 설계에 가장 적합합니다.신호-접지-전력-신호는 두 개의 제어된 임피던스 표면을 제공합니다.
6-계층: 고밀도 라우팅을 위해 내부 신호 계층을 추가합니다.DDR4 메모리 인터페이스에 일반적입니다.
8-레이어: 서버, 네트워킹 및 복합 RF.Rogers 소재를 사용한 전용 RF 레이어를 허용합니다.

DFM 팁

1.구리 레이어를 대칭으로 유지 — 레이어 수가 이상하면 라미네이션 시 뒤틀림이 발생합니다. 2.최소 프리프레그 두께: 75 “MATHINLINE_28"m — 프리프레그가 얇을수록 표준 팹 공정에서는 신뢰할 수 없습니다. 3.팹 도면에 임피던스를 지정하십시오 — 대부분의 팹은 트레이스 폭을 ± 10% 조정하여 목표에 맞춥니다. 4.식각 인자를 고려하십시오 — 외부 레이어는 내부 레이어보다 더 많이 에칭됩니다. 팹 하우스는 그 과정을 잘 알고 있습니다. 5.가능하면 모든 레이어에 동일한 유전체 재료를 사용하십시오. 혼합 재료가 쌓이면 비용과 리드 타임이 늘어납니다.

사용해보기: 인터랙티브 스택업 빌더

당사의 [PCB 스택업 빌더] (/tools/pcb-stackup) 를 사용하면 다음을 수행할 수 있습니다.

드래그 앤 드롭 레이어로 원하는 스택 구성 구축
8개의 프리셋 스택 중 선택 (2L 취미부터 8L 하이브리드 로저스까지)
실제 소재를 선택하세요 — FR4, 로저스 RO4003C/RO4350B/RO3003, 메그트론 6, PTFE
8가지 트레이스 모드 (마이크로스트립, 스트립라인, 디퍼런셜, CPWG) 모두에 대한 컴퓨팅 임피던스
목표 임피던스가 주어졌을 때 트레이스 폭 구하기
팹 드로잉을 위한 CSV 내보내기
비례 레이어 두께와 트레이스 오버레이로 실시간 횡단면 확인

모든 계산은 브라우저에서 Hammerstad-Jensen (1980), Cohn (1954) 및 IPC-2141A 수식을 사용하여 실행됩니다. 서버를 왕복하지 않고 즉각적인 결과를 얻을 수 있습니다.

참고 문헌

해머스타드, E. & Jensen, O. “마이크로스트립 컴퓨터 지원 설계를 위한 정확한 모델.”IEEE MTT-S 다이제스트, 1980년.
Con, S.B. “쉴드 스트립 전송 라인의 특성 임피던스.”Proc.파이어, 1954년
IPC-2141A.“고속 제어 임피던스 회로 기판 설계 가이드.”
BC 주 와델*송전선로 설계 핸드북.* 아르텍 하우스, 1991년.
보가틴, E.*신호 및 전력 무결성 — 단순화.* 제3판, 피어슨, 2018.