단층 대 다층 PCB
PCB 레이어 수는 비용, 밀도, 신호 무결성 및 EMC 성능에 직접적인 영향을 미치는 가장 기본적인 설계 결정 중 하나입니다.단일 레이어 보드는 단순한 설계에 가장 저렴하고, 4-레이어 보드는 대부분의 최신 전자 제품에 적합하며, 고층 보드 (8~20+) 는 복잡한 디지털 및 RF 시스템을 지원합니다.
단일-레이어/2-레이어 PCB
1층 또는 2층 PCB는 외부 표면 중 하나 또는 양쪽 모두에만 구리가 있습니다.대부분의 혼합 신호 설계에서는 2-레이어 보드가 최소값입니다.신호 라우팅과 전력 분배는 전용 접지 또는 전력 플레인이 없는 동일한 계층을 공유합니다.
Advantages
- 최저 비용 — 모든 제조사의 표준 프로세스
- 짧은 리드 타임 — 프로토타입의 경우 24~48시간
- 단순한 디지털, 아날로그 및 전력 설계에 충분함
- 검사 및 재작업이 용이함
Disadvantages
- 연속 접지판 없음 — EMC 및 복귀 전류 제어 불량
- 제한된 라우팅 밀도 — 모든 신호를 2개 레이어로 라우팅합니다.
- 높은 임피던스 전력 분배 — 큰 전압 과도 현상
- 고속 디지털 또는 500MHz 이상의 RF에는 적합하지 않음
When to use
비용이 지배적이고 EMC 요구 사항이 완화되는 단순한 전원 공급 장치, 기본 센서 회로, LED 드라이버 및 저속 디지털 설계에는 2-layer를 사용하십시오.
4-레이어 (및 멀티레이어) PCB
4-레이어 PCB에는 전용 접지면과 전용 전원 플레인을 포함하는 두 개의 외부 신호 레이어가 있습니다.이는 혼합 신호 및 RF 설계에 권장되는 최소 수준입니다.레이어 수가 많을수록 (6, 8, 10+) 신호 라우팅과 플레인 레이어가 더 많이 추가됩니다.
Advantages
- 연속 접지면은 EMC 및 역전류 경로를 크게 개선합니다.
- 저임피던스 전력 분배 — 전원 공급 장치 노이즈 감소
- 복잡한 설계를 위한 더 많은 라우팅 채널
- 임피던스 제어를 위해 최대 500MHz 이상의 모든 RF에 필요
Disadvantages
- 4 레이어는 같은 크기의 2 레이어 보드보다 2 ~ 3 배 더 비쌉니다.
- 내부 레이어를 검사하기가 더 어려움
- 더 복잡한 설계 규칙 검증
- 비아-인-패드 및 블라인드/매립형 비아는 추가 비용을 추가합니다.
When to use
MCU 설계, 500MHz 이상의 RF 회로, 고속 디지털 (> 50Mbps) 및 노이즈 차단이 필요한 아날로그/디지털 신호가 혼합된 보드에는 최소 4계층을 사용하십시오.
Key Differences
- ▸2-레이어: 전용 접지면 없음, 4-레이어: 솔리드 그라운드 및 파워 플레인
- ▸접지면은 EMC를 개선합니다. 방사선 및 민감도를 20-40dB 감소시킵니다.
- ▸4 레이어 비용은 동일한 크기의 2 레이어의 ~ 2-3배입니다.
- ▸제어된 임피던스 (50Ω 트레이스) 에는 레퍼런스 플레인 필요 — 2-레이어에서는 성능 저하 없이는 불가능
- ▸500MHz 이상의 대부분의 MCU 및 RF 설계에는 최소 4개의 레이어가 필요합니다.
Summary
EMC 요구 사항이 완화된 단순하고 비용에 민감한 설계에는 2-레이어 PCB를 사용하십시오.100MHz 이상의 MCU, RF 회로 또는 민감한 아날로그 신호를 사용하는 모든 설계의 경우 최소 레이어는 4개입니다.4개 레이어의 비용 프리미엄은 EMC 개선, 디버그 시간 단축, 신호 무결성 향상으로 거의 항상 정당화됩니다.
Frequently Asked Questions
EMC의 경우 4 계층이 2 계층보다 나은 이유는 무엇입니까?
솔리드 그라운드 플레인은 신호 전류에 대한 낮은 임피던스 리턴 경로를 제공하여 신호 레이어와 평면 사이의 필드를 제한합니다.2-레이어 보드에서는 리턴 전류가 신호 트레이스에서 멀리 떨어져 있을 수 있는 최소 인덕턴스의 경로를 따라 흐르기 때문에 효율적으로 방사되는 넓은 루프 영역이 생성됩니다.
6 레이어가 항상 4 레이어보다 나은가요?
항상 그런 것은 아닙니다.잘 설계된 4-레이어 보드가 잘못 설계된 6-레이어 보드보다 성능이 더 좋은 경우가 많습니다.라우팅 밀도에 꼭 필요한 경우 또는 추가 차폐면이 필요한 경우에만 레이어를 추가하십시오.레이어를 추가할 때마다 비용이 증가하고 보드 두께가 늘어납니다.
표준 4계층 스택업이란 무엇입니까?
위에서 아래로 가장 일반적인 4계층 스택업은 L1 (신호/구성 요소) — L2 (접지면) — L3 (전원 플레인) — L4 (신호) 입니다.이렇게 하면 신호 레이어가 리턴 플레인에 인접하여 제어된 임피던스와 낮은 루프 영역의 리턴 경로를 제공합니다.
2층 기판에서 RF를 수행할 수 있습니까?
예, 제한이 있습니다. 한 레이어가 전용 접지인 경우 2레이어의 50Ω 마이크로스트립이 가능합니다.표준 FR4의 2.4GHz (1.6mm) 에서 50Ω 마이크로스트립 트레이스의 폭은 약 3mm로 가능하지만 제한적입니다.5GHz 이상에서는 2-레이어의 손실 및 임피던스 제어가 문제가 됩니다.