비아는 다층 PCB(인쇄 회로 기판)의 서로 다른 레이어 간 트레이스를 연결하는 도체 역할을 합니다. 저주파의 경우 비아는 신호 전송에 영향을 주지 않습니다. 그러나 주파수가 상승(1GHz 이상)하고 신호 상승 에지가 가파르게 되면(최대 1ns), 비아를 단순한 전기적 연결 기능으로 볼 수 없으며 비아가 신호 무결성에 미치는 영향을 신중히 고려해야 합니다. 비아는 전송 라인에서 불연속 임피던스를 가진 중단점으로 작용하여 신호 반사를 유발합니다. 그러나 비아가 야기하는 문제는 기생 정전용량과 기생 인덕턴스에 더 집중됩니다. 비아 기생 정전용량이 회로에 미치는 주된 영향은 신호 상승 시간을 연장하고 회로 실행 속도를 낮추는 것입니다. 반면 기생 인덕턴스는 바이패스 회로의 기여를 약화시키고 전체 전원 시스템의 필터링 기능을 감소시킵니다. 이 기사에서는 비아 임피던스 제어가 신호 무결성에 미치는 영향을 보여주고 회로 설계에 대한 조언을 제공합니다.
비아 존재 시와 부재 시의 TDR(시간 영역 반사계) 곡선에 따르면, 비아 부재 시 명백한 신호 지연이 발생합니다. 비아 부재 시 두 번째 테스트 홀까지 신호 전송 시간은 458ps인 반면, 비아 존재 시에는 480ps입니다. 따라서 비아는 신호를 22ps 지연시킵니다.
신호 지연은 주로 비아의 기생 정전용량에서 기인하며, 다음 공식으로 계산됩니다:
여기서 D₂는 그라운드 상의 패드 직경(mm), D₁은 비아의 패드 직경(mm), T는 PCB 보드 두께(mm), εᵣ은 기판의 유전 상수, C는 비아의 기생 정전용량(pF)입니다.
이 논의에서 비아 길이는 0.96mm, 비아 직경 0.3mm, 패드 직경 0.5mm, 유전 상수 4.2로 위 공식에 대입하면 계산된 기생 정전용량은 약 0.562pF입니다. 50Ω 저항의 신호 전송 라인의 경우 이 비아는 신호 상승 시간의 변화를 유발하며 변화량은 다음 공식으로 계산됩니다:
위 공식에 따르면 비아 정전용량으로 인한 상승 시간 변화는 30.9ps로 테스트 결과(22ps)보다 9ps 더 길어 이론적 결과와 실제 결과 사이에 차이가 있음을 나타냅니다.
결론적으로 비아 기생 정전용량으로 인한 신호 지연은 그리 뚜렷하지 않습니다. 그러나 고속 회로 설계에서는 비아가 배선에서 다중으로 적용되는 레이어 전환에 특히 주의를 기울여야 합니다.
기생 정전용량에 비해 비아가 가진 기생 인덕턴스는 회로에 더 큰 손상을 줍니다. 비아의 기생 인덕턴스는 다음 공식으로 계산됩니다:
여기서 L은 비아의 기생 인덕턴스(nH), h는 비아 길이(mm), d는 비아 직경(mm)입니다. 비아 기생 인덕턴스로 인한 등가 임피던스는 다음 공식으로 계산됩니다:
테스트 신호의 상승 시간은 500ps이고 등가 임피던스는 4.28Ω입니다. 그러나 비아로 인한 임피던스 변화는 12Ω 이상에 달해 측정값이 이론 계산값과 극심한 차이를 보입니다.
일련의 실험에 따르면 비아 직경이 클수록 비아가 야기하는 불연속성이 더 커집니다. 고주파 및 고속 PCB 설계 과정에서 임피던스 변화는 보통 ±10% 범위 내로 제어되며, 그렇지 않으면 신호 왜곡이 발생할 수 있습니다.
기생 정전용량은 고주파 신호 대역 내 공진 지점에 극도로 큰 영향을 미치며, 대역폭은 기생 정전용량에 따라 이동합니다. 기생 정전용량에 영향을 주는 주요 요소는 패드 크기로, 신호 무결성에 동등한 영향을 미칩니다. 따라서 패드 직경이 높을수록 더 큰 임피던스 불연속성을 초래합니다.
패드 직경이 0.5mm에서 1.3mm 범위에서 변할 때 비아에 의한 임피던스 불연속성은 지속적으로 감소합니다. 패드 크기가 0.5mm에서 0.7mm로 증가할 때 임피던스는 상대적으로 큰 변화 진폭을 보입니다. 패드 크기가 계속 증가하면 비아 임피던스 변화는 부드러워집니다. 따라서 패드 직경이 클수록 비아에 의해 야기되는 임피던스 불연속성은 낮아집니다.
귀환 신호 흐름의 기본 원칙은 고속 귀환 신호 전류가 최저 인덕턴스 경로를 따라 흐른다는 것입니다. PCB 보드에 하나 이상의 그라운드 평면이 포함되어 있으므로 귀환 신호 전류는 신호 라인에 가장 가까운 그라운드 평면에서 신호 라인 바로 아래 경로를 따라 직접 흐릅니다. 한 지점에서 다른 지점으로의 모든 신호 전류가 동일한 평면을 따라 흐르는 상황에서, 신호가 비아를 통해 한 지점에서 다른 지점으로 이동하도록 만들면 그라운드 연결이 이루어지지 않을 때 귀환 신호 전류는 점프할 수 없습니다.
고속 PCB 설계에서 비아 신호 전류에 귀환 경로를 제공하여 임피던스 미스매치를 제거할 수 있습니다. 비아 주변에 접지 비아를 설계하여 신호 전류의 귀환 경로를 제공하고, 신호 비아와 접지 비아 사이에 인덕턴스 루프를 생성합니다. 비아의 영향으로 임피던스 불연속성이 발생하더라도 전류는 인덕턴스 루프를 따라 흐르며 신호 품질이 개선됩니다.
S 파라미터를 사용하여 비아가 신호 무결성에 미치는 영향을 평가할 수 있으며, 손실, 감쇠, 반사 등 채널 내 모든 성분의 특성을 나타냅니다. 이 기사에서 활용된 일련의 실험에 따르면 접지 비아는 전송 손실을 줄일 수 있으며, 비아 주변에 접지 비아가 많을수록 전송 손실이 낮아집니다. 비아 주변에 접지 비아를 추가하면 비아로 인한 손실을 어느 정도 감소시킬 수 있습니다.
위 논의를 바탕으로 두 가지 결론을 도출할 수 있습니다:
PCBCart는 귀하의 요구 사항에 따라 제어된 임피던스를 가진 인쇄 회로 기판을 제조할 수 있습니다. 우리의 임피던스 공차는 ±5%~±10%입니다. 아래 버튼을 클릭하여 임피던스 제어가 포함된 온라인 PCB 제조 비용을 확인하세요.
산업기술
솔더 마스크란? 솔더 마스크는 솔더 레지스트 또는 솔더-스톱 마스크/코팅이라고도 하며, 인쇄 회로 기판(PCB) 상단과 하단 양면에서 납땜이 필요하지 않은 구리 트레이스를 덮는 얇은 층으로 PCB 신뢰성과 고성능을 보장하는 데 도움을 줍니다. 수지가 보통 솔더 마스크의 주재료로 선택되는데, 습기 저항, 절연, 납땜 저항, 고온 저항, 심미성 측면에서 우수하게 작동하기 때문입니다. 대부분 PCB가 녹색으로 보이는 것은 실제로는 솔더 마스크 그린 오일의 색상 때문이라고 믿어집니다. 그러나 솔더 마스크는 녹색, 흰색, 파란색, 검정,
LED PCB 제조 난제 회로 그래픽 LED 측면에 회로 라인과 패드가 고밀도로 배치되어 있기 때문에 제조 과정에서 스크래치 감소가 최우선 고려 사항입니다. 노광 시행 시 참고 그림에 따라 밀집 회로 층을 설계하는 것이 좋습니다. 비아 충전 공정(VFP)과 솔더 마스크 도포 전 보드 연마 공정에서 연마 스크래치와 이미지 결함을 줄이기 위해 노력해야 합니다. 외형 공차 현재 LED 보드의 외형 공차는 보통 ±0.1mm입니다. 그러나 LED 디스플레이 조립 필요성에 따라 ±0.08mm 또는 ±0.05mm 같은 더 엄격한 공차가 요구
