비아란 무엇인가요?
비아(Vertical Interconnect Access)는 PCB에서 서로 다른 구리 레이어 간의 전기적 연결을 생성하는 도금된 구멍입니다. 비아는 다층 보드를 통해 신호와 전원을 라우팅하는 데 필수적이지만, 고주파에서신호 무결성을 저하시킬 수 있는 기생 효과를 도입합니다.
주요 통찰
1 GHz 이상의 주파수에서 비아는 더 이상 단순한 연결이 아니며, 자체전송 라인불연속성으로 자체 임피던스, 인덕턴스 및 커패시턴스를 갖습니다. 이러한 기생 효과를 이해하는 것은 USB 3.x,PCIe 및10G+ 이더넷을 포함한 현대 고속 설계에 매우 중요합니다.
일반적인 비아는 여러 구성요소로 이루어져 있습니다:
- 배럴: 보드를 관통하는 도금된 실린더
- 패드: 각 레이어의 홀 주변 구리 영역
- 환형 링: 홀과 패드 가장자리 사이의 구리 링
- 안티 패드: 평면 레이어의 클리어런스 홀
비아 유형 설명
올바른 비아 유형을 선택하는 것은 비용, 제조 가능성 및 성능의 균형을 맞추는 데 중요합니다. 다음은 각 유형의 상세한 비교와 사용 시기입니다:
관통 비아 (PTH)
상단에서 하단까지 모든 레이어를 연결합니다. 가장 일반적이고 경제적인 유형입니다.
장점
- 최저 비용
- 간단한 제조
- 높은 신뢰성
단점
- 신호 레이어에 스텁 생성
- 모든 레이어에서 라우팅 공간 사용
- 고밀도에 적합하지 않음
최적 용도
일반 라우팅, 전원 분배, 저속 신호
블라인드 비아
외부 레이어를 하나 이상의 내부 레이어에 연결하지만 전체 보드를 관통하지 않습니다.
장점
- 반대편에 스텁 없음
- 고속에 더 적합
- 라우팅 공간 절약
단점
- 더 높은 비용
- 더 복잡한 제조
- 순차 적층 필요
최적 용도
고속 신호, HDI 보드, 공간 제약 설계
매립 비아
내부 레이어만 연결하며, 양쪽 표면에서 보이지 않습니다.
장점
- 최대 라우팅 밀도
- 표면 영향 없음
- HDI에 탁월
단점
- 최고 비용
- 복잡한 제조
- 제한된 수리 가능성
최적 용도
HDI 설계, 모바일 장치, 고레이어 보드
마이크로비아
인접 레이어를 연결하는 레이저 드릴 소형 비아 (≤150µm).
장점
- 최소 기생 효과
- 최고 밀도
- 고속에 최적
단점
- 제한된 종횡비
- 레이저 드릴링 필요
- 비아당 비용이 더 높음
최적 용도
BGA 팬아웃, 스마트폰 PCB, 고급 패키징
자주 묻는 질문
비아 스텁이란 무엇이며 왜 중요한가요?
비아 스텁은 신호 레이어를 지나 연장되는 관통 비아의 미사용 부분입니다. 고주파(>3 GHz)에서 이 스텁은 안테나처럼 작동하여 공진 및 신호 반사를 유발합니다. 스텁은 f = c/(4×L×√εr)에서 1/4 파장 공진을 생성하며, 여기서 L은 스텁 길이입니다. FR-4의 40 mil 스텁의 경우 공진은 약 9 GHz에서 발생하여 PCIe Gen4 또는 USB 3.2와 같은 신호를 크게 저하시킵니다.
언제 백드릴링을 사용해야 하나요?
다음의 경우 백드릴링을 사용하세요: (1) 신호 주파수가 5 GHz를 초과할 때, (2) 비아 스텁이 10 mil보다 길 때, (3) 삽입 손실 예산이 빠듯할 때, (4) PCIe Gen4+, 25G 이더넷 또는 유사한 고속 인터페이스를 설계할 때. 백드릴링은 일반적으로 신호 레이어에서 8-10 mil 이내로 스텁을 제거합니다. 비용 증가는 10-20%이지만 신호 무결성을 극적으로 개선합니다.
비아 인덕턴스를 어떻게 계산하나요?
비아 인덕턴스는 다음과 같이 근사할 수 있습니다: L ≈ 5.08h × (ln(4h/d) + 1) nH, 여기서 h는 인치 단위의 비아 높이이고 d는 비아 직경입니다. 62 mil 보드를 관통하는 일반적인 10 mil 비아는 ~1 nH 인덕턴스를 갖습니다. 인덕턴스 감소 방법: 더 큰 직경의 비아 사용, 근처에 그라운드 비아 추가, 전원에 여러 병렬 비아 사용, 또는 더 짧은 경로를 위해 마이크로비아 사용.
패드 내 비아란 무엇이며 언제 사용해야 하나요?
패드 내 비아는 별도의 비아로 라우팅하는 대신 비아를 부품 패드에 직접 배치합니다. 다음에 사용: 미세 피치 BGA (<0.8mm), 열 관리 (전원 장치), 고주파 바이패스 커패시터 및 공간 제약이 있는 설계. 적절한 납땜을 위해 비아를 충전하고 평탄화(VIPPO 공정)해야 합니다. 이는 비아당 ~$0.02-0.05를 추가하지만 더 밀집된 설계를 가능하게 합니다.
신호 비아 주변에 몇 개의 그라운드 비아가 필요한가요?
최적의 신호 리턴 경로를 위해: 싱글 엔드 신호의 경우 신호 비아당 최소 2개의 그라운드 비아, 차동 쌍의 경우 4-6개의 그라운드 비아를 사용하세요. 5 GHz 이상의 주파수의 경우 신호 비아에서 20 mil 이내에 그라운드 비아를 배치하세요. 이는 비아 전환을 통해 임피던스를 유지하고 인덕턴스를 최소화합니다. 매우 높은 주파수 (>25 GHz)의 경우 비아 케이지 또는 동축 비아 구조를 고려하세요.