1 소개

다층 보드에서 고속 신호 전송을 수행할 때 로컬 임피던스 불연속으로 인해 신호 품질이 저하됩니다 한편, 배선 밀도가 증가함에 따라 피지컬 토토 사이트을 통해 층을 연결하는 것이 필요하게 되었습니다 그러나 피지컬 토토 사이트은 내층면과의 커패시턴스, 복귀 경로로 인한 인덕턴스, 오픈 스터브 등의 영향으로 임피던스 불연속성이 되어 반사와 정재파가 발생합니다 이러한 문제를 억제하기 위해 피지컬 토토 사이트의 커패시턴스와 인덕턴스를 정량적으로 계산하고 임피던스를 제어하는 ​​설계 방법을 확립하는 것을 목표로 연구를 진행하였다

2 디자인 사양

신호 관통홀 근처에 접지 관통홀을 배치하는 방식을 채택했습니다 단일 단부 피지컬 토토 사이트에는 신호 피지컬 토토 사이트의 양쪽 끝에 직선으로 대칭으로 배열된 2개의 접지 피지컬 토토 사이트이 있습니다 또한, 차동 관통홀은 신호차동쌍 관통홀의 양단에 2개의 접지 관통홀을 일직선으로 대칭적으로 배치하였다 이때의 조건은 계산을 단순화하기 위해 그라운드 피지컬 토토 사이트의 직경이 신호 피지컬 토토 사이트과 동일하고 피지컬 토토 사이트 사이의 피치도 동일해야 한다는 것입니다 다음은 단일 종단형 피지컬 토토 사이트에 대해 설명합니다 피지컬 토토 사이트의 구조는 층수가 4개인 경우를 예로 들어 그림 1에 나타내었다

위 사양으로 최대 16개 레이어의 테스트 보드가 생성되었습니다 TDR 측정 및 회로 시뮬레이션을 통해 확인하고 관통홀 용량 및 인덕턴스를 추정하고 등가회로를 이용한 계산식을 작성

그림 1 피지컬 토토 사이트 구조 다이어그램(4개 레이어)

3 계산 알고리즘

31 피지컬 토토 사이트 모델링

설계된 관통 구멍을 등가 회로 모델로 교체했습니다 그림 2는 레이어 수가 4개일 때 단일 종단 피지컬 토토 사이트의 등가 회로 모델을 보여줍니다 또한 이 등가 회로 모델을 기반으로 피지컬 토토 사이트 임피던스 계산 공식을 만들었습니다

그림 2 단일 종단 피지컬 토토 사이트 등가 회로(4개 레이어)

32 인덕턴스, 커패시턴스, 임피던스 계산 방법

인덕턴스(L)는 3개의 평행선 계산을 사용하여 신호 관통홀과 접지 관통홀 사이의 중심 간 거리(D) 및 반경(a)으로부터 계산되었습니다(식 1)

각 관통홀 사이에서 발생하는 정전용량(C1)을 계산하기 위해 3개의 평행선 계산(수학식 2)을 사용하여 정전용량(C)을 계산했습니다 또한 동축 계산(식 3)을 통해 관통 구멍과 내부 층 평면 사이에서 발생하는 정전 용량(C2)을 계산했습니다 여기서, r은 내층 클리어런스 반경이고, ε은 FR-4의 유전상수이다 그러나 피지컬 토토 사이트 내부에서는 정전용량(C)이 균일하지 않기 때문에 각각에 대한 보정항을 갖는 계산식을 작성하고, 후술하는 TDR 측정 결과를 이용하여 이를 정량화하였다

피지컬 토토 사이트의 임피던스(ZTH)는 아래의 방정식 4와 같이 통과하는 신호의 L과 전체 피지컬 토토 사이트의 C로부터 결정할 수 있습니다 23B-05

그림 3 인덕턴스 및 커패시턴스

4 결과 및 논의

41 TDR 및 S-파라미터 측정 방법을 이용한 측정 결과

먼저 그림 3에 표시된 구조로 만들어진 단일 끝 피지컬 토토 사이트의 TDR 측정을 수행했습니다 예를 들어 4개의 내부 평면 레이어가 있는 8레이어 기판에서 피지컬 토토 사이트 직경(015mm 및 055mm)이 서로 다르고 중심 간 피지컬 토토 사이트 중심 거리가 1mm인 두 패턴을 비교한 경우 피지컬 토토 사이트 부분의 임피던스는 53Ω 및 37Ω인 것으로 관찰되었습니다 Ω

그림 4 TDR 측정법을 이용한 특성 평가

그림 5 S21의 주파수 특성

또한 S-파라미터 측정을 통해 투과계수(S21)를 비교한 결과, 피지컬 토토 사이트 임피던스가 37Ω인 패턴은 정재파를 발생시키며 큰 감쇠량을 나타내는 것을 확인했습니다 반면, 53Ω 피지컬 토토 사이트의 감쇠량은 패턴의 감쇠량과 동일하며, 신호 품질의 저하도 거의 없는 것으로 나타났다 위에서부터 through-hole 자체에서는 감쇠가 거의 없으며, 임피던스 불일치가 신호 품질 저하의 주된 원인임을 확인했는데, 이는 임피던스 매칭을 통해 개선될 수 있습니다

42 모델 검증

TDR 방법으로 측정한 임피던스를 바탕으로 계산된 C에 길이 보정항을 추가하고 등가회로 모델 S11을 실제 S11 측정 결과와 비교하였습니다 결과적으로 등가회로 모델에서 얻은 S11과 실제 측정 결과가 거의 일치하므로, 계산식과 보정을 통해 얻은 L, C 값이 실제 측정에 가깝다고 볼 수 있다 또한, 4GHz에서 S11로부터 계산한 임피던스와 TDR법으로 관찰한 임피던스가 유사하므로, TDR 측정법으로도 4GHz에서의 임피던스를 측정할 수 있다고 생각됩니다

그림 5 S11에서 측정된 값과 계산된 값의 비교

5 요약

본문에 설명된 구조에서 관통홀의 인덕턴스와 커패시턴스를 계산하여 관통홀의 임피던스를 제어할 수 있음을 보여주었습니다 기존의 피지컬 토토 사이트에서는 복귀 전류 경로가 불분명하므로 인덕턴스와 커패시턴스를 정량적으로 계산할 수 없습니다 결과적으로 피지컬 토토 사이트은 임피던스의 불연속점이 되어 전송 신호 품질 저하의 원인이 된다

이번에 사용한 방법을 이용하여 피지컬 토토 사이트의 임피던스와 패턴의 임피던스를 매칭함으로써 고가의 재료나 고주파 특성이 좋은 특수 부품을 사용하지 않고도 신호 품질을 확보할 수 있으며 피지컬 토토 사이트을 통한 고밀도 실장을 구현할 수 있습니다

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