PCB 기판 구조의 이해
PCB 기판을 설계하기 위해서는 PCB 기판의 각 부분에 대한 깊은 이해가 필요합니다. 칩 패드와 기판의 랜드는 와이어 본딩 기술을 통해 연결되며, 이 연결은 알루미늄이나 구리와 같은 금속 소재로 이루어진 금속 트레이스를 통해 이루어집니다. 이러한 금속 트레이스는 랜드와 볼 또는 비아로 연결됩니다. 최종적으로 비아는 BGA 볼의 패드와 연결되며, 솔더볼 부착 단계를 통해 외부 기판과 기계적 및 전기적으로 연결됩니다. 이 모든 과정은 PCB의 전기적 특성을 최적화하고 안정적인 성능을 보장하기 위해 중요합니다.
Gerber Format의 이해
PCB 기판을 만들기 위해서는 거버 포맷으로 출력하여 필름을 만드는 과정이 필요합니다. 거버 포맷은 원래 Gerber사가 plotter를 제작하고 생산하면서 시작되었으며, 따라서 Gerber 파일이라고 불리게 되었습니다. PCB 설계자와 포토플롯 편집기 간의 관계를 이해하는 것이 중요합니다. 포토플롯 파일의 작동 원리를 이해하면 거버 포맷의 파일 내용을 잘 파악할 수 있습니다. Photoplotter는 수치 제어가 가능한 X-Y 테이블, 셔터로 조절 가능한 광원, 그리고 원본 필름에 제도 가능한 aperture wheel로 구성되어 있습니다. 거버 명령에 의한 컨트롤러는 테이블 이동, 셔터 개폐, aperture tool 변경 등을 제어하며, 이를 통해 원본 필름에 이미지를 감광시킵니다. 셔터가 열리면 특정 형태와 크기를 가진 aperture에 노광이 되어 필름에 이미지가 생성됩니다. 셔터가 열리고 닫히면 flash(pad)가 되고, 셔터가 열린 상태에서 테이블이 이동하면 라인이 됩니다. 이와 같이 명령에 의해 aperture 선택과 광원 이동이 이루어져 원하는 형태의 패턴을 필름 상에 얻을 수 있습니다. Photoplotter는 정밀한 패턴을 생산할 수 있지만, 제도 시간이 많이 걸리고 데이터 용량에 매우 민감한 단점을 가지고 있습니다. RS-274X와 같은 거버 포맷은 파일과 aperture 리스트가 하나의 파일로 통합되어 사용이 편리해졌으며, 데이터 처리 효율성이 높아졌습니다.
PCB 기판 전기적 특성 개선
PCB 기판의 전기적 특성을 개선하기 위해서는 공진 주파수를 찾아내고 이에 따른 임피던스를 분석한 후, 다양한 방법을 통해 개선해야 합니다. 이를 위해 특정 주파수 대역에서 목표 임피던스(“Target Impedance”)를 설정해야 합니다. 첫 번째 방법은 임피던스가 높은 지역의 디캡 값을 조정하거나 새로운 디캡을 추가하여 임피던스 변화를 관찰하는 것입니다. 두 번째 방법은 VDD나 GND의 비아 위치나 개수를 조정하는 것으로, 임피던스가 높은 지역 주변의 GND 비아를 증가시키거나 비아 종류를 변경하여 임피던스를 낮출 수 있는 최적의 조합을 찾아내는 것입니다. 세 번째 방법은 패턴을 수정하는 것으로, 디캡과 비아 튜닝으로 임피던스 개선이 어렵다면 VDD plane과 GND plane의 형상과 밀도를 조정하여 전력 무결성을 개선해야 합니다.
패키지 설계를 위한 고려 사항
반도체 패키지 설계 시 고려해야 할 주요 사항으로는 반도체 특성, 패키지 크기, 패키지 가격, 신뢰성 등이 있습니다. 첫 번째로 반도체 특성은 성능 향상과 연결 경로 단축, 재료 특성 개선을 통해 전체 반도체의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 두 번째로 패키지 크기는 휴대용 전자기기에서의 고성능을 요구하며, 칩을 적층화하고 패키지 크기를 줄이기 위해 플립칩 패키지나 칩 크기 패키지를 사용해야 합니다. 세 번째로 패키지 가격은 최소 비용으로 반도체 패키지를 생산하기 위해 경쟁력 있는 패키지 구조, 저렴하면서도 신뢰성 있는 재료 선정, 효율적인 생산 공정, 생산성을 확보해야 합니다. 마지막으로 신뢰성은 안정적인 전기적 성능, 열적 안정성, 기계적 안정성을 통해 결정되므로 각각의 특성을 고려한 설계가 필요합니다.
비아의 결정
칩 패드와 기판의 랜드는 와이어 본딩 기술을 통해 연결되며, 이 연결은 알루미늄이나 구리와 같은 금속 소재로 이루어진 금속 트레이스를 통해 이루어집니다. 최종적으로 비아는 BGA 볼의 패드와 연결되며, 솔더볼 부착 단계를 통해 외부 기판과 기계적 및 전기적으로 연결됩니다. 이러한 연결 과정을 통해 PCB 기판의 전기적 특성을 최적화하고, 안정적인 성능을 보장할 수 있습니다.