1.1 스텁의 형성
스루홀은 다층 PCB에서 층간 상호 연결을 달성하기 위한 기본 구조이며, 기존 PTH(도금 스루홀)는 기판 두께 전체를 관통합니다. 고속 신호가 특정 레이어 사이에서만 전송되는 경우 신호 전송에 참여하지 않는 비아의 매달린 구리 벽 세그먼트는 스터브를 형성합니다. 이는 개방형 터미널이 있는 평행한 짧은 라인과 동일합니다.
12층 기판을 예로 들면, 신호가 L1에서 L6으로 변경될 때 L7~L12의 비아 홀의 구리 벽은 약 0.8mm 길이의 잔여 더미입니다.
1.2 공명 효과의 정량적 법칙
잔여 파일의 핵심 위험은 특정 주파수에서 λ/4 계열 공진이 발생하는 것인데, 이는 해당 주파수 대역의 모든 신호 에너지를 반영합니다.
공진 주파수 공식은 f=c/(4 × L × √ ε r)입니다. 여기서 c는 빛의 속도, L은 잔여 파일의 길이, ε r은 플레이트의 유전 상수입니다.
FR-4 보드 (ε r ≒ 3.8~4.2) 실증적 계산: f (GHz) ≒ 80/L (mm)
일반적인 공명점은 다음에 해당합니다.
잔여 파일 100mil (2.54mm) → 약 3.5GHz에서 공진
잔여 파일 50mil(1.27mm) → 약 7GHz에서 공진
잔여 파일 20mil(0.5mm) → 약 17.5GHz에서 공진
잔여 파일 10mm(0.25mm) → 약 35GHz에서 공진
1.3 신호 무결성에 대한 구체적인 영향
임피던스 돌연변이: 잔류 파일은 0.3~0.8pF의 추가 기생 용량을 도입하여 비아 임피던스가 최대 ± 15%의 변동으로 대상 50Ω에서 35~45Ω으로 떨어지게 합니다.
반사 및 반사 손실 저하: 공진 지점의 S11은 -8~-10dB로 저하될 수 있으며 신호 반사는 30%를 초과합니다.
삽입 손실의 상당한 증가: 10GHz 주파수 대역의 삽입 손실은 3~5dB 증가할 수 있으며, 잔여 파일 100mil에서는 25%, 200mil에서는 최대 50%의 추가 신호 손실이 발생합니다.
아이 다이어그램 폐쇄 및 지터: 25Gbps 신호 아이 높이를 40%까지 줄일 수 있고 결정적 지터를 20~30ps까지 늘릴 수 있습니다.
모드 변환 및 누화: 잔류 파일 임피던스의 불연속으로 인해 TE11 모드에서 TM01 모드로 변환되어 인접 채널 누화가 12% 이상 증가합니다.
여러 개의 잔여 파일의 누적 효과: 20mil의 짧은 잔여 파일 4개의 영향은 60mil 길이의 잔여 파일 1개의 영향보다 훨씬 큽니다. 링크에 관통 구멍이 많을수록 잔여 말뚝의 누적 열화가 기하급수적으로 증가합니다.
다양한 애플리케이션 시나리오에 대한 특별 요구 사항
압착 커넥터를 통해: 압착 구멍의 충분한 벽 길이를 유지해야 하며(일반적으로 압착 핀 삽입 깊이+12mil 안전 여유 이상), 백 드릴이 압착 영역의 기계적 고정 구조를 손상시키지 않아야 합니다.
DDR5/DDR6 메모리 인터페이스: 주소/명령/클록 라인 잔여물은 8mil 이내로 제어되어야 하며 데이터 라인 잔여물은 10mil 이내로 제어되어야 합니다.
RF/밀리미터파 회로: 10GHz 이상의 RF 신호용 잔여 파일 5mil 이하, 30GHz 이상의 밀리미터파 애플리케이션용 잔여 파일 2mil 이하, 차폐를 통한 접지와 조정되어야 함
BGA 팬아웃 영역: 두 비아의 차동 쌍은 공통 모드 변환을 방지하기 위해 동일한 레이어 안팎, 동일한 조리개, 동일한 솔더 패드, 동일한 역 솔더 패드 및 동일한 후면 드릴링 깊이를 사용하여 엄격하게 대칭이어야 합니다.