먼저 알아둘 용어
BGA(Ball Grid Array)·팬아웃(fan-out) — BGA는 바닥에 솔더(solder) 볼이 배열(array)된 패키지(package)입니다. 팬아웃은 패키지 안쪽 접점에서 다른 배선층이나 패키지 바깥으로 신호를 인출하는 초기 배선입니다.
도그본(dog bone)·비아(via) 랜드(land) — 도그본은 패드에서 짧은 선을 뺀 끝에 비아를 놓는 모양입니다. 비아 랜드는 구멍 둘레의 구리 영역이며 짧은 연결선과 함께 패드 사이 공간을 차지합니다.
Via-in-pad·마이크로비아(microvia) — Via-in-pad는 부품 패드 안에 비아를 두는 배치입니다. 마이크로비아는 짧은 층간 연결을 위한 미세 비아로 실제 제작 가능한 깊이·지름·적층 조건을 확인해야 합니다.
오프셋 비아(offset via)·환형 구리 — 오프셋(offset)은 비아 중심 위치를 이동하는 것입니다. 환형 구리는 드릴(drill) 주위에 남는 구리 폭으로 이동량과 가공 위치 공차를 포함해 확인해야 합니다.
도그본이 차지하는 공간까지 포함합니다
도그본은 패드 밖으로 짧은 선을 빼고 끝에 비아를 둡니다. 연결선과 비아 랜드가 통로를 차지하므로 구멍 지름만으로 남는 배선 공간을 계산하지 않습니다. Via-in-pad는 비아를 패드 안으로 옮겨 통로를 확보하는 후보지만 납땜 표면의 충전·캡 요구가 추가될 수 있습니다.
실제 패키지 랜드 패턴(land pattern)에 허용 선폭·간격과 비아 랜드를 겹쳐 봅니다. 안쪽 패드에서 빠져나갈 통로를 센 뒤 행별로 연결할 층을 배정합니다. 도그본으로 막히는 곳에서는 비아 크기, 층수, 블라인드(blind) 마이크로비아, via-in-pad를 비교합니다. 도면에서 작게 그린다고 해서 제작할 수 있는 것은 아니며 드릴·도금·랜드·절연 간격을 함께 만족해야 합니다.
비아를 놓는 위치와 비아가 연결하는 깊이를 나눠 고릅니다
비아 인 패드(via-in-pad)와 마이크로비아는 서로 하나만 고르는 대안이 아닙니다. 앞의 이름은 부품 패드 안에 놓는다는 위치를, 뒤의 이름은 짧은 층간 연결을 만드는 미세 비아 구조를 뜻합니다. 마이크로비아를 패드 안에 놓을 수도 있고, 패드 밖의 짧은 연결선 끝에 놓을 수도 있습니다.
비아 스텁(via stub)은 신호가 사용하는 연결 지점보다 더 남아 있는 도금 부분입니다. 여기서 L1, L2, L3, L4는 위에서부터 첫째~넷째 구리층을 뜻합니다. 예를 들어 L1에서 들어와 L2로 나가는 신호에 L1~L4 관통 비아를 쓰면, L2 아래의 도금도 남습니다. 이 비아를 패드 안으로 옮기거나 수지로 채워도 그 길이가 저절로 없어지지 않습니다. 필요한 층까지만 연결하는 비아 구조를 선택하거나, 사용하지 않는 도금 부분을 제거하는 백드릴(backdrill) 등의 가공을 별도로 검토해야 합니다.
피치(pitch)는 이웃 패드의 중심 간 거리입니다. 후보를 좁히는 단서이며 제작법을 자동으로 정하는 경계값은 아닙니다. 0.4~0.5 mm처럼 조밀한 배열에서는 작은 비아와 패드 안 배치를 함께 검토할 일이 많습니다. 0.8 mm 배열에서도 허용 선폭·간격, 볼 수와 사용할 층에 따라 마이크로비아가 유리할 수 있습니다. 반대로 특정 피치 이하면 무조건 같은 구조를 써야 한다고 결정하지 않습니다.
도그본은 패드 밖 비아 때문에 통로를 더 차지할 수 있습니다. 패드 안 비아는 그 공간을 줄이는 대신 충전·평탄화·금속 캡 같은 접합 표면 공정을 확인해야 합니다. 여러 깊이의 미세 비아를 연결하는 적층은 층을 순서대로 추가해 가공하는 순차 적층(sequential lamination)이 필요한지도 확인합니다. 사용할 구조와 제조 공정이 정해지면 아래 계산으로 실제 배선 통로와 필요한 층수를 비교합니다. 비아 이름만으로 신호 품질의 순위를 정하지 않습니다.
참고: Altera AN 114 §1.3.2, NXP AN10778 Rev.2 §4.3, TI의 비아 구조·백드릴 설명. 제조사별 사례이며 특정 피치·전송 속도의 보편 합격 기준이 아닙니다.
패드 사이 한 통로만 먼저 계산하기
설명용으로 패드 피치(pitch) 0.80 mm, 패드 폭 0.40 mm, 배선 폭과 최소 간격이 각각 0.10 mm인 직선 통로를 가정합니다. 여기서 피치는 패드 중심 간 거리입니다.
- 패드 가장자리 사이 빈 폭은 0.80−0.40=0.40 mm입니다.
- 선 한 개에는 양옆 간격까지 0.10+2×0.10=0.30 mm가 필요합니다.
- 선 두 개에는 선 사이 간격까지 2×0.10+3×0.10=0.50 mm가 필요하므로 들어가지 않습니다.
이 가정에서는 선 한 개가 들어갑니다. 하지만 비아 랜드·굽은 구간·마스크(mask)·다른 네트(net)의 간격을 포함한 전체 팬아웃의 합격 여부까지 판단할 수는 없습니다. 실제 제조 조건과 각 층의 기준면·귀환을 대조하고 최종 설계 규칙 검사를 수행합니다.
비아 중심을 옮겼다면 반대쪽 간격도 함께 계산합니다
막힌 인출 통로에서 비아 위치를 옮기면 한쪽 공간을 확보할 수 있습니다. 오른쪽으로 옮기면 왼쪽은 넓어지지만 오른쪽의 인접 구리와는 가까워질 수 있습니다. 패키지 볼의 기준 위치를 임의로 옮기는 작업과 구분하고 정확한 랜드 패턴을 기준으로 비아·드릴·연결 구리의 관계를 검토합니다.
평행한 경계의 단순 예시에서 0.03 mm 이동은 한쪽 여유를 최대 0.03 mm 늘리는 대신 반대쪽을 같은 만큼 줄일 수 있습니다. 이 계산만으로 원형 랜드 사이의 실제 최단거리와 전체 팬아웃의 합격 여부까지 판정할 수는 없습니다.
원형 패드 안에서 드릴만 이동한다고 단순화하면 최소 환형 구리는 대략 (패드 지름−드릴 지름)/2−이동량입니다. 패드 지름이 0.25 mm, 드릴 지름이 0.1 mm이고 두 중심이 일치하면 링 폭은 0.075 mm이며 0.03 mm 옮기면 좁은 쪽은 0.045 mm입니다. 이 값에는 실제 드릴 위치 오차를 반영하지 않았으므로 그대로 제조 기준으로 삼을 수 없습니다. 구리를 넓혔다면 옆 패드와의 간격도 다시 검사해야 합니다.
이동 전후 외층 패드뿐 아니라 내층 랜드·안티패드(antipad), 비아 시작·끝 층과 전체 행의 인출 계획을 겹쳐 봅니다. 규칙 검사를 다시 수행하고 해당 객체가 검사 범위에서 빠지거나 규칙이 완화되어 통과한 것은 아닌지 확인합니다. 제조 가능한 드릴·랜드·정렬 공차와 접합 표면 요구도 대조합니다. 수지 충전은 비아의 전기적 배럴 길이를 줄이는 가공과 다르므로 스텁(stub) 감소로 해석하지 않습니다.
치수의 이름이 같아 보여도 측정 경계가 다를 수 있습니다. 선폭과 구리 이격을 각각 0.075 mm로 정한 예시라면 배선 한 가닥의 직선 통로는 0.075+2×0.075=0.225 mm가 필요합니다. 앞에서 계산한 환형 구리 폭 0.075 mm와 숫자만 같을 뿐 서로 다른 치수입니다. 도면의 비아 간격이 홀 벽 사이인지 랜드 가장자리 사이인지, 중심 간 거리인지도 확인합니다. 화살표 경계가 모호한 그림의 숫자를 설계 규칙으로 옮기지 않습니다.
작은 5×5 배열에서도 외곽 행은 표면에서 바로 나가고 안쪽 행은 비아로 다른 층에 내려가는 방식으로 통로를 나눌 수 있습니다. 이때 각 볼의 실제 넷과 비아 연결층을 확인하며, 보기 좋은 색 구분만으로 연결을 판정하지 않습니다. 패드 안 비아의 충전·캡 요구는 인출 가능 여부와 별도로 남습니다.
핀 사이 통로가 부족하면 필요한 폭부터 산술로 확인합니다
실제 패드 가장자리 사이 통로를 배선 폭과 양쪽 이격의 합과 비교합니다. 설명용 예시로 배선 폭 4 mil과 양쪽 간격 각각 4.25 mil이 필요하다면 통로 요구는 12.5 mil입니다. 실제 통로가 6.89 mil 또는 5.75 mil이면 이 가정의 직선 배선 하나가 지나갈 수 없습니다. 숫자는 계산 예시이며 공통 제조 최소값이 아닙니다.
간격 규칙을 낮춰 억지로 통과시키기 전에 패드 안 비아로 다른 층에 내려가는 대안을 검토합니다. 특정 핀(pin)에서 시작해 비아의 시작·끝층, 실제로 수평 배선이 지나가는 층과 목적지 넷까지의 연결을 순서대로 대조합니다. 예를 들어 L1~L5 비아에서 신호가 L5를 따라 나가는 경우와 L4~L13을 지나는 비아를 통해 L7에서 수평으로 나가는 경우는 물리 범위와 사용층이 다릅니다. 각 구간을 어떻게 연결하는지 실제 적층과 넷으로 확인하며 불명확한 접속 순서를 추정하지 않습니다.
접지 핀을 어떤 층에 내리려면 그 층의 실제 접지 영역까지 이어지는지 확인합니다. 다른 보드(board)의 열별 핀 배정이나 색상을 일반 규칙으로 쓰지 않습니다. 새 경로의 패드·비아 가공 여유, 귀환 구조와 조립 조건을 함께 검토합니다.
패키지 바깥에서도 배선이 이어질 길을 남겨 둡니다
패드 사이를 빠져나왔더라도 그 앞을 다른 부품이 막고 있으면 배선을 끝낼 수 없습니다. 팬아웃을 정할 때는 패키지 가장자리에서 다음 IC나 커넥터(connector)까지 이어지는 배선 통로(routing channel)도 함께 확보합니다. 여기서 통로는 실제 선폭·선 간격·비아와 방향 전환에 필요한 여유를 포함한 영역입니다.
먼저 위치가 정해진 커넥터와 주요 IC를 놓고 실제로 연결할 핀을 확인합니다. 두 부품 사이의 연결을 표시하는 미배선 연결선(ratsnest)을 켜면 불필요하게 교차하거나 다른 기능 회로를 가로지르는 연결을 찾기 쉽습니다. 이 선은 전기적 연결 관계를 보여 줄 뿐 실제 배선 경로가 아니므로, 선택할 배선층과 통로 폭도 따로 확인해야 합니다. 조립 방향과 기구물 간섭을 허용하는 범위에서 부품의 위치·회전을 조정합니다.
그다음 주요 신호가 지날 길을 먼저 검토하고 주변 저항과 커패시터를 배치합니다. 다만 통로를 넓힌다는 이유로 모든 소형 부품을 뒤로 밀면 안 됩니다. 전원 전류를 가까이에서 공급하는 디커플링(decoupling) 커패시터는 IC 전원·접지와 짧게 연결해야 합니다. 반사를 줄이는 종단 저항(termination resistor)도 회로에 따라 송신단 또는 수신단 가까이에 있어야 합니다. 이런 부품의 위치 조건과 배선 통로를 동시에 만족하도록 배치를 조정합니다.
설계 프로그램의 자동 배선(auto-router)이 제안한 경로는 배선 통로를 찾는 참고안으로 삼습니다. 시작 핀에서 목적지 핀까지의 연결, 층을 바꾸는 비아와 주변 구리의 간격, 신호 밑 기준면(reference plane)의 연속성을 사람이 확인합니다. 중요한 부품의 위치 조건을 해치거나 다른 연결이 지나갈 통로를 막는다면 제안된 경로를 직접 고칩니다. 설계 규칙 검사에 통과했더라도 귀환 경로와 배치 조건까지 검증됐다고 판단하지 않습니다.
기능이 다른 회로를 떨어뜨려 놓더라도 신호가 그 사이를 어떻게 통과하는지 확인합니다. 민감한 신호가 잡음이 큰 영역을 불필요하게 가로지르지 않게 하되, 영역을 나눈다는 이유만으로 접지면을 잘라서는 안 됩니다. 신호 밑의 기준면(reference plane)이 끊기면 귀환 전류가 우회할 수 있습니다. 배치 변경 후에는 신호 경로와 귀환 경로, 커넥터 핀까지의 연결을 다시 추적합니다. 부품 사이 빈 공간을 확보했다고 해서 잡음이나 신호 품질까지 검증된 것은 아닙니다.
작업 순서를 다시 확인합니다
