인프런 커뮤니티 질문&답변

안녕하세요, 답변 남겨드립니다.

4 Layer PCB에서 외층에 시그널, 내부층에 Plane을 두는 전형적인 구조는 실무에서 가장 널리 쓰이는 마이크로스트립(Microstrip) 방식입니다. 말씀해주신 것처럼 이론적으로는 Plane 사이에 신호를 배치하는 스트립라인(Stripline)이 외부 EMI에 더 강하고 신호 무결성이 뛰어난 것이 사실입니다. 하지만 실제 보드 설계에서는 몇 가지 현실적인 이유 때문에 마이크로스트립 구조가 기본이 됩니다.

첫째는 제조 난이도와 비용입니다. 4 Layer 보드는 보통 "Signal – GND – Power – Signal" 구조를 사용합니다. 만약 Stripline 구조를 적용하려면, 적어도 6 Layer 이상에서 Signal을 내부에 배치하고 그 위아래를 GND Plane으로 감싸는 형태가 필요합니다. 즉, 최소 레이어 수가 늘어나기 때문에 보드 두께 증가, 제조 단가 상승, 제작 가능 업체의 제약이 따릅니다. 예를 들어 4 Layer 보드가 1.0 mm 두께에서 일반적으로 제조된다면, 같은 규격의 Stripline 구조를 구현하기 위해서는 6 Layer, 1.6 mm 두께 이상의 보드로 올라가야 하고, 제조 비용은 약 1.5~2배 증가하는 경우가 많습니다.

둘째는 유지보수와 부품 배치 편의성입니다. 신호가 외층에 위치하는 마이크로스트립 구조는 디버깅과 프로빙이 용이합니다. 반면, Stripline 구조로 내부층에 신호를 넣으면 프로브로 신호를 찍는 것이 사실상 불가능해집니다. 예를 들어, MCU의 고속 클럭이나 ADC의 입력 신호를 검증해야 할 때, 외부에서 접근 가능한 마이크로스트립 라인은 오실로스코프 프로빙이 가능하지만, Stripline은 반드시 테스트 포인트를 사전에 설계해야만 합니다.

셋째는 Mixed-signal 설계 특성입니다. STM32 같은 MCU 기반 보드에서는 디지털 신호와 아날로그 신호가 혼재하기 때문에 레이아웃에서 전원/그라운드 플레인과의 커플링이 중요합니다. 마이크로스트립 구조는 GND Plane과의 인접성으로 인해 리턴 패스(Return Path)가 비교적 명확하게 확보되며, 고속 디지털 신호에서도 충분히 신호 무결성을 유지할 수 있습니다. Stripline이 노이즈 면에서는 유리하지만, 오히려 Crosstalk이 증가할 수 있습니다. 내부층에 배선된 신호끼리 평행하게 지나가면 상호 커플링이 심해져서 오히려 더 문제를 유발할 수 있습니다.

마지막으로, 보드의 목적과 동작 주파수 범위도 고려해야 합니다. 예를 들어 1 GHz 이상의 고속 SerDes, DDR4 인터페이스 같은 환경이라면 Stripline 구조의 필요성이 커집니다. 그러나 STM32 기반 Mixed-signal 보드는 보통 수십 MHz~수백 MHz 대역(예: SPI 50 MHz, ADC Sampling Clock 20 MHz 등)이 주를 이루기 때문에 마이크로스트립으로도 충분히 신호 무결성을 보장할 수 있습니다.

정리하자면, Stripline은 신호 품질 측면에서 더 안정적이지만, 비용·제조·디버깅·레이아웃 자유도 측면에서 불리합니다. 따라서 4 Layer 보드에서는 마이크로스트립 구조를 기본으로 하고, 정말 고속 인터페이스나 EMI 요구사항이 까다로운 경우에만 Stripline을 채택하는 것이 현업에서의 일반적인 접근입니다.