마이크로스트립(Microstrip)과 스트립라인(Stripline) 개념 정리

1. 마이크로스트립(Microstrip)

1.1 개념

• 마이크로스트립은 PCB 표면(Surface Layer)에 위치한 신호선으로, **하단에 GND Plane(접지층)**이 있는 구조야.
• PCB 상단 또는 하단의 신호층에서 배선되고, 그 아래 GND Plane이 위치하여 신호가 전파됨.
• 보통 **고속 신호(High-Speed Signal)**를 설계할 때 많이 사용돼.

1.2 구조

📌 마이크로스트립은 다음과 같은 구조를 가짐:

+------------------+ <- 공기(Air)

| Signal Trace | <- 신호선(패턴)

+------------------+

| Dielectric (FR4) | <- PCB 유전체(절연체)

+------------------+

| Ground Plane | <- 접지(GND) 평면 +------------------+

• 신호선 위에는 공기(Air), 아래에는 유전체(Dielectric, PCB 재질)가 존재함.
• 신호는 주로 공기와 PCB 유전체를 따라 전파됨.

1.3 마이크로스트립의 특징

✅ 장점

• 제작이 간단하고 저렴함.
• 비교적 낮은 신호 감쇠(Low Attenuation).
• PCB의 표면에서 신호가 흐르므로 접근성이 좋음.

❌ 단점

• EMI(전자기 간섭) 발생 가능성이 높음.
• 기판 외부에 노출되어 있어 외부 간섭을 받을 수 있음.
• 임피던스가 PCB 유전체(Dk)와 두께에 따라 영향을 받음.

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2. 스트립라인(Stripline)

2.1 개념

• 스트립라인은 PCB 내부(Inner Layer)에 위치한 신호선으로, 위아래에 GND Plane이 있는 구조야.
• 신호가 내부층에 위치하면서 완전한 유전체 속에서 전파되므로, EMI 방출이 적고 신호 품질이 우수해.

2.2 구조

📌 스트립라인의 구조는 다음과 같아:

 

+------------------+ <- Ground Plane (GND)

| Dielectric (FR4) | <- PCB 유전체

+------------------+

| Signal Trace | <- 신호선(패턴)

+------------------+

| Dielectric (FR4) | <- PCB 유전체

+------------------+

| Ground Plane | <- Ground Plane (GND)

+------------------+

• 신호선이 완전히 유전체(PCB 재질)로 둘러싸여 있음.
• 신호는 균일한 유전체를 통해 전파됨.

2.3 스트립라인의 특징

✅ 장점

• 외부 EMI 간섭이 적고, 신호 무결성(Signal Integrity)이 좋음.
• 두 개의 GND Plane 사이에서 차폐 효과(Shielding Effect)가 있음.
• 일정한 유전체 환경 덕분에 신호 전파 속도가 안정적임.

❌ 단점

• 제작이 복잡하고 비용이 높음.
• PCB 내부에서 배선해야 하므로 디버깅이 어려움.
• 같은 PCB 두께에서 마이크로스트립보다 높은 신호 감쇠(Attenuation)를 가질 수 있음.

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3. 마이크로스트립과 스트립라인 비교

항목마이크로스트립 (Microstrip)스트립라인 (Stripline)

신호 위치	PCB 표면 (외부층)	PCB 내부 (내부층)
GND Plane	아래에 1개	위아래 2개
EMI 방출	EMI 방출 많음	EMI 방출 적음 (차폐됨)
설계 난이도	쉬움 (외부층)	어려움 (내부층)
신호 감쇠	낮음	상대적으로 높음
제작 비용	낮음	높음

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4. 언제 마이크로스트립과 스트립라인을 사용할까?

✅ 마이크로스트립 사용 시점

• 고속 신호(PCIe, HDMI, USB, Ethernet 등)를 배선할 때.
• EMI 문제가 크지 않으며, 간단한 설계가 필요한 경우.
• PCB 비용을 낮추고 싶을 때.

✅ 스트립라인 사용 시점

• EMI 방출을 최소화해야 할 때.
• 민감한 신호(고주파 RF, 고속 신호)를 보호해야 할 때.
• PCB에서 신호 무결성이 중요한 경우.

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5. 임피던스 계산 공식

PCB 설계에서 마이크로스트립과 스트립라인의 **특성 임피던스(Z0)**를 계산할 때는 각각 다른 수식을 사용해.

5.1 마이크로스트립 임피던스 공식 (FR4 기준)

• W: 신호선 폭 (Trace Width)
• H: GND Plane과 신호선 간의 거리 (Height)
• T: 신호선 두께 (Thickness)
• ϵr\epsilon_rϵr​: PCB 유전체의 유전율 (FR4의 경우 ≈ 4.3)

5.2 스트립라인 임피던스 공식

 

• 같은 W,H,TW, H, TW,H,T 값에서도 스트립라인의 임피던스가 마이크로스트립보다 낮아짐.

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6. 결론

• **마이크로스트립(Microstrip)**은 PCB 표면에서 배선되며, 단순하고 비용이 저렴하지만 EMI 문제가 있을 수 있음.
• **스트립라인(Stripline)**은 PCB 내부에 배선되며, EMI 방출이 적고 신호 품질이 우수하지만 제작이 어렵고 비용이 높음.
• 설계 목적에 따라 두 기법을 적절히 선택해야 함.
• 고속 신호(>1GHz)에서는 스트립라인이 더 적합하지만, PCB 비용 절감 및 디버깅 용이성을 고려하면 마이크로스트립을 활용하는 경우가 많음.