Vrtání s řízenou hloubkou při výrobě desek plošných spojů: Zpětné vrtání, co je zpětné vrtání v desce plošných spojů?

Zpětné vrtání ve vícevrstvých deskách plošných spojů je postup, při kterém se odstraňují pahýly (stub) za účelem vytvoření průchodů, které umožňují přenos signálů z jedné vrstvy desky do druhé. (Pahýly budou během přenosu signálu vytvářet odrazy, rozptyl, zpoždění a další problémy, které způsobí zkreslení signálu.) Vrtání do kontrolované hloubky vyžaduje složitou dovednost. Výroba vícevrstvých desek plošných spojů, jako jsou dvanáctivrstvé desky, vyžaduje propojení první vrstvy s devátou vrstvou. Obvykle před pokovením průchodů vrtáme průchozí otvory pouze jednou. První a dvanácté patro jsou tedy okamžitě propojeny. Ve skutečnosti stačí první patro pouze propojit s devátým patrem. Protože mezi desátým a dvanáctým patrem nejsou žádné dráty, připomínají sloupy. Tento sloup má vliv na signálovou cestu a může ohrozit integritu komunikačního signálu. Proto byl na opačné straně dalšího sloupu (v oboru označovaný jako STUB) vyvrtán sekundární otvor.

V důsledku toho se toto vrtání nazývá zpětné vrtání, nicméně je obvykle méně čisté než vrtání, protože v dalším kroku dojde k elektrolýze mědi a hrot vrtáku je také ostrý. Proto ponecháme velmi malý hrot; délka tohoto zbývajícího pahýlu se nazývá hodnota B a obvykle se pohybuje od 50 do 150 UM.

Technologie zpětného vrtání desek plošných spojů

Vzhledem k potřebě snížit ztráty signálu u vysokofrekvenčních aplikací je pro průchod signálu při jeho přechodu z jedné vrstvy do druhé nutný průchozí otvor spojující vrstvy. Pro tuto aplikaci se doporučuje odstranit přebytečnou měď z tohoto otvoru, protože funguje jako anténa a ovlivňuje přenos, pokud má signál například v desce s 20 vrstvami procházet z vrstvy jedna do vrstvy dvě.

Abychom dosáhli větší stability signálu, odvrtáme „přebytečnou“ měď v otvoru pomocí zpětného vrtání (řízená hloubka v ose z). Ideálním výsledkem je, aby pahýl (nebo „přebytečná“ měď) byl co nejkratší. Velikost zpětného vrtání by obvykle měla být o 0,2 mm větší než odpovídající průchod.

Ten/Ta/ToProces zpětného vrtání odstraňuje pahýlyz pokovených průchozích otvorů (propojení). Pahýly jsou zbytečné /nevyužité části průchodů, které sahají dále než poslední připojená vnitřní vrstva.
Stuby mohou vést kodrazy, stejně jakoporuchy kapacity, indukčnosti a impedanceTyto chyby diskontinuity se stávají kritickými s rostoucí rychlostí šíření.
Základní deskya zejména silné desky plošných spojů vydržívýznamné narušení integrity signálupřes pahýly. Pro Vysokofrekvenční desky plošných spojů(např. s impedanční regulací), aplikací zpětného vrtání a také aplikacíslepé a zakopané průchody, může být součástí řešení.
Zpětné vrtání lze použít najakýkoli typ desky plošných spojůkde pahýly způsobují zhoršení integrity signálu, s minimálními požadavky na design a uspořádání. Naproti tomu při použití slepých průchodů je třeba mít na paměti poměr stran.

Vlastnosti zadního vrtání desek plošných spojů

Výhody zpětného vrtání

● Snížení šumu a rušení a deterministického jitteru;

● Zlepšení integrity signálu;

● Lokální zmenšení tloušťky;

● Omezte používání zapuštěných a slepých průchodů a snižte obtížnost výroby desek plošných spojů;

● Nižší bitová chybovost (BER);

● Menší útlum signálu s vylepšeným přizpůsobením impedance;

● Minimální dopad na design a rozvržení;

● Zvýšená šířka pásma kanálu;

● Zvýšené rychlosti přenosu dat;

● snížené emise EMI/EMC z koncového konce;

● Snížené buzení rezonančních módů;

● Snížené přeslechy mezi propojovacími články;

● Nižší náklady než u sekvenčních laminací.

Nevýhoda zpětného vrtání

Vysoké signály mají často problémy, které mohou souviset s nedostatečným využitím via stubů. Pojďme se blíže podívat na některé problémy se stuby.

Deterministický jitter: 
Oba hodiny měří čas a míra časové chyby se označuje jako jitter. Odstrašující jitter je to, co je známé jako pravidelná (tj. omezená) časová modifikace.

Útlum signálu:
Když je zvuk utlumen, jeho intenzita se snižuje a puls se zeslabuje.

Záření z elektromagnetického záření:

Propojovací kabel lze použít jako anténu vyzařující EMI.

Obecné charakteristiky 

● Většinou jsou na zadní straně pevné desky;

● Obvykle se používá na 8 a více vrstvách;

● Tloušťka desky je větší než 2,5 mm;

● Minimální velikost úchopu je 0,3 mm;

● Zpětný vrták je o 0,2 mm větší než průchodky;

● Tolerance hloubky zpětného vrtání +/- 0,05 mm.

Jaký typ plošného spoje potřebuje zpětné vrtání?

Otvory v desce plošných spojů se obvykle vrtají skrz desku (shora dolů). Pokud je trasa spojující průchozí otvory blízko horní (nebo spodní) vrstvy, dojde k rozdvojení pahýlu u průchozího otvoru propojovacího spoje desky plošných spojů, což ovlivní kvalitu signálu a způsobí odrazy. Signály šířící se rychlejší rychlostí jsou tímto jevem více ovlivněny.

Aby se dosáhlo vysoké kvality přenosu signálu, je obecně známo, že je třeba zohlednit návrh obvodové stopy na desce plošných spojů se signály o rychlosti přibližně 1 Gb/s, včetně návrhu s využitím zpětného vrtání. Návrh vysokorychlostních propojovacích linek samozřejmě vyžaduje systémové inženýrství a není tak přímočarý, jak se může zdát. Pokud propojovací linky systému nejsou příliš dlouhé nebo je kapacita čipu dostatečně silná, může být kvalita signálu bezchybná i bez jakéhokoli zpětného vrtání. Simulace propojovacích linek systému je proto nejpřesnější metodou pro určení, zda je zpětné vrtání nutné, či nikoli.

Možná víte, že kromě technologie zpětného vrtání lze k zkrácení nebo optimalizaci délky pahýlu použít také různé metody sestavení. Patří mezi ně různá uspořádání stack-up, kde jsou stopy obvodových drah posunuty do vrstev blíže ke konci pahýlu propojovacích otvorů, laserem vrtané otvory pro propojovací otvory (mikropropojení) nebo slepé a zakopané propojovací otvory. Navíc, protože se ke snížení odrazu signálu na vysokofrekvenčních deskách (vyšších než 3 GHz) používají i jiné metody, není zpětné vrtání nutné.

Tyto přístupy však nejsou vždy praktické z hlediska výroby a nákladů, pokud jde o snížení ztráty signálu v mnoha deskách plošných spojů s vysokou hustotou nebo v základních/středních deskách. Jedinou praktickou možností je tedy zpětně navrtat otvory pro propojení. Pokud slepé otvory pro propojení nejsou možné, je pro vysokofrekvenční desky (více než 1 GHz v pásmu 3 GHz) nezbytné zpětné vrtání.

A protože deska plošných spojů má tolik vrstev, některé otvory nelze navrhnout jako slepé (například na 16vrstvé desce plošných spojů musí některé průchozí otvory vést k vrstvám 1 až 10 a další průchozí otvor k vrstvám 7 až 16; toto provedení není vhodné pro slepé otvory, ale je vhodné pro zpětné vrtání).

Jak provést zadní vrtání desek plošných spojů?

Proces zpětného vrtání

1. Pro nalezení prvního otvoru použijte poziční otvor na desce plošných spojů, který je součástí dodávky.

2. Před pokovováním utěsněte otvor suchou membránou.

3. Otvor napudrujte mědí, abyste vytvořili vodicí obvod.

4. Vytvořte vnější grafiku na desce plošných spojů.

5. Po vytvoření vnější vrstvy bude grafická deska nanesena na desku plošných spojů. Před zahájením tohoto procesu je nezbytné utěsnit otvor pro umístění suchou membránou.

6. Pomocí otvorů pro umístění prvního vrtu zarovnejte zadní vrt a poté vrtákem vyvrtejte galvanicky pokovené otvory, které tento postup vyžadují.

7. Po konečném vrtání je třeba desku očistit, aby se odstranily případné zbytky vrtáků.

8. Po ověření desky a zlepšení integrity signálu věnujte velkou pozornost tomu, zda je vrtání prováděno správně.

Vyzkoušejte vrtačky na záda 

Jakmile je trasování dokončeno, musíme se ujistit, že zadní vrtáky byly správně nastaveny. Pro ověření zapněte všechny vrstvy. Uvidíte, že okraj průchodů má dvě barvy. První neboli počáteční vrstva je zobrazena červeně, zatímco poslední vrstva je zobrazena modře. Je snadné rozlišit zadní vrtané průchody od ostatních průchodů. Viditelné jsou pouze zadní vrtané průchody, které jsou znázorněny dvěma barvami.

Po výběru umístění z hlavní nabídky klikněte na tlačítko Drill Table (Tabulka pro vrtání) a zjistěte, kolik průchodů, PTH a dalších trollů bylo provedeno.

Technické obtíže procesu zpětného vrtání.

1.Regulace hloubky zpětného vrtání
Pro přesné zpracování slepých otvorů je klíčové řízení hloubky zpětného vrtání. Tolerance hloubky zpětného vrtání je do značné míry ovlivněna přesností zařízení pro zpětné vrtání a tolerancí tloušťky média. Přesnost zpětného vrtání však může být ovlivněna také vnějšími proměnnými, jako je odpor vrtáku, úhel hrotu vrtáku, kontaktní efekt mezi krycí deskou a měřicím zařízením a deformace desky. Pro dosažení nejlepších výsledků a řízení přesnosti zpětného vrtání je zásadní zvolit během výroby správné vrtací materiály a techniky. Konstruktéři mohou zaručit vysoce kvalitní přenos signálu a vyhnout se problémům s integritou signálu pečlivým řízením hloubky zpětného vrtání.

2. Řízení přesnosti zpětného vrtání
Přesná kontrola zpětného vrtání je klíčová pro kontrolu kvality desek plošných spojů v následných procesech. Zpětné vrtání zahrnuje sekundární vrtání na základě průměru původního otvoru a přesnost sekundárního vrtání je klíčová. Přesnost shody sekundárního vrtání může být ovlivněna řadou proměnných, jako je roztažnost a smršťování desky, přesnost stroje a techniky vrtání. Je nezbytné zajistit, aby postup zpětného vrtání byl přesně řízený, aby se minimalizovaly chyby a zachoval ideální přenos a integrita signálu.

Nejdůležitějším a nejnáročnějším krokem je vrtání, protože i malá chyba může vést k značnému poškození. Před objednáním byste měli zvážit dovednosti výrobce desek plošných spojů. Richfulljoy nabízí desky s vrtáním za dostupné ceny a specializuje se na montáž prototypů desek plošných spojů. Mezi naše výhody patří rychlé dodací lhůty a vysoká spolehlivost. Richfulljoy, známý výrobce desek plošných spojů v Číně, má veškeré znalosti a schopnosti potřebné k tomu, aby vám pomohl. Máte-li jakékoli návrhy na montáž desek plošných spojů nebo prototyp, kontaktujte nás: mkt-2@rich-pcb.com