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Analyse der Rückbohrtechnologie im Hochgeschwindigkeits-Leiterplattendesign
08.04.2020
Warum ist eine Rückbohrplanung notwendig?
Erstens bestehen die Komponenten einer Hochgeschwindigkeitsverbindung aus folgenden Teilen:
① Sendeendchip (Gehäuse und Leiterplattendurchkontaktierung)
② Verdrahtung der Subkarten-Leiterplatte
③ Subkartenanschluss
④ Verdrahtung der Rückwandplatine
⑤ Gegenüberliegender Subkartenanschluss
⑥ Verdrahtung der gegenüberliegenden Subkarten-Leiterplatte
⑦ Wechselstrom-Kopplungskapazität
⑧ Empfängerchip (Gehäuse und Leiterplattendurchkontaktierung)
Die Hochgeschwindigkeitssignalverbindung elektronischer Produkte ist relativ komplex, und es treten üblicherweise Impedanzfehlanpassungsprobleme an verschiedenen Komponentenanschlusspunkten auf, was zu Signalaussendungen führt.
Häufige Impedanzdiskontinuitätspunkte in Hochgeschwindigkeits-Verbindungsstrecken:
(1) Chipgehäuse: Im Allgemeinen ist die Leiterbahnbreite innerhalb des Chipgehäusesubstrats viel geringer als bei einer herkömmlichen Leiterplatte, was die Impedanzkontrolle erschwert.
(2) Durchkontaktierungen auf der Leiterplatte: Durchkontaktierungen auf der Leiterplatte sind in der Regel kapazitive Effekte mit niedriger charakteristischer Impedanz und sollten daher im Leiterplattendesign besonders beachtet und optimiert werden.
(3) Steckverbinder: Die Konstruktion der Kupferverbindungsleitung im Inneren des Steckverbinders wird sowohl von der mechanischen Zuverlässigkeit als auch von der elektrischen Leistungsfähigkeit beeinflusst; daher sollte ein Gleichgewicht zwischen beiden angestrebt werden.
Die Durchkontaktierung auf einer Leiterplatte ist üblicherweise als Durchgangsloch (von der Oberseite zur Unterseite) ausgeführt. Verläuft die Leiterbahn, die die Durchkontaktierung verbindet, näher an der Oberseite, entsteht an der Durchkontaktierung der Leiterplattenverbindung eine sogenannte Stichleitungsverzweigung. Dies führt zu Signalreflexionen und beeinträchtigt die Signalqualität. Dieser Effekt ist bei höheren Übertragungsgeschwindigkeiten stärker ausgeprägt.
Einführung in die Rückbohrverfahren
Die Rückbohrtechnologie bezeichnet die Verwendung tiefenkontrollierter Bohrverfahren, bei denen mit einem zweiten Bohrverfahren die Wände des Stutzenlochs eines Steckverbinders oder einer Signaldurchführung ausgebohrt werden.
Wie in der Abbildung unten dargestellt, wird nach dem Herstellen des Durchgangslochs der überschüssige Rest des Leiterplatten-Durchgangslochs durch Nachbohren von der Rückseite entfernt. Der Durchmesser des Rückbohrers muss dabei größer als der Durchmesser des Durchgangslochs sein, und die Tiefentoleranz des Bohrvorgangs muss dem Prinzip folgen, die Verbindung zwischen Leiterplattenloch und Leiterbahnen nicht zu beschädigen und die verbleibende Restlänge so gering wie möglich zu halten. Dieses Verfahren wird als Tiefenkontrollbohren bezeichnet.
Schematische Darstellung des Durchgangsloch-Rückbohrabschnitts
Die obige Abbildung zeigt schematisch den Abschnitt „Durchkontaktierung mit Rückbohrung“. Links ist eine normale Signaldurchkontaktierung dargestellt, rechts die Durchkontaktierung nach der Rückbohrung. Hierbei wird das Bohren von der unteren Lage bis zur Signallage, auf der sich die Leiterbahn befindet, veranschaulicht.
Durch die Rückbohrtechnik kann der durch die Lochwandstubs verursachte parasitäre Kapazitätseffekt beseitigt werden. Dadurch wird die Konsistenz zwischen der Verdrahtung und der Impedanz am Durchgangsloch in der Kanalverbindung sichergestellt, die Signalreflexion reduziert und somit die Signalqualität verbessert.
Das Rückbohren ist derzeit die kostengünstigste und effektivste Technologie zur Verbesserung der Kanalübertragungsleistung. Der Einsatz dieser Technologie erhöht jedoch die Kosten der Leiterplattenherstellung in gewissem Maße.
Klassifizierung von einteiligen Brettern mit rückseitiger Bohrung
Das Rückbohren besteht aus zwei Arten: einseitigem Rückbohren und doppelseitigem Rückbohren.
Einseitiges Bohren lässt sich in Rückbohrung von der Ober- oder Unterseite unterteilen. Die Stiftbohrung des Steckverbinders kann nur von der der Anschlussfläche gegenüberliegenden Seite rückgebohrt werden. Sind Hochgeschwindigkeitssignalsteckverbinder sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite der Leiterplatte angeordnet, ist beidseitiges Rückbohren erforderlich.
Vorteile des Rückbohrens
1) Reduzierung von Rauschstörungen;
2) Verbesserung der Signalintegrität;
3) Die lokale Plattenstärke nimmt ab;
4) Die Verwendung von vergrabenen/blinden Durchkontaktierungen sollte reduziert werden, um die Herstellung von Leiterplatten zu vereinfachen.
Welche Rolle spielt das Rückbohren?
Die Funktion des Rückbohrens besteht darin, Durchgangslochabschnitte auszubohren, die keine Verbindungs- oder Übertragungsfunktion haben, um Reflexionen, Streuung, Verzögerungen usw. bei der Hochgeschwindigkeitssignalübertragung zu vermeiden.
Rückbohrverfahren
a. Auf der Leiterplatte befinden sich Positionierungslöcher, die für die erste Bohrpositionierung und das erste Bohren der Leiterplatte verwendet werden;
b. Nach dem ersten Bohren der Löcher wird die Leiterplatte galvanisiert. Vor der Galvanisierung wird das Positionierungsloch mit einem Trockenfilm versiegelt.
c. Äußeres Muster auf der galvanisierten Leiterplatte erzeugen;
d. Nach dem Aufbringen des Musters auf die äußere Schicht der Leiterplatte wird eine Mustergalvanisierung durchgeführt.
e. Verwenden Sie für die Positionierung beim Rückbohren das Positionierungsloch, das beim ersten Bohren verwendet wurde, und verwenden Sie zum Rückbohren ein Bohrblatt;
f. Spülen Sie das rückseitig gebohrte Loch mit Wasser aus, um eventuell verbliebene Bohrspäne im Inneren zu entfernen.
