Tiefengesteuertes Bohren in der Leiterplattenfertigung: Rückbohren – Was ist Rückbohren bei Leiterplatten?

Das Durchbohren von mehrlagigen Leiterplatten ist das Verfahren, bei dem die Verbindungsstege entfernt werden, um Durchkontaktierungen (Vias) zu erzeugen. Dadurch können Signale von einer Lage zur nächsten übertragen werden. (Die Verbindungsstege verursachen Reflexionen, Streuung, Verzögerungen und andere Probleme bei der Signalübertragung, was zu Signalverzerrungen führt.) Das Bohren mit kontrollierter Tiefe erfordert viel Geschick. Bei der Herstellung mehrlagiger Leiterplatten, wie z. B. 12-lagiger Leiterplatten, müssen die erste und die neunte Lage verbunden werden. Normalerweise werden die Durchkontaktierungen nur einmal gebohrt, bevor die Durchkontaktierungen aufgebracht werden. Die erste und die zwölfte Lage sind somit direkt verbunden. Tatsächlich muss die erste Lage nur mit der neunten Lage verbunden werden. Da keine Leiterbahnen die zehnte bis zwölfte Lage verbinden, verhalten sie sich wie Säulen. Diese Säule beeinflusst den Signalweg und kann die Signalintegrität beeinträchtigen. Daher wurde auf der gegenüberliegenden Seite dieser zusätzlichen Säule (in der Branche als Verbindungssteg bezeichnet) ein zweites Loch gebohrt.

Daher spricht man von Rückbohren. Dieses Verfahren ist jedoch in der Regel weniger sauber als das Bohren, da im nächsten Schritt Kupfer elektrolysiert wird und die Bohrerspitze ebenfalls scharf ist. Wir lassen daher eine sehr kleine Spitze stehen; die Länge dieses verbleibenden Stummels wird als B-Wert bezeichnet und liegt typischerweise zwischen 50 und 150 µm.

Rückbohr-PCB-Technologie

Um Signalverluste bei Hochfrequenzanwendungen zu minimieren, ist eine Durchgangsbohrung erforderlich, die die einzelnen Lagen verbindet, damit das Signal ungehindert fließen kann. Es wird empfohlen, überschüssiges Kupfer aus dieser Bohrung zu entfernen, da es als Antenne wirkt und die Übertragung beeinträchtigt, beispielsweise bei der Signalübertragung von Lage eins zu Lage zwei auf einer 20-lagigen Leiterplatte.

Um eine höhere Signalstabilität zu erreichen, wird das überschüssige Kupfer im Loch mittels Rückbohren (kontrollierte Tiefe in Z-Richtung) entfernt. Idealerweise sollte der Stummel (bzw. das überschüssige Kupfer) so kurz wie möglich sein. Typischerweise sollte der Durchmesser der Rückbohrung 0,2 mm größer sein als der des entsprechenden Vias.

DerDurch das Rückbohren werden die Stummel entfernt.von durchkontaktierten Löchern (Vias). Stubs sind die unnötigen /ungenutzte Bereiche von Durchkontaktierungen, die sich über die letzte verbundene innere Schicht hinaus erstrecken.
Stummel können zuReflexionen, sowieStörungen der Kapazität, Induktivität und ImpedanzDiese Diskontinuitätsfehler werden mit zunehmender Ausbreitungsgeschwindigkeit kritisch.
Rückwändeund insbesondere dicke Leiterplatten können dem standhaltensignifikante Störungen der Signalintegritätdurch Stubs. Für Hochfrequenz-Leiterplatten(z. B. mit Impedanzregelung), die Anwendung des Rückbohrens sowie die Anwendung vonBlind- und verdeckte Durchfahrtenkann Teil der Lösung sein.
Rückbohren kann angewendet werden beijede Art von LeiterplatteBei Verwendung von Blind-Vias kann es zu einer Verschlechterung der Signalintegrität kommen, wobei nur minimale Design- und Layoutüberlegungen erforderlich sind. Im Gegensatz dazu muss bei der Verwendung von Blind-Vias das Seitenverhältnis beachtet werden.

Merkmale der Leiterplatten-Rückseitenbohrung

Vorteile des Rückbohrens

● Reduzierung von Rauschstörungen und deterministischem Jitter;

● Verbesserung der Signalintegrität;

● Lokale Dickenreduzierung;

● Reduzierung des Einsatzes von vergrabenen und blinden Durchkontaktierungen und Verringerung der Schwierigkeit der Leiterplattenherstellung;

● Niedrigere Bitfehlerrate (BER);

● Geringere Signaldämpfung durch verbesserte Impedanzanpassung;

● Minimale Auswirkungen auf Design und Layout;

● Erhöhte Kanalbandbreite;

● Erhöhte Datenraten;

● verringerte EMI/EMV-Emissionen am Stichleitungsende;

● Verringerte Anregung von Resonanzmoden;

● Reduziertes Übersprechen zwischen den Durchkontaktierungen;

● Geringere Kosten als bei sequenziellen Laminierungen.

Nachteil des Rückbohrens

Bei hohen Signalstärken treten häufig Probleme auf, die möglicherweise mit einer unzureichenden Auslastung durch Stubs zusammenhängen. Betrachten wir einige dieser Probleme genauer.

Jitter deterministisch: 
Beide Uhren messen die Zeit, und die dabei auftretende Zeitabweichung wird als Jitter bezeichnet. Ein unschädlicher Jitter ist eine regelmäßige (d. h. begrenzte) zeitliche Abweichung.

Dämpfung des Signals:
Wenn ein Schall gedämpft wird, nimmt seine Intensität ab und der Impuls wird schwächer.

Strahlung durch elektromagnetische Felder:

Ein Via-Stichleitungsabschnitt kann als Antenne verwendet werden, die elektromagnetische Störungen abstrahlt.

Allgemeine Merkmale 

● Meist handelt es sich auf der Rückseite um starre Platten;

● Normalerweise für 8 oder mehr Lagen geeignet;

● Die Plattenstärke beträgt mehr als 2,5 mm;

● Die Mindestgröße der Bohrung beträgt 0,3 mm;

● Die Rückbohrung ist 0,2 mm größer als die Durchkontaktierungen;

● Toleranz der Rückbohrtiefe +/- 0,05 mm.

Welche Art von Leiterplatte muss rückseitig gebohrt werden?

Üblicherweise werden die Durchkontaktierungen auf Leiterplatten von oben nach unten durch die gesamte Leiterplatte gebohrt. Liegt die Leiterbahn, die die Durchkontaktierungen verbindet, nahe an der Oberseite (oder Unterseite), kommt es zu einer Verzweigung der Leiterbahn an der Durchkontaktierung der Leiterplattenverbindung. Dies beeinträchtigt die Signalqualität und verursacht Reflexionen. Signale, die sich mit höherer Geschwindigkeit ausbreiten, sind von diesem Effekt stärker betroffen.

Um eine hohe Signalübertragungsqualität zu erzielen, ist es allgemein üblich, dass die Leiterbahnen auf der Leiterplatte mit ihren Signalen bei einer Datenrate von ca. 1 Gbit/s eine Rückbohrung erfordern. Die Entwicklung von Hochgeschwindigkeitsverbindungen erfordert jedoch Systementwicklung und ist nicht so einfach, wie es zunächst scheint. Sind die Systemverbindungen nicht zu lang oder die Treiberleistung des Chips ausreichend, kann die Signalqualität auch ohne Rückbohrung einwandfrei sein. Daher ist die Simulation von Systemverbindungen die genaueste Methode, um festzustellen, ob eine Rückbohrung erforderlich ist.

Möglicherweise wissen Sie bereits, dass neben der Rückbohrtechnik verschiedene Fertigungsmethoden eingesetzt werden können, um die Länge des Durchkontaktierungsstutzens zu reduzieren oder zu optimieren. Dazu gehören unterschiedliche Lagenaufbauten, bei denen Leiterbahnen auf Lagen näher am Ende des Durchkontaktierungsstutzens verschoben werden, lasergebohrte Durchkontaktierungen (Mikro-Vias) oder Blind- und vergrabene Durchkontaktierungen. Da bei Hochfrequenzplatinen (über 3 GHz) andere Methoden zur Reduzierung von Signalreflexionen eingesetzt werden, ist das Rückbohren nicht erforderlich.

Diese Ansätze sind jedoch aus fertigungstechnischer und Kostensicht nicht immer praktikabel, um den Signalverlust in vielen hochdichten Leiterplatten oder Backplanes/Midplanes zu reduzieren. Daher ist das Aufbohren der Durchkontaktierungsstutzen die einzig praktikable Option. Wenn Blindbohrungen nicht möglich sind, ist das Aufbohren bei Hochfrequenzplatinen (über 1 GHz innerhalb von 3 GHz) unerlässlich.

Da die Leiterplatte so viele Lagen hat, können einige Löcher nicht als Sacklöcher ausgeführt werden (beispielsweise müssen bei einer 16-lagigen Leiterplatte einige Durchkontaktierungen mit den Lagen 1 bis 10 und andere Durchkontaktierungen mit den Lagen 7 bis 16 verbunden werden; diese Konstruktion ist nicht für Sacklöcher geeignet, eignet sich aber für die Rückseitenbohrung).

Wie bohrt man die Rückseite von Leiterplatten?

Der Prozess des Rückbohrens

1. Um die Position des ersten Bohrlochs zu bestimmen, verwenden Sie das dafür vorgesehene Positionierungsloch auf der Leiterplatte.

2. Vor dem Beschichten die Positionieröffnung mit einer trockenen Membran abdichten.

3. Das Loch mit Kupferpulver bestreuen, um einen Leiterkreis zu erzeugen.

4. Erstellen Sie eine äußere Grafik auf der Leiterplatte.

5. Nach der Erstellung des Außenlagenmusters wird die Grafikkarte auf der Leiterplatte gefertigt. Vor diesem Vorgang ist es unbedingt erforderlich, die Bestückungslöcher mit einer trockenen Membran abzudichten.

6. Verwenden Sie die Positionierungslöcher der ersten Bohrung, um die hintere Bohrung auszurichten, und verwenden Sie dann den Bohrer, um die galvanisierten Löcher zu bohren, die dieses Verfahren erfordern.

7. Nach dem letzten Bohrvorgang muss die Platte gereinigt werden, um eventuell vorhandene Bohrreste zu entfernen.

8. Nachdem die Platine validiert und die Signalintegrität verbessert wurde, ist genau darauf zu achten, ob der Bohrvorgang ordnungsgemäß durchgeführt wird.

Rückenübungen testen 

Sobald das Routing abgeschlossen ist, muss sichergestellt werden, dass die rückseitigen Bohrungen korrekt eingerichtet sind. Um dies zu überprüfen, aktivieren Sie alle Layer. Sie werden sehen, dass die Ränder der Vias zweifarbig dargestellt sind. Der erste Layer (Start-Layer) ist rot, der letzte blau. So lassen sich die rückseitig gebohrten Vias leicht von den anderen Vias unterscheiden. Nur die rückseitig gebohrten Vias sind zweifarbig sichtbar.

Klicken Sie nach Auswahl des Standorts im Hauptmenü auf „Bohrtabelle“, um herauszufinden, wie viele Vias, PTHs und andere Trolls durchgeführt wurden.

Technische Schwierigkeiten beim Rückbohren.

1.Rückbohrtiefenkontrolle
Für die präzise Bearbeitung von Blind-Vias ist die Kontrolle der Rückbohrtiefe entscheidend. Die Toleranz der Rückbohrtiefe hängt maßgeblich von der Präzision der Rückbohranlage und der Toleranz der mittleren Leiterbahndicke ab. Die Genauigkeit des Rückbohrens kann jedoch auch durch externe Faktoren wie Bohrwiderstand, Bohrspitzenwinkel, Kontakt zwischen Deckplatine und Messgerät sowie Leiterplattenverzug beeinflusst werden. Um optimale Ergebnisse zu erzielen und die Genauigkeit des Rückbohrens zu gewährleisten, ist die Wahl der richtigen Bohrmaterialien und -techniken während der Produktion unerlässlich. Durch die sorgfältige Kontrolle der Rückbohrtiefe können Entwickler eine hochwertige Signalübertragung sicherstellen und Probleme mit der Signalintegrität vermeiden.

2. Kontrolle der Rückbohrgenauigkeit
Eine präzise Steuerung des Rückbohrens ist für die Qualitätskontrolle von Leiterplatten in nachfolgenden Prozessen unerlässlich. Beim Rückbohren wird ein zweites Bohrloch basierend auf dem Durchmesser des ersten Bohrlochs nachgebohrt, wobei die Präzision des zweiten Bohrlochs von entscheidender Bedeutung ist. Die Genauigkeit der zweiten Bohrung kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, wie z. B. die Ausdehnung und Kontraktion der Leiterplatte, die Maschinengenauigkeit und die Bohrtechnik. Um Fehler zu minimieren und eine optimale Signalübertragung und -integrität zu gewährleisten, ist es daher unerlässlich, dass das Rückbohren präzise gesteuert wird.

Der wichtigste und anspruchsvollste Schritt ist das Bohren, da selbst kleinste Fehler erhebliche Schäden verursachen können. Bevor Sie eine Bestellung aufgeben, sollten Sie die Kompetenz des Leiterplattenherstellers berücksichtigen. Richfulljoy bietet rückseitig gebohrte Leiterplatten zu günstigen Preisen und ist auf die Prototypenfertigung von Leiterplatten spezialisiert. Zu unseren Vorteilen zählen kurze Lieferzeiten und hohe Zuverlässigkeit. Richfulljoy, ein renommierter Leiterplattenhersteller in China, verfügt über das nötige Know-how und die erforderlichen Fähigkeiten, um Sie zu unterstützen. Bei Fragen zur Leiterplattenbestückung oder zum Prototypenbau kontaktieren Sie uns bitte unter: mkt-2@rich-pcb.com