Foratura a profondità controllata nella produzione di PCB: foratura posteriore: cos'è la foratura posteriore nel PCB?

La foratura a fondo (backdrilling) nelle schede a circuito stampato multistrato è la procedura di rimozione dello stub per produrre fori di via, consentendo ai segnali di passare da uno strato all'altro della scheda. (Gli stub creano riflessione, dispersione, ritardo e altri problemi durante la trasmissione del segnale, che ne causano la distorsione.) La foratura a profondità controllata richiede competenze complesse. La realizzazione di schede a circuito stampato multistrato, come quelle a 12 strati, richiede il collegamento del primo strato al nono. In genere, foriamo i fori passanti solo una volta prima di rivestire i fori di via passanti. Il primo piano e il dodicesimo piano sono quindi immediatamente collegati. In realtà, il primo piano deve solo essere collegato al nono piano. Poiché non ci sono fili che collegano i livelli dal decimo al dodicesimo, assomigliano a pilastri. Questa colonna ha un impatto sul percorso del segnale e può compromettere l'integrità del segnale di comunicazione. Pertanto, è stato praticato un foro secondario sul lato opposto della colonna aggiuntiva (definita STUB nel settore).

Di conseguenza, è noto come back drilling, ma è in genere meno pulito della foratura tradizionale perché il passaggio successivo elettrolizza una parte del rame e la punta del trapano è anch'essa affilata. Lasceremo quindi un punto molto piccolo; la lunghezza di questo STUB rimanente è nota come valore B e varia in genere da 50 a 150 µm.

Tecnologia PCB back-drilling

A causa della necessità di ridurre la perdita di segnale nelle applicazioni ad alta frequenza, è necessario un foro passante che colleghi gli strati per consentire al segnale di fluire mentre si sposta da uno strato all'altro. Si consiglia di rimuovere il rame in eccesso da questo foro per questa applicazione, poiché funziona come un'antenna e influisce sulla trasmissione se il segnale deve fluire dallo strato 1 allo strato 2 in una scheda a 20 strati, ad esempio.

Per ottenere una maggiore stabilità del segnale, eliminiamo il rame "in eccesso" nel foro mediante la tecnica del back-drilling (profondità controllata sull'asse z). Il risultato ideale è che lo stub (o rame "in eccesso") sia il più corto possibile. In genere, la dimensione del back-drilling dovrebbe essere di 0,2 mm maggiore rispetto al foro di via corrispondente.

ILil processo di backdrill rimuove i monconida fori passanti placcati (via). I monconi sono i non necessari /porzioni inutilizzate di vie, che si estendono oltre l'ultimo strato interno connesso.
I monconi possono portare ariflessioni, così comedisturbi di capacità, induttività e impedenzaQuesti errori di discontinuità diventano critici con l'aumentare della velocità di propagazione.
Backplanee in particolare i circuiti stampati spessi possono resisteredisturbi significativi dell'integrità del segnaleattraverso i mozziconi. Per PCB ad alta frequenza(ad esempio con controllo dell'impedenza), l'applicazione del backdrilling, nonché l'applicazione divie cieche e interrate, può essere parte della soluzione.
Il backdrill può essere applicato aqualsiasi tipo di circuito stampatodove gli stub causano il degrado dell'integrità del segnale, con considerazioni minime di progettazione e layout. Al contrario, quando si utilizzano vie cieche, è necessario tenere presente il rapporto di aspetto.

Caratteristiche della foratura posteriore del PCB

Vantaggi della perforazione posteriore

● Ridurre le interferenze di rumore e il jitter deterministico;

● Migliorare l'integrità del segnale;

● Riduzione locale dello spessore;

● Ridurre l'uso di vie interrate e cieche e ridurre la difficoltà di produzione dei PCB;

● Tasso di errore di bit (BER) inferiore;

● Minore attenuazione del segnale con migliore adattamento dell'impedenza;

● Impatto minimo sul design e sul layout;

● Aumento della larghezza di banda del canale;

● Aumento della velocità dei dati;

● riduzione delle emissioni EMI/EMC dall'estremità del moncone;

● Riduzione dell'eccitazione delle modalità di risonanza;

● Riduzione della diafonia tra vie;

● Costi inferiori rispetto alle laminazioni sequenziali.

Svantaggio della perforazione posteriore

I segnali ad alta frequenza presentano spesso problemi che potrebbero essere collegati a stub di via sottoutilizzati. Diamo un'occhiata più da vicino ad alcuni dei problemi degli stub.

Jitter deterministico: 
Entrambi gli orologi sono temporizzati e l'entità dell'errore temporale è definita jitter. Un jitter deterrente è ciò che è noto come una modifica temporale regolare (cioè limitata).

Attenuazione del segnale:
Quando un suono viene attenuato, la sua intensità diminuisce e l'impulso diventa più debole.

Radiazioni da EMI:

Un troncone di via può essere utilizzato come antenna, irradiando EMI.

Caratteristiche generali 

● Per lo più si tratta di tavole rigide sul retro;

● Normalmente utilizzato su 8 strati o più;

● Lo spessore della tavola è superiore a 2,5 mm;

● La dimensione minima di presa è 0,3 mm;

● La foratura posteriore è più grande di 0,2 mm rispetto alle vie;

● Tolleranza della profondità di foratura posteriore +/-0,05 mm.

Che tipo di PCB necessita di foratura posteriore?

In genere, i fori sulla scheda PCB vengono praticati attraverso la scheda (dall'alto verso il basso). Se la traccia che collega i fori di via è vicina allo strato superiore (o inferiore), si verificherà una biforcazione dello stub in corrispondenza del foro di via del collegamento di interconnessione PCB, che influirà sulla qualità del segnale e causerà riflessioni. I segnali che viaggiano a velocità più elevate sono maggiormente influenzati da questo effetto.

Per ottenere un'elevata qualità di trasmissione del segnale, è generalmente noto che la traccia del circuito sulla scheda PCB, con i suoi segnali a una velocità di circa 1 Gbps, debba essere considerata per includere la progettazione del back-drill. Naturalmente, la progettazione di linee di connettività ad alta velocità richiede un'ingegneria di sistema e non è così semplice come potrebbe sembrare. Se i collegamenti di interconnessione del sistema non sono troppo lunghi o la capacità di pilotaggio del chip è sufficientemente potente, la qualità del segnale può essere impeccabile senza alcun back-drill. Pertanto, la simulazione dei collegamenti di interconnessione del sistema è il metodo più accurato per determinare se il back-drill sia necessario o meno.

Oltre alla tecnologia di back drilling, è possibile impiegare anche diversi metodi di costruzione per ridurre o ottimizzare la lunghezza dello stub. Tra questi, diverse configurazioni di stack-up, in cui le tracce del circuito vengono spostate su strati più vicini all'estremità dello stub di via, fori per via forati al laser (microvia) o via ciechi e interrati. Inoltre, poiché vengono impiegati altri metodi per ridurre la riflessione del segnale sulle schede ad alta frequenza (superiore a 3 GHz), il back drilling non è necessario.

Tuttavia, questi approcci non sono sempre pratici, dal punto di vista produttivo e dei costi, per ridurre la perdita di segnale in molti PCB o backplane/midplane ad alta densità. Pertanto, l'unica scelta praticabile è quella di forare il foro di via. Quando i fori per via ciechi non sono un'opzione, la foratura diventa indispensabile per le schede ad alta frequenza (oltre 1 GHz entro 3 GHz).

E poiché il PCB ha così tanti strati, alcuni fori non possono essere progettati come fori ciechi (ad esempio, su un PCB a 16 strati, alcuni fori passanti devono essere collegati agli strati da 1 a 10 e un altro foro passante deve essere collegato agli strati da 7 a 16; questa progettazione non è adatta per i fori ciechi ma è adatta per la foratura posteriore).

Come eseguire la foratura posteriore del PCB?

Il processo di perforazione posteriore

1. Per individuare il primo foro di perforazione, utilizzare il foro di posizionamento fornito sul PCB.

2. Prima della placcatura, utilizzare una membrana asciutta per sigillare il foro di posizionamento.

3. Ricoprire il foro con rame per creare un circuito guida.

4. Creare una grafica esterna sul PCB.

5. Dopo aver creato il pattern dello strato esterno, la scheda grafica verrà realizzata sul PCB. Prima di iniziare questo processo, è fondamentale sigillare il foro di posizionamento con una membrana asciutta.

6. Utilizzare i fori di posizionamento della prima perforazione per allineare la perforazione posteriore, quindi utilizzare la punta del trapano per praticare i fori galvanizzati che richiedono questa procedura.

7. Dopo la foratura finale, la tavola deve essere pulita per eliminare eventuali residui di foratura.

8. Dopo aver convalidato la scheda e migliorato l'integrità del segnale, prestare molta attenzione a verificare che l'operazione di perforazione venga eseguita correttamente.

Prova gli esercizi per la schiena 

Una volta completata la fresatura, dobbiamo assicurarci che i fori posteriori siano stati impostati correttamente. Per verificarlo, attiviamo tutti i livelli. Vedremo che il bordo dei fori di via ha due colori. Il primo livello, o livello iniziale, è mostrato in rosso, mentre il livello finale è mostrato in blu. È semplice distinguere i fori di via con foratura posteriore dagli altri. Solo i fori di via con foratura posteriore sono visibili con due colori.

Dopo aver selezionato la posizione dal menu principale, fare clic su Drill Table per scoprire quanti Vias, PTH e altri troll sono stati eseguiti.

Difficoltà tecniche del processo di perforazione posteriore.

1.Controllo della profondità di foratura posteriore
Per la lavorazione accurata di fori passanti ciechi, il controllo della profondità di foratura posteriore è fondamentale. La tolleranza della profondità di foratura posteriore è ampiamente influenzata dalla precisione dell'attrezzatura di foratura posteriore e dalla tolleranza dello spessore medio. La precisione della foratura posteriore, tuttavia, può essere influenzata anche da variabili esterne come la resistenza della foratura, l'angolazione della punta, l'effetto di contatto tra la piastra di copertura e il dispositivo di misurazione e la deformazione della piastra. Per ottenere i migliori risultati e gestire la precisione della foratura posteriore, è fondamentale scegliere i materiali e le tecniche di foratura corretti durante la produzione. I progettisti possono garantire una trasmissione del segnale di alta qualità ed evitare problemi di integrità del segnale gestendo meticolosamente la profondità di foratura posteriore.

2. Controllo della precisione della foratura posteriore
Un controllo accurato della foratura posteriore è fondamentale per il controllo qualità del PCB nei processi successivi. La foratura posteriore prevede una foratura secondaria basata sul diametro del foro iniziale, e la precisione della foratura secondaria è fondamentale. La precisione della coincidenza della foratura secondaria può essere influenzata da diverse variabili, come l'espansione e la contrazione della scheda, la precisione della macchina e le tecniche di foratura. È essenziale assicurarsi che la procedura di foratura posteriore sia controllata con precisione per ridurre al minimo gli errori e mantenere una trasmissione e un'integrità del segnale ideali.

La fase più importante e impegnativa è la foratura, perché anche un piccolo errore potrebbe causare danni significativi. Prima di effettuare un ordine, è necessario valutare le competenze del produttore di PCB. Richfulljoy offre schede con foratura posteriore a prezzi accessibili ed è specializzata nell'assemblaggio di prototipi di PCB. I nostri vantaggi includono tempi di consegna rapidi e un'elevata affidabilità. Richfulljoy, un noto produttore di PCB in Cina, possiede tutte le conoscenze e le competenze necessarie per assistervi. Se avete suggerimenti per l'assemblaggio o il prototipo di un PCB, contattateci all'indirizzo: mkt-2@rich-pcb.com