高速PCB設計におけるバックドリル技術の分析

2020年4月8日

なぜバックドリル設計を行う必要があるのでしょうか?

まず、高速相互接続リンクのコンポーネントは次のとおりです。

①エンドチップの送付（パッケージングおよびPCB経由）

②サブカードPCB配線

③ サブカードコネクタ

④ バックボードPCB配線

⑤ 反対側のサブカードコネクタ

⑥ 反対側サブカードPCB配線

⑦ AC結合容量

8 受信チップ（パッケージングとPCBビア）

電子製品の高速信号相互接続リンクは比較的複雑であり、通常、さまざまなコンポーネントの接続ポイントでインピーダンスの不整合の問題が発生し、信号が放出されます。

高速相互接続リンクにおける共通インピーダンス不連続点:

（１）チップパッケージング：通常、チップパッケージ基板内のPCB配線幅は通常のPCBよりもはるかに狭く、インピーダンス制御が困難です。

（２）PCBビア：PCBビアは通常、特性インピーダンスが低い容量性効果を持ち、PCB設計において最も重点的に最適化されるべきものである。

（３）コネクタ：コネクタ内部の銅相互接続リンクの設計は、機械的信頼性と電気的性能の両方の影響を受けるため、両者のバランスをとる必要があります。

PCBビアは通常、スルーホール（表面から下層への貫通孔）として設計されます。ビアを接続するPCB配線が最上層に近い配線になると、PCB相互接続リンクのビアで「スタブ」分岐が発生し、信号反射を引き起こして信号品質に影響を与えます。この影響は、高速信号において特に顕著です。

バックドリル加工方法の紹介

バックドリリング技術とは、深さ制御ドリリング方法を使用し、二次ドリリング方法を使用してコネクタまたは信号ビアのスタブホールの壁をドリルで穴あけすることを指します。

下図に示すように、スルーホール形成後、「裏側」から二次ドリル加工によりPCBスルーホールの余分なスタブを除去します。もちろん、バックドリルビットの直径はスルーホールサイズよりも大きくする必要があり、ドリル加工の深さ許容レベルは「PCBの穴と配線の接続を損なわない」という原則に基づき、「残存スタブ長を可能な限り短くする」ことを確保する必要があります。これを「深さ制御ドリル加工」と呼びます。

スルーホールバックドリル部の概略図

上記はスルーホールバックドリル部の概略図です。左側は通常の信号スルーホール、右側はバックドリル後のスルーホールの概略図で、最下層からトレースが配置されている信号層までドリル加工されていることを示しています。

バックドリリング技術は、ホール壁スタブによって発生する寄生容量の影響を除去し、チャネルリンクのスルーホールにおける配線とインピーダンスの一貫性を確保し、信号反射を低減して信号品質を向上させます。

バックドリルは現在、チャネル伝送性能の向上に最も効果的で、最も費用対効果の高い技術です。ただし、バックドリル技術の使用は、PCB製造コストをある程度増加させます。

シングルボードバックドリリングの分類

バックドリリングには、片面バックドリリングと両面バックドリリングの2種類があります。

片面ドリル加工は、上面からのバックドリル加工と下面からのバックドリル加工に分けられます。コネクタプラグピンのピン穴は、接続面の反対側からのみバックドリル加工が可能です。高速信号コネクタがPCBの表裏両面に配置されている場合は、両面バックドリル加工が必要です。

バックドリリングの利点

1) ノイズ干渉を低減します。

2) 信号の整合性を向上する。

3) 局所的に板厚が薄くなる

4) 埋め込みビア/ブラインドビアの使用を減らして、PCB 製造の難易度を軽減します。