PCB 製造における制御された深さのドリリング: バックドリリング PCB のバックドリリングとは何ですか?

多層プリント配線板におけるバックドリル加工は、スタブを除去してビアを作成し、基板の層間を信号が伝わるようにする工程です。（スタブは信号伝送中に反射、散乱、遅延などの問題を引き起こし、信号が歪む原因となります。）制御された深さでドリル加工を行うには、高度な技術が必要です。12層基板などの多層回路基板を製造するには、1層目と9層目を接続する必要があります。通常、貫通ビアをめっきする前に、スルーホールを1回だけドリルで穴を開けます。そのため、1階と12階はすぐに接続されます。実際には、1階と9階を接続するだけで済みます。10階から12階までを接続する配線がないため、柱のように見えます。この柱は信号経路に影響を与え、通信信号の信号整合性を損なう可能性があります。そのため、追加の柱の反対側に二次穴が掘られました (業界では STUB と呼ばれます)。

そのため、バックドリリングと呼ばれますが、次の工程で銅が電気分解され、ドリルの先端も鋭利になるため、通常はドリリングよりもクリーン度が低くなります。そのため、非常に小さなスタブ（STUB）を残します。この残ったスタブの長さはB値と呼ばれ、通常は50～150μmの範囲です。

バックドリルPCB技術

高周波アプリケーションでは信号損失を低減する必要があるため、信号が層間を移動する際にスムーズに流れるよう、層間を接続するスルーホールが必要です。このアプリケーションでは、このスルーホールから余分な銅を取り除くことをお勧めします。これは、例えば20層基板で信号が層1から層2に流れる場合、余分な銅がアンテナとして機能し、伝送に影響を与えるためです。

信号安定性を高めるため、バックドリル（Z軸方向の深さを制御）を用いて、穴内の「余分な」銅箔を除去します。理想的な結果は、スタブ（または「余分な」銅箔）を可能な限り短くすることです。通常、バックドリルのサイズは対応するビアより0.2mm大きくする必要があります。

そのバックドリルプロセスはスタブを削除しますメッキされたスルーホール（ビア）からのスタブは不要なものです。ビアの未使用部分最後に接続した内部レイヤーよりもさらに延長されます。
スタブは次のような結果をもたらす反射、 同様に容量、誘導性、インピーダンスの乱れこの不連続エラーは伝播速度が増加するにつれて重大になります。
バックプレーン特に厚いプリント基板は、重大な信号整合性の障害スタブを通して。 高周波PCB（例えばインピーダンス制御）、バックドリリングの適用、およびブラインドビアと埋め込みビアは、解決策の一部となる可能性があります。
バックドリルは以下に適用できますあらゆる種類の回路基板スタブは信号整合性を低下させる原因となるため、設計とレイアウトの考慮は最小限で済みます。一方、ブラインドビアを使用する場合は、アスペクト比を考慮する必要があります。

PCBバックドリルの特徴

バックドリリングの利点

● ノイズ干渉と確定的ジッタを低減します。

● 信号の整合性を向上します。

● 局所的な厚さ減少

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

● ビットエラー率（BER）が低い

● インピーダンス整合の改善により信号減衰が低減します。

● デザインとレイアウトへの影響は最小限です。

● チャネル帯域幅の増加

● データレートの向上

● スタブ端からの EMI/EMC 放射の減少。

● 共振モードの励起を低減

● ビア間クロストークの低減

● 連続積層よりもコストが低い。

バックドリリングの欠点

高い信号には、十分に活用されていないビアスタブに起因する問題が頻繁に発生します。スタブに関する問題をいくつか詳しく見ていきましょう。

ジッタ決定論的: 
どちらのクロックもタイミングを計るものであり、その時間誤差の量はジッタと呼ばれます。抑止ジッタは、規則的な（つまり限定的な）時間的変化として知られています。

信号の減衰:
音が減衰すると、音の強さが減少し、脈拍が弱くなります。

EMIからの放射:

ビア スタブはアンテナとして使用され、EMI を放射する可能性があります。

一般的な特徴 

● 背面は硬い板がほとんどです。

● 通常8層以上で使用されます。

● 板厚は2.5mm以上

● 最小ホールドサイズは0.3mmです。

● バックドリルはビアより 0.2mm 大きくなります。

● バックドリル深さの許容範囲は+/-0.05MMです。

どのような種類の PCB にバックドリルが必要ですか?

通常、PCB基板の穴は基板を貫通して（上から下へ）開けられます。ビアホールを接続するトレースが最上層（または最下層）に近い場合、PCB相互接続リンクのビアホールでスタブ分岐が発生し、信号品質に影響を与え、反射が発生します。速度が速い信号は、この影響を受けやすくなります。

高品質な信号伝送を実現するためには、1Gbps程度の信号が伝送されるPCB基板上の回路トラックにおいて、バックドリル設計を考慮する必要があると一般的に考えられています。もちろん、高速接続ラインの設計にはシステムエンジニアリングが必要であり、一見するとそれほど単純ではありません。システム相互接続リンクがそれほど長くない場合、またはチップの駆動能力が十分に強力である場合、バックドリルなしでも信号品質に問題がない可能性があります。したがって、システム相互接続リンクシミュレーションは、バックドリルが必要かどうかを判断するための最も正確な方法です。

バックドリル技術に加えて、スタブの長さを短縮または最適化するために様々な構築手法が利用できることをご存知かもしれません。これには、回路トラックのトレースをビアスタブの端に近い層にシフトするスタックアップ配置、レーザードリルによるビア（マイクロビア）、ブラインドビアやベリードビアなどが含まれます。また、高周波（3GHz以上）基板では信号反射を低減するために他の手法が用いられるため、バックドリルは不要です。

しかし、これらのアプローチは、製造設備やコストの観点から、多くの高密度PCBやバックプレーン／ミッドプレーンにおける信号損失を低減するためには必ずしも現実的ではありません。そのため、唯一の現実的な選択肢は、ビアスタブをバックドリルで除去することです。ブラインドビアホールが利用できない場合、高周波（3GHz帯で1GHz以上）の基板ではバックドリルが必須となります。

また、PCB には非常に多くの層があるため、一部の穴はブラインド ホールとして設計できません (たとえば、16 層の PCB では、一部のビア ホールは 1 層目から 10 層目に接続する必要があり、別のビア ホールは 7 層目から 16 層目に接続する必要があります。この設計はブラインド ホールには適していませんが、バック ドリルには適しています)。

PCB バックドリルはどのように行うのですか?

バックドリリングのプロセス

1.最初のドリル穴の位置を決めるには、PCB に用意されている位置決め穴を使用します。

2.メッキ前に、乾燥膜を使用して位置穴を密閉します。

3.穴に銅をまぶしてガイド回路を作ります。

4. PCB 上に外側のグラフィックを作成します。

5. 外層パターンを作成した後、グラフィックボードをPCB上に実装します。このプロセスを開始する前に、配置穴を乾燥した膜で密閉することが重要です。

6.最初のドリルの配置穴を使用してバックドリルの位置を合わせ、ドリルビットを使用して、この手順を必要とする電気メッキ穴をドリルで開けます。

7. 最後の穴あけが終わったら、残ったドリルの跡を取り除くためにボードを掃除する必要があります。

8.ボードが検証され、信号の整合性が改善された後、ドリル作業が適切に実行されているかどうかに細心の注意を払います。

バックドリルをテストする 

配線が完了したら、バックドリルが正しく設定されていることを確認する必要があります。確認するには、すべてのレイヤーをオンにしてください。ビアの縁が2色で表示されているのがわかります。最初のレイヤー、つまり開始レイヤーは赤で、最後のレイヤーは青で表示されます。バックドリルされたビアと他のビアの区別は簡単です。バックドリルされたビアのみが2色で表示されます。

メイン メニューから場所を選択した後、[ドリル テーブル] をクリックすると、実行された Via、PTH、およびその他のトロールの数を確認できます。

バックドリリング工程の技術的な難しさ。

1.バックドリルの深さ制御
ブラインドビアを正確に加工するには、バックドリルの深さ管理が不可欠です。バックドリルの深さ公差は、バックドリル装置の精度と媒体厚公差に大きく左右されます。しかし、バックドリルの精度は、ドリル抵抗、ドリル先端角度、カバー基板と測定装置との接触効果、基板の反りといった外部要因の影響を受けることもあります。最高の結果を得てバックドリルの精度を管理するには、製造工程において適切なドリル材料と技術を選択することが重要です。設計者はバックドリルの深さを綿密に管理することで、高品質な信号伝送を保証し、信号整合性の問題を回避できます。

2.バックドリリング精度管理
正確なバックドリリング制御は、後続工程におけるPCBの品質管理に不可欠です。バックドリリングは、最初のドリルの穴径に基づいて二次ドリリングを行うため、二次ドリリングの精度が極めて重要です。二次ドリリングの精度は、基板の膨張・収縮、機械の精度、ドリリング技術など、様々な変数の影響を受ける可能性があります。エラーを最小限に抑え、理想的な信号伝送と整合性を維持するためには、バックドリリング工程が正確に制御されたドリリングであることを確実にすることが不可欠です。

最も重要かつ困難な工程は穴あけ加工です。わずかなミスでも大きな損傷につながる可能性があるためです。ご注文前に、PCBメーカーのスキルを慎重にご検討ください。Richfulljoyは、手頃な価格でバックドリル加工済みの基板を提供しており、PCBプロトタイプの組み立てを専門としています。当社の強みは、迅速な納期と高い信頼性です。中国で著名なPCBメーカーであるRichfulljoyは、お客様をサポ​​ートするために必要な知識と能力をすべて備えています。PCBの組み立てやプロトタイプについてご提案がございましたら、mkt-2@rich-pcb.comまでお問い合わせください。