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고속 PCB 설계에서 백 드릴링 기술 분석
2020년 4월 8일
백드릴 설계가 왜 필요할까요?
첫째, 고속 상호 연결 링크의 구성 요소는 다음과 같습니다.
① 엔드칩 전송 (패키징 및 PCB 비아)
② 서브 카드 PCB 배선
③ 서브 카드 커넥터
④ 백보드 PCB 배선
⑤ 반대쪽 서브 카드 커넥터
⑥ 반대쪽 서브 카드 PCB 배선
⑦ AC 커플링 커패시턴스
⑧ 수신기 칩 (패키징 및 PCB 비아)
전자 제품의 고속 신호 상호 연결 링크는 비교적 복잡하며, 일반적으로 부품 연결 지점에서 임피던스 불일치 문제가 발생하여 신호 누출을 초래합니다.
고속 상호 연결 링크에서 흔히 발생하는 임피던스 불연속 지점:
(1) 칩 패키징: 일반적으로 칩 패키징 기판 내부의 PCB 배선 폭은 일반 PCB보다 훨씬 좁아 임피던스 제어가 어렵습니다.
(2) PCB 비아: PCB 비아는 일반적으로 낮은 특성 임피던스를 갖는 정전 용량 효과를 가지므로 PCB 설계에서 가장 집중하고 최적화해야 합니다.
(3) 커넥터: 커넥터 내부의 구리 상호 연결 링크의 설계는 기계적 신뢰성과 전기적 성능 모두의 영향을 받으므로 둘 사이의 균형을 찾아야 합니다.
PCB 비아는 일반적으로 상단 표면에서 하단 레이어까지 관통하는 형태로 설계됩니다. 비아를 연결하는 PCB 라인이 상단 레이어에 더 가깝게 배선될 경우, PCB 상호 연결 링크의 비아 부분에서 "스터브" 분기가 발생하여 신호 반사가 일어나고 신호 품질에 영향을 미칩니다. 이러한 영향은 고속 신호에서 더욱 크게 나타납니다.
백드릴 가공 방법 소개
백 드릴링 기술은 깊이 제어 드릴링 방법을 사용하여 2차 드릴링 방법을 통해 커넥터 또는 신호 비아의 스터브 홀 벽을 뚫는 것을 의미합니다.
아래 그림과 같이, 스루홀 형성 후 PCB 스루홀의 남은 스터브는 "뒷면"에서 2차 드릴링을 통해 제거합니다. 물론, 백드릴 비트의 직경은 스루홀 크기보다 커야 하며, 드릴링 과정의 깊이 허용 오차는 "PCB 홀과 배선 사이의 연결을 손상시키지 않는 것"이라는 원칙에 따라 "남은 스터브의 길이를 최대한 짧게" 해야 합니다. 이를 "깊이 제어 드릴링"이라고 합니다.
관통 구멍 백드릴 단면의 개략도
위 그림은 관통형 백드릴링(BackDrill) 공정의 개략도입니다. 왼쪽은 일반적인 신호 관통형 홀이고, 오른쪽은 백드릴링 후의 관통형 홀의 개략도로, 하부층에서 트레이스가 위치한 신호층까지 드릴링하는 과정을 보여줍니다.
후면 드릴링 기술은 홀 벽면의 돌출부로 인한 기생 정전 용량 효과를 제거하여 채널 링크의 관통 홀에서 배선과 임피던스 간의 일관성을 보장하고 신호 반사를 줄여 신호 품질을 향상시킬 수 있습니다.
백드릴링은 현재 채널 전송 성능 향상에 가장 효과적인 동시에 비용 효율성이 가장 높은 기술입니다. 다만, 백드릴링 기술을 사용하면 PCB 생산 비용이 어느 정도 증가하게 됩니다.
단일 보드 후면 드릴링 분류
후면 드릴링은 단면 후면 드릴링과 양면 후면 드릴링의 두 가지 유형으로 나뉩니다.
단면 드릴링은 상면 또는 하지면에서 하는 후면 드릴링으로 나눌 수 있습니다. 커넥터 플러그 핀의 핀홀은 커넥터가 위치한 면의 반대쪽 면에서만 후면 드릴링할 수 있습니다. 고속 신호 커넥터가 PCB의 상면과 하지면 모두에 배치되는 경우에는 양면 후면 드릴링이 필요합니다.
후면 드릴링의 장점
1) 소음 간섭을 줄입니다.
2) 신호 무결성 향상;
3) 해당 부분의 판재 두께가 감소합니다.
4) PCB 제작 난이도를 낮추기 위해 매설/블라인드 비아의 사용을 줄입니다.
백 드릴링의 역할은 무엇인가요?
백 드릴링의 기능은 고속 신호 전송에서 반사, 산란, 지연 등을 방지하기 위해 연결이나 전송 기능이 없는 관통 구멍 부분을 뚫는 것입니다.
백 드릴링 공정
a. PCB에는 위치 지정 구멍이 있으며, 이 구멍은 PCB의 첫 번째 드릴링 위치 지정 및 첫 번째 홀 드릴링에 사용됩니다.
b. 첫 번째 홀 드릴링 후 PCB에 전기 도금을 하고, 전기 도금 전에 위치 결정 홀에 드라이 필름 실링을 합니다.
c. 전기도금된 PCB에 외부 패턴을 생성합니다.
d. 외층 패턴 형성 후 PCB에 패턴 전기 도금을 실시합니다.
e. 첫 번째 드릴링에 사용했던 위치 지정 구멍을 후면 드릴링 위치 지정에 사용하고, 후면 드릴링에는 드릴 날을 사용하십시오.
f. 드릴로 뚫은 구멍 뒤쪽을 물로 씻어 남아 있는 드릴 찌꺼기를 제거하십시오.
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