Gecontroleerd diepteboren bij de productie van printplaten: achterboren. Wat is achterboren bij printplaten?

Bij het backboren van meerlaagse printplaten wordt de zogenaamde 'stub' verwijderd om via's te creëren, waardoor signalen van de ene laag van de printplaat naar de volgende kunnen worden geleid. (De stubs veroorzaken reflectie, verstrooiing, vertraging en andere problemen tijdens de signaaloverdracht, wat leidt tot signaalvervorming.) Het boren op een gecontroleerde diepte vereist nauwkeurige vaardigheden. Bij het maken van meerlaagse printplaten, zoals 12-laags printplaten, is het nodig om de eerste laag met de negende laag te verbinden. Normaal gesproken boren we slechts één keer doorgaande gaten voordat we de doorgaande via's plateren. De eerste en de twaalfde laag zijn daardoor direct met elkaar verbonden. In feite hoeft de eerste laag alleen maar met de negende laag verbonden te worden. Omdat er geen draden zijn die de tiende tot en met de twaalfde laag verbinden, fungeren deze als pilaren. Deze pilaar heeft invloed op het signaalpad en kan de signaalintegriteit van het communicatiesignaal aantasten. Daarom wordt er een tweede gat geboord aan de tegenoverliggende zijde van deze extra pilaar (in de industrie aangeduid als STUB).

Daarom wordt dit ook wel terugboren genoemd. Het resultaat is echter doorgaans minder zuiver dan gewoon boren, omdat er in de volgende stap koper geëlektrolyseerd wordt en de boorpunt bovendien scherp is. We laten daarom een ​​heel klein puntje achter; de lengte van dit overgebleven stukje materiaal wordt de B-waarde genoemd en ligt meestal tussen de 50 en 150 µm.

Back-drilling PCB-technologie

Om signaalverlies bij hoogfrequente toepassingen te minimaliseren, is een doorvoeropening tussen de lagen nodig om het signaal door te laten stromen. Het is aan te raden om het overtollige koper uit deze opening te verwijderen, omdat dit als een antenne fungeert en de transmissie beïnvloedt als het signaal bijvoorbeeld van laag één naar laag twee in een printplaat met 20 lagen moet lopen.

Om een ​​grotere signaalstabiliteit te verkrijgen, boren we het "overtollige" koper in het gat weg met behulp van back-drilling (gecontroleerde diepte in de z-as). Het ideale resultaat is dat het uitsteeksel (of "overtollige" koper) zo kort mogelijk is. De back-drilling moet doorgaans 0,2 mm groter zijn dan de corresponderende via.

DeBij het terugboren worden de uitsteeksels verwijderd.van doorgeplateerde gaten (vias). Stubs zijn de onnodige /ongebruikte gedeeltes van via's, die verder reiken dan de laatst verbonden binnenste laag.
Stompe stukjes kunnen leiden totreflecties, evenalsverstoringen van capaciteit, inductiviteit en impedantieDeze discontinuïteitsfouten worden kritisch naarmate de voortplantingssnelheid toeneemt.
Backplanesen met name dikke printplaten kunnen dit doorstaan.significante verstoringen van de signaalintegriteitvia stompjes. Voor Hoogfrequente printplaten(bijv. met impedantiecontrole), de toepassing van terugboren, evenals de toepassing vanblinde en verborgen via'skan deel uitmaken van de oplossing.
Backdrill kan worden toegepast opelk type printplaatwaarbij stubs de signaalintegriteit aantasten, met minimale ontwerp- en lay-outoverwegingen. Daarentegen moet bij het gebruik van blinde via's rekening worden gehouden met de aspectverhouding.

Kenmerken van PCB-achterboring

Voordelen van achterwaarts boren

● Verminder ruisinterferentie en deterministische jitter;

● Verbeter de signaalintegriteit;

● Plaatselijke diktevermindering;

● Verminder het gebruik van verborgen en blinde via's en vereenvoudig de PCB-productie;

● Lagere bitfoutfrequentie (BER);

● Minder signaalverzwakking dankzij verbeterde impedantieaanpassing;

● Minimale impact op ontwerp en lay-out;

● Verhoogde kanaalbandbreedte;

● Hogere datasnelheden;

● Verminderde EMI/EMC-emissies vanaf het uiteinde van de kabel;

● Verminderde excitatie van resonantiemodi;

● Verminderde overspraak tussen via's;

● Lagere kosten dan bij opeenvolgende lamineringen.

Nadelen van achterwaarts boren

Sterke signalen vertonen vaak problemen die mogelijk verband houden met onderbenutting via stubs. Laten we een paar van deze problemen eens nader bekijken.

Jitter Deterministisch: 
Beide klokken meten de tijd, en de mate van tijdsafwijking wordt jitter genoemd. Een afschrikwekkende jitter is wat men een regelmatige (d.w.z. beperkte) tijdsafwijking noemt.

Verzwakking van het signaal:
Wanneer een geluid wordt gedempt, neemt de intensiteit ervan af en wordt de puls zwakker.

Straling van EMI:

Een via-stub kan als antenne worden gebruikt en elektromagnetische interferentie (EMI) uitzenden.

Algemene kenmerken 

● Meestal zijn het stijve planken aan de achterkant;

● Normaal gesproken gebruikt op 8 lagen of meer;

● De plaatdikte is meer dan 2,5 mm;

● De minimale grijpdiameter is 0,3 mm;

● De achterboring is 0,2 mm groter dan de via's;

● Tolerantie van de boordiepte +/- 0,05 mm.

Welk type printplaat heeft een achterboring nodig?

Normaal gesproken worden de gaten in een printplaat door de printplaat heen geboord (van boven naar beneden). Als het spoor dat de via-gaten verbindt zich dicht bij de bovenste (of onderste) laag bevindt, ontstaat er een vertakking bij het via-gat van de printplaatverbinding. Dit beïnvloedt de signaalkwaliteit en veroorzaakt reflecties. Signalen die sneller reizen, worden hierdoor sterker beïnvloed.

Om een ​​hoogwaardige signaaloverdracht te garanderen, wordt over het algemeen aangenomen dat de printplaat met signalen die een snelheid van ongeveer 1 Gbps bereiken, een back-drill-ontwerp moet bevatten. Het ontwerpen van snelle verbindingslijnen vereist echter systeemtechniek en is niet zo eenvoudig als het lijkt. Als de systeemverbindingen niet te lang zijn of de aansturingscapaciteit van de chip voldoende is, kan de signaalkwaliteit foutloos zijn zonder back-drill. Daarom is simulatie van de systeemverbindingen de meest nauwkeurige methode om te bepalen of back-drill nodig is.

U bent er wellicht van op de hoogte dat er, naast het gebruik van back-drilling-technologie, ook diverse andere bouwmethoden kunnen worden toegepast om de lengte van de via-stub te verkorten of te optimaliseren. Denk hierbij aan verschillende stack-up-arrangementen, waarbij printsporen naar lagen dichter bij het uiteinde van de via-stub worden verplaatst, lasergeboorde via's (microvia's) of blinde en ingebedde via's. Bovendien is back-drilling niet langer nodig, omdat er andere methoden worden gebruikt om signaalreflectie op hoogfrequente (hoger dan 3 GHz) printplaten te verminderen.

Deze benaderingen zijn echter niet altijd praktisch vanuit het oogpunt van productiefaciliteiten en kosten om het signaalverlies in veel printplaten met een hoge dichtheid of backplanes/midplanes te verminderen. De enige praktische optie is daarom om de via-uitstompjes aan de achterkant uit te boren. Wanneer blinde via-gaten geen optie zijn, wordt het uitboren aan de achterkant noodzakelijk voor printplaten met hoge frequenties (meer dan 1 GHz binnen 3 GHz).

En omdat de printplaat zoveel lagen heeft, kunnen sommige gaten niet als blinde gaten worden ontworpen (bijvoorbeeld, op een 16-laags printplaat moeten sommige via-gaten verbinding maken met lagen 1 tot en met 10 en een ander via-gat met lagen 7 tot en met 16; dit ontwerp is niet geschikt voor blinde gaten, maar wel voor gaten aan de achterkant).

Hoe boor ik gaten aan de achterkant van een printplaat?

Het proces van achterwaarts boren

1. Om de locatie van het eerste boorgat te bepalen, gebruikt u het positioneringsgat op de printplaat.

2. Gebruik vóór het galvaniseren een droog membraan om het positioneringsgat af te dichten.

3. Bedek het gat met koperpoeder om een ​​geleidingscircuit te creëren.

4. Maak een buitenafbeelding op de printplaat.

5. Nadat het patroon voor de buitenste laag is aangebracht, wordt de grafische printplaat op de PCB geprint. Voordat dit proces begint, is het cruciaal om de montagegaten af ​​te dichten met een droog membraan.

6. Gebruik de positioneringsgaten van de eerste boring om de achterste boring uit te lijnen en boor vervolgens met de boor de gegalvaniseerde gaten waarvoor deze procedure vereist is.

7. Na het laatste boren moet de plank worden schoongemaakt om eventuele boorresten te verwijderen.

8. Nadat de printplaat is gevalideerd en de signaalintegriteit is verbeterd, dient u nauwlettend in de gaten te houden of de boorwerkzaamheden correct worden uitgevoerd.

Test je rugspieren met oefeningen 

Zodra het routeren is voltooid, moeten we controleren of de via's aan de achterkant correct zijn ingesteld. Om dit te controleren, schakelt u alle lagen in. U ziet dat de rand van de via's twee kleuren heeft. De eerste of startlaag wordt in rood weergegeven, terwijl de laatste laag in blauw wordt weergegeven. Het is eenvoudig om de via's met achterboring te onderscheiden van de andere via's. Alleen de via's met achterboring zijn zichtbaar met twee kleuren.

Klik op 'Boortafel' nadat je de locatie in het hoofdmenu hebt geselecteerd om te zien hoeveel Vias, PTH en andere trolls er zijn uitgevoerd.

Technische moeilijkheden bij het terugboren.

1.Dieptecontrole van de achterwaartse boor
Voor een nauwkeurige verwerking van blinde via's is controle van de boordiepte cruciaal. De tolerantie van de boordiepte wordt grotendeels beïnvloed door de precisie van de boorapparatuur en de tolerantie van de materiaaldikte. De nauwkeurigheid van het boren kan echter ook worden beïnvloed door externe factoren zoals boorweerstand, boorpuntshoek, contact tussen de afdekplaat en het meetinstrument, en kromtrekking van de plaat. Om de beste resultaten te behalen en de nauwkeurigheid van het boren te waarborgen, is het essentieel om tijdens de productie de juiste boormaterialen en -technieken te kiezen. Ontwerpers kunnen een hoogwaardige signaaloverdracht garanderen en problemen met de signaalintegriteit voorkomen door de boordiepte nauwgezet te controleren.

2. Nauwkeurigheidscontrole van het achterboren
Nauwkeurige controle van het naboren is cruciaal voor de kwaliteitscontrole van printplaten in de daaropvolgende processen. Naboren houdt in dat er een tweede gat wordt geboord op basis van de diameter van het eerste gat, en de precisie van dit tweede gat is van essentieel belang. De nauwkeurigheid van het tweede gat kan worden beïnvloed door een aantal variabelen, zoals uitzetting en krimp van de printplaat, de nauwkeurigheid van de machine en de boortechnieken. Het is van cruciaal belang ervoor te zorgen dat het naboren nauwkeurig wordt gecontroleerd om fouten te minimaliseren en een optimale signaaloverdracht en -integriteit te garanderen.

De belangrijkste en meest uitdagende stap is het boren, omdat zelfs een kleine fout aanzienlijke schade kan veroorzaken. Voordat u een bestelling plaatst, moet u de expertise van de PCB-fabrikant overwegen. Richfulljoy biedt printplaten met geboorde gaten aan tegen betaalbare prijzen en is gespecialiseerd in de assemblage van PCB-prototypes. Onze voordelen zijn onder andere snelle levertijden en hoge betrouwbaarheid. Richfulljoy, een bekende PCB-fabrikant in China, beschikt over alle kennis en vaardigheden die nodig zijn om u te helpen. Heeft u suggesties voor een PCB-assemblage of prototype? Neem dan contact met ons op: mkt-2@rich-pcb.com