การเจาะรูควบคุมความลึกในการผลิต PCB: การเจาะด้านหลัง (Back Drilling) คืออะไรใน PCB?
การเจาะรูด้านหลังในแผงวงจรพิมพ์หลายชั้น คือกระบวนการกำจัดส่วนที่ยื่นออกมาเพื่อสร้างรูทะลุ (vias) ซึ่งช่วยให้สัญญาณสามารถเคลื่อนที่จากชั้นหนึ่งของแผงวงจรไปยังอีกชั้นหนึ่งได้ (ส่วนที่ยื่นออกมาจะทำให้เกิดการสะท้อน การกระเจิง ความล่าช้า และปัญหาอื่นๆ ในระหว่างการส่งสัญญาณ ซึ่งจะทำให้สัญญาณผิดเพี้ยน) การเจาะรูที่ความลึกที่ควบคุมได้นั้นต้องใช้ทักษะที่ซับซ้อน การผลิตแผงวงจรหลายชั้น เช่น แผงวงจร 12 ชั้น จำเป็นต้องเชื่อมต่อชั้นแรกกับชั้นที่เก้า โดยทั่วไปแล้ว เราจะเจาะรูทะลุเพียงครั้งเดียวก่อนที่จะชุบรูทะลุ ชั้นแรกและชั้นที่ 12 จึงเชื่อมต่อกันทันที ในความเป็นจริง ชั้นแรกเพียงแค่ต้องเชื่อมต่อกับชั้นที่เก้า เนื่องจากไม่มีสายไฟเชื่อมต่อระหว่างชั้นที่ 10 ถึงชั้นที่ 12 จึงดูเหมือนเสา เสานี้มีผลกระทบต่อเส้นทางของสัญญาณและอาจทำให้ความสมบูรณ์ของสัญญาณการสื่อสารลดลง ดังนั้นจึงมีการเจาะรูที่สองออกจากด้านตรงข้ามของเสาส่วนเกิน (เรียกว่า STUB ในอุตสาหกรรม)
ด้วยเหตุนี้ จึงเรียกกระบวนการนี้ว่า การเจาะย้อนกลับ (back drilling) อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้วกระบวนการนี้จะสะอาดน้อยกว่าการเจาะปกติ เพราะขั้นตอนต่อไปจะทำให้เกิดการอิเล็กโทรไลซิสของทองแดงบางส่วน และปลายดอกสว่านก็คมด้วย ดังนั้นเราจึงจะเหลือส่วนปลายแหลมเล็กๆ ไว้ ความยาวของส่วนปลายแหลมที่เหลืออยู่นี้เรียกว่า ค่า B ซึ่งโดยทั่วไปจะมีค่าตั้งแต่ 50 ถึง 150 ไมโครเมตร
เทคโนโลยีการเจาะด้านหลังแผงวงจรพิมพ์ (Back-drilling PCB technology)
เนื่องจากความจำเป็นในการลดการสูญเสียสัญญาณสำหรับการใช้งานความถี่สูง จึงจำเป็นต้องมีรูทะลุเชื่อมต่อระหว่างชั้นต่างๆ เพื่อให้สัญญาณสามารถไหลผ่านได้ขณะเคลื่อนจากชั้นหนึ่งไปยังอีกชั้นหนึ่ง ขอแนะนำให้กำจัดทองแดงส่วนเกินออกจากรูนี้สำหรับการใช้งานดังกล่าว เนื่องจากทองแดงส่วนเกินนั้นทำหน้าที่เป็นเสาอากาศและส่งผลต่อการส่งสัญญาณหากสัญญาณต้องไหลจากชั้นที่หนึ่งไปยังชั้นที่สองในแผงวงจร 20 ชั้น เป็นต้น
เพื่อให้ได้สัญญาณที่เสถียรยิ่งขึ้น เราจึงเจาะเอาทองแดงส่วนเกินในรูออกโดยใช้การเจาะย้อนกลับ (ควบคุมความลึกในแกน z) ผลลัพธ์ที่เหมาะสมที่สุดคือให้ส่วนที่ยื่นออกมา (หรือทองแดงส่วนเกิน) สั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยทั่วไป ขนาดของการเจาะย้อนกลับควรใหญ่กว่ารูเจาะประมาณ 0.2 มม.
เดอะกระบวนการเจาะย้อนกลับจะกำจัดส่วนที่เหลืออยู่จากรูเจาะชุบ (vias) ส่วนที่ยื่นออกมานั้นไม่จำเป็น /ส่วนที่ไม่ได้ใช้งานของ viasซึ่งขยายออกไปไกลกว่าชั้นในสุดที่เชื่อมต่อกันชั้นสุดท้าย
ตั๋วค้างชำระอาจนำไปสู่ข้อคิดรวมถึงความผิดปกติของความจุ ความเหนี่ยวนำ และอิมพีแดนซ์ข้อผิดพลาดจากการไม่ต่อเนื่องนี้จะยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นเมื่อความเร็วในการแพร่กระจายเพิ่มขึ้น
แบ็คเพลนและแผ่นวงจรพิมพ์แบบหนาโดยเฉพาะ สามารถทนทานได้ความผิดปกติที่สำคัญของความสมบูรณ์ของสัญญาณผ่านส่วนที่เหลืออยู่ สำหรับ แผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง(เช่น การควบคุมอิมพีแดนซ์) การประยุกต์ใช้การเจาะย้อนกลับ ตลอดจนการประยุกต์ใช้รูเจาะที่มองไม่เห็นและฝังอยู่ใต้ดินอาจเป็นส่วนหนึ่งของทางออกได้
สามารถใช้เทคนิค Backdrill ได้กับแผงวงจรทุกประเภทการใช้ vias แบบมีส่วนยื่น (stubs) ทำให้คุณภาพของสัญญาณลดลง โดยมีการพิจารณาด้านการออกแบบและการจัดวางน้อยที่สุด ในทางตรงกันข้าม เมื่อใช้ vias แบบปิด (blind vias) จะต้องคำนึงถึงอัตราส่วนความกว้างต่อความยาวด้วย
คุณสมบัติของการเจาะด้านหลัง PCB
ข้อดีของการเจาะย้อนกลับ
● ลดสัญญาณรบกวนและค่าความคลาดเคลื่อนแบบสุ่ม
● ปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณ;
● การลดความหนาเฉพาะจุด
● ลดการใช้ vias แบบฝังและแบบปิด และลดความยุ่งยากในการผลิต PCB
● อัตราความผิดพลาดของบิต (BER) ต่ำลง
● ลดการลดทอนสัญญาณด้วยการจับคู่ความต้านทานที่ดีขึ้น
● ผลกระทบต่อการออกแบบและเค้าโครงน้อยที่สุด
● เพิ่มแบนด์วิดท์ของช่องสัญญาณ;
● อัตราการรับส่งข้อมูลที่เพิ่มขึ้น;
● ลดการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI/EMC) จากปลายสาย
● ลดการกระตุ้นของโหมดเรโซแนนซ์
● ลดการรบกวนระหว่างช่องสัญญาณ (via-to-via crosstalk)
● ต้นทุนต่ำกว่าการเคลือบแบบเรียงลำดับ
ข้อเสียของการเจาะย้อนกลับ
สัญญาณที่มีกำลังส่งสูงมักมีปัญหา ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการใช้งานส่วนต่อขยาย (stubs) ที่ไม่เต็มประสิทธิภาพ ลองมาดูปัญหาบางประการเกี่ยวกับส่วนต่อขยายเหล่านี้กัน
การสั่นไหวแบบกำหนดได้:
นาฬิกาทั้งสองเรือนเป็นตัวจับเวลา และปริมาณความคลาดเคลื่อนของเวลาเรียกว่า จิตเตอร์ (jitter) จิตเตอร์ที่ยับยั้งการทำงานคือสิ่งที่เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงเวลาที่สม่ำเสมอ (เช่น จำกัด)
การลดทอนของสัญญาณ:
เมื่อเสียงถูกลดทอน ความเข้มของเสียงจะลดลง และคลื่นเสียงจะอ่อนลง
รังสีจาก EMI:
ตัวเชื่อมต่อแบบสั้นสามารถใช้เป็นเสาอากาศได้ โดยจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา
ลักษณะทั่วไป
● ด้านหลังส่วนใหญ่จะเป็นแผ่นแข็ง
● โดยปกติใช้กับเลเยอร์ 8 ชั้นขึ้นไป;
● ความหนาของแผ่นไม้มากกว่า 2.5 มม.
● ขนาดรูยึดขั้นต่ำคือ 0.3 มม.
● รูเจาะด้านหลังมีขนาดใหญ่กว่ารูเจาะเดิม 0.2 มม.
● ค่าความคลาดเคลื่อนของความลึกในการเจาะย้อนกลับ +/- 0.05 มม.
PCB ชนิดใดที่ต้องเจาะรูด้านหลัง?
โดยทั่วไป รูบนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) จะถูกเจาะทะลุแผ่นวงจร (จากบนลงล่าง) หากเส้นทางเชื่อมต่อระหว่างรูอยู่ใกล้กับชั้นบนสุด (หรือชั้นล่างสุด) จะทำให้เกิดการแตกแขนงที่รูเชื่อมต่อบนแผ่นวงจรพิมพ์ ซึ่งจะส่งผลต่อคุณภาพของสัญญาณและทำให้เกิดการสะท้อน สัญญาณที่เดินทางด้วยความเร็วสูงจะได้รับผลกระทบจากปรากฏการณ์นี้มากกว่า
เพื่อให้ได้คุณภาพการส่งสัญญาณสูง โดยทั่วไปแล้วเป็นที่เข้าใจกันว่าวงจรบนแผ่น PCB ที่ส่งสัญญาณด้วยอัตราประมาณ 1 Gbps จำเป็นต้องพิจารณาการออกแบบเจาะรูด้านหลัง (back-drill) แน่นอนว่าการออกแบบสายเชื่อมต่อความเร็วสูงนั้นต้องอาศัยวิศวกรรมระบบและไม่ได้ง่ายอย่างที่คิด หากสายเชื่อมต่อระบบไม่ยาวเกินไปหรือความสามารถในการขับเคลื่อนของชิปแข็งแกร่งเพียงพอ คุณภาพสัญญาณอาจไม่มีข้อบกพร่องโดยไม่ต้องเจาะรูด้านหลัง ดังนั้นการจำลองสายเชื่อมต่อระบบจึงเป็นวิธีการที่แม่นยำที่สุดในการพิจารณาว่าจำเป็นต้องเจาะรูด้านหลังหรือไม่
คุณอาจทราบดีว่า นอกจากการใช้เทคโนโลยีการเจาะด้านหลังแล้ว ยังมีวิธีการสร้างอื่นๆ ที่สามารถนำมาใช้เพื่อลดหรือปรับความยาวของส่วนต่อขยายวงจรได้ วิธีการเหล่านี้รวมถึงการจัดเรียงชั้นต่างๆ โดยการเลื่อนเส้นทางวงจรไปยังชั้นที่ใกล้กับปลายส่วนต่อขยายวงจรมากขึ้น การเจาะรูด้วยเลเซอร์ (ไมโครเวีย) หรือรูเจาะแบบปิดและฝังอยู่ภายใน นอกจากนี้ เนื่องจากมีการใช้วิธีการอื่นๆ เพื่อลดการสะท้อนของสัญญาณบนแผงวงจรความถี่สูง (สูงกว่า 3GHz) จึงไม่จำเป็นต้องใช้การเจาะด้านหลังอีกต่อไป
อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้ไม่สามารถนำไปใช้ได้จริงเสมอไป ทั้งในแง่ของโรงงานผลิตและต้นทุน เพื่อลดการสูญเสียสัญญาณในแผงวงจรพิมพ์ความหนาแน่นสูง หรือแผงวงจรด้านหลัง/แผงวงจรกลาง ดังนั้น ทางเลือกที่ทำได้จริงเพียงอย่างเดียวคือการเจาะรูด้านหลังของ vias stub ออก เมื่อไม่สามารถใช้รู vias แบบปิดได้ การเจาะรูด้านหลังจึงกลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับแผงวงจรความถี่สูง (มากกว่า 1GHz ภายใน 3GHz)
เนื่องจากแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) มีหลายชั้นมาก จึงไม่สามารถออกแบบรูบางรูให้เป็นรูตันได้ (ตัวอย่างเช่น ในแผ่นวงจรพิมพ์ 16 ชั้น รูเชื่อมต่อบางรูจะต้องเชื่อมต่อกับชั้นที่ 1 ถึง 10 และรูเชื่อมต่ออีกรูหนึ่งจะต้องเชื่อมต่อกับชั้นที่ 7 ถึง 16 การออกแบบนี้ไม่เหมาะสำหรับรูตัน แต่เหมาะสำหรับการเจาะจากด้านหลัง)
วิธีการเจาะรูด้านหลังแผ่น PCB ทำอย่างไร?
กระบวนการเจาะย้อนกลับ
1. ในการหาตำแหน่งรูเจาะแรก ให้ใช้รูกำหนดตำแหน่งบนแผ่น PCB ที่ให้มาเป็นแนวทาง
2. ก่อนทำการชุบ ให้ใช้แผ่นเมมเบรนแห้งปิดรูตำแหน่งให้สนิท
3. โรยผงทองแดงลงในรูเพื่อสร้างวงจรนำร่อง
4. สร้างกราฟิกภายนอกบนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB)
5. หลังจากสร้างลวดลายชั้นนอกเสร็จแล้ว จะทำการสร้างแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ก่อนเริ่มกระบวนการนี้ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องปิดผนึกรูสำหรับวางชิ้นส่วนด้วยแผ่นฟิล์มแห้งก่อนเริ่มขั้นตอนนี้
6. ใช้รูที่เจาะไว้ครั้งแรกเป็นแนวทางในการเจาะด้านหลัง จากนั้นใช้ดอกสว่านเจาะรูชุบไฟฟ้าตามขั้นตอนที่กำหนด
7. หลังจากเจาะรูเสร็จแล้ว ต้องทำความสะอาดแผ่นไม้เพื่อกำจัดเศษดอกสว่านที่อาจหลงเหลืออยู่
8. หลังจากตรวจสอบความถูกต้องของบอร์ดและปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณแล้ว ให้สังเกตว่าการดำเนินการขุดเจาะเป็นไปอย่างเหมาะสมหรือไม่
ทดสอบการฝึกซ้อมหลัง
เมื่อการกำหนดเส้นทางเสร็จสิ้น เราต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ารูเจาะด้านหลังได้รับการติดตั้งอย่างถูกต้อง เพื่อตรวจสอบสิ่งนี้ ให้เปิดเลเยอร์ทั้งหมด คุณจะเห็นว่าขอบของรูเจาะมีสองสี เลเยอร์แรกหรือเลเยอร์เริ่มต้นจะแสดงเป็นสีแดง ในขณะที่เลเยอร์สุดท้ายจะแสดงเป็นสีน้ำเงิน การแยกแยะรูเจาะด้านหลังออกจากรูเจาะอื่นๆ นั้นง่ายมาก เฉพาะรูเจาะด้านหลังเท่านั้นที่จะมองเห็นได้ว่ามีสองสี
หลังจากเลือกตำแหน่งจากเมนูหลักแล้ว ให้คลิกที่ตารางการเจาะ (Drill Table) เพื่อดูจำนวน Via, PTH และการเจาะอื่นๆ ที่ดำเนินการไปแล้ว
ปัญหาทางเทคนิคของกระบวนการเจาะย้อนกลับ
1.การควบคุมความลึกของการเจาะย้อนกลับ
สำหรับการประมวลผล vias แบบปิดอย่างแม่นยำ การควบคุมความลึกของการเจาะด้านหลังมีความสำคัญอย่างยิ่ง ความคลาดเคลื่อนของความลึกในการเจาะด้านหลังส่วนใหญ่ได้รับอิทธิพลจากความแม่นยำของอุปกรณ์เจาะด้านหลังและความคลาดเคลื่อนของความหนาของวัสดุ อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำในการเจาะด้านหลังอาจได้รับผลกระทบจากตัวแปรภายนอก เช่น แรงต้านของดอกสว่าน มุมของปลายดอกสว่าน ผลกระทบจากการสัมผัสระหว่างแผ่นปิดและอุปกรณ์วัด และการบิดเบี้ยวของแผ่นวงจร เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดและควบคุมความแม่นยำของการเจาะด้านหลัง การเลือกวัสดุและเทคนิคการเจาะที่เหมาะสมในระหว่างการผลิตจึงเป็นสิ่งสำคัญ นักออกแบบสามารถรับประกันการส่งสัญญาณคุณภาพสูงและหลีกเลี่ยงปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณได้โดยการจัดการความลึกของการเจาะด้านหลังอย่างพิถีพิถัน
2. การควบคุมความแม่นยำในการเจาะย้อนกลับ
การควบคุมการเจาะรูด้านหลังอย่างแม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมคุณภาพของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ในขั้นตอนต่อไป การเจาะรูด้านหลังหมายถึงการเจาะรูครั้งที่สองโดยอิงจากขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของรูที่เจาะครั้งแรก และความแม่นยำในการเจาะรูครั้งที่สองนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง ความแม่นยำของการเจาะรูครั้งที่สองอาจได้รับผลกระทบจากตัวแปรหลายอย่าง เช่น การขยายตัวและการหดตัวของแผงวงจร ความแม่นยำของเครื่องจักร และเทคนิคการเจาะ จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าขั้นตอนการเจาะรูด้านหลังได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำ เพื่อลดข้อผิดพลาดและรักษาการส่งสัญญาณและความสมบูรณ์ของสัญญาณให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม
ขั้นตอนที่สำคัญและท้าทายที่สุดคือการเจาะรู เพราะแม้แต่ความผิดพลาดเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดความเสียหายอย่างมาก ก่อนสั่งซื้อ คุณควรพิจารณาถึงทักษะของผู้ผลิต PCB Richfulljoy นำเสนอแผงวงจรเจาะรูด้านหลังในราคาที่เหมาะสม และเชี่ยวชาญในการประกอบต้นแบบ PCB ข้อดีของเราคือการจัดส่งที่รวดเร็วและความน่าเชื่อถือสูง Richfulljoy ผู้ผลิต PCB ที่มีชื่อเสียงในประเทศจีน มีความรู้และความสามารถทั้งหมดที่จำเป็นในการช่วยเหลือคุณ หากคุณมีข้อเสนอแนะใด ๆ เกี่ยวกับการประกอบ PCB หรือต้นแบบ โปรดติดต่อเราที่: mkt-2@rich-pcb.com
