Khoan có kiểm soát độ sâu trong sản xuất mạch in: Khoan ngược - Khoan ngược trong sản xuất mạch in là gì?

Khoan ngược trong các bo mạch in nhiều lớp là quy trình loại bỏ phần thừa (stub) để tạo ra các lỗ xuyên (vias), cho phép tín hiệu truyền từ lớp này sang lớp khác của bo mạch. (Phần thừa này sẽ gây ra hiện tượng phản xạ, tán xạ, trễ và các vấn đề khác trong quá trình truyền tín hiệu, dẫn đến tín hiệu bị méo mó.) Việc khoan ở độ sâu được kiểm soát đòi hỏi kỹ năng tinh xảo. Việc chế tạo các bo mạch nhiều lớp, chẳng hạn như bo mạch 12 lớp, yêu cầu kết nối lớp đầu tiên với lớp thứ chín. Thông thường, chúng ta chỉ khoan lỗ xuyên một lần trước khi mạ các lỗ xuyên. Do đó, tầng đầu tiên và tầng thứ 12 được kết nối trực tiếp. Trên thực tế, tầng đầu tiên chỉ cần được kết nối với tầng thứ chín. Vì không có dây dẫn nào nối các tầng từ 10 đến 12, chúng giống như những cột trụ. Cột trụ này ảnh hưởng đến đường dẫn tín hiệu và có thể làm tổn hại đến tính toàn vẹn tín hiệu của tín hiệu truyền thông. Do đó, một lỗ thứ cấp được khoan ra từ phía đối diện của cột trụ thừa (được gọi là STUB trong ngành).

Do đó, nó được gọi là khoan ngược, tuy nhiên quá trình này thường không sạch bằng khoan thông thường vì bước tiếp theo sẽ điện phân một phần đồng và đầu mũi khoan cũng sắc bén. Vì vậy, chúng ta sẽ để lại một điểm rất nhỏ; chiều dài của phần còn lại này được gọi là giá trị B, và nó thường nằm trong khoảng từ 50 đến 150 µm.

Công nghệ khoan ngược mạch in PCB

Do cần giảm thiểu tổn thất tín hiệu cho các ứng dụng tần số cao, cần có một lỗ xuyên suốt kết nối các lớp để tín hiệu có thể truyền qua khi di chuyển từ lớp này sang lớp khác. Nên loại bỏ phần đồng thừa trong lỗ này vì nó hoạt động như một ăng-ten và ảnh hưởng đến quá trình truyền dẫn nếu tín hiệu truyền từ lớp một sang lớp hai trong một bo mạch 20 lớp, chẳng hạn.

Để đạt được độ ổn định tín hiệu cao hơn, chúng tôi khoan bỏ phần đồng "thừa" trong lỗ bằng phương pháp khoan ngược (kiểm soát độ sâu theo trục z). Kết quả lý tưởng là phần đồng thừa (hay còn gọi là mấu nối) càng ngắn càng tốt. Thông thường, kích thước lỗ khoan ngược nên lớn hơn 0,2mm so với đường kính lỗ tương ứng.

CáiQuá trình khoan ngược loại bỏ các mẩu mẩu thừa.Từ các lỗ mạ xuyên (vias). Các đoạn nối ngắn (stubs) là phần không cần thiết /các phần không sử dụng của vias, mở rộng ra xa hơn lớp bên trong được kết nối cuối cùng.
Các đoạn văn chưa hoàn chỉnh có thể dẫn đếnsuy ngẫm, cũng nhưsự nhiễu loạn về điện dung, độ tự cảm và trở khángCác lỗi gián đoạn này trở nên nghiêm trọng hơn khi tốc độ lan truyền tăng lên.
Tấm ốp lưngvà đặc biệt là các bo mạch in dày có thể chịu đượcsự nhiễu loạn đáng kể về tính toàn vẹn tín hiệuthông qua các đoạn văn bản chưa hoàn chỉnh. Ví dụ: PCB tần số cao(ví dụ: với điều khiển trở kháng), ứng dụng khoan ngược, cũng như ứng dụng củacác đường hầm mù và chôn vùicó thể là một phần của giải pháp.
Phương pháp khoan ngược có thể được áp dụng chobất kỳ loại bảng mạch nàoTrong trường hợp các đoạn mạch ngắn gây suy giảm tính toàn vẹn tín hiệu, với những cân nhắc tối thiểu về thiết kế và bố trí. Ngược lại, khi sử dụng các lỗ xuyên mù, tỷ lệ kích thước phải được lưu ý.

Đặc điểm của việc khoan mặt sau PCB

Ưu điểm của khoan ngược

● Giảm nhiễu âm và hiện tượng dao động tín hiệu không xác định;

● Cải thiện chất lượng tín hiệu;

● Giảm độ dày cục bộ;

● Giảm thiểu việc sử dụng các lỗ xuyên chìm và lỗ xuyên mù, đồng thời giảm độ khó trong sản xuất mạch in;

● Tỷ lệ lỗi bit (BER) thấp hơn;

● Giảm thiểu suy hao tín hiệu nhờ cải thiện khả năng phối hợp trở kháng;

● Tác động tối thiểu đến thiết kế và bố cục;

● Tăng băng thông kênh;

● Tốc độ truyền dữ liệu được tăng lên;

● Giảm thiểu phát xạ EMI/EMC từ đầu dây nhánh;

● Giảm sự kích thích của các chế độ cộng hưởng;

● Giảm nhiễu xuyên kênh;

● Chi phí thấp hơn so với các phương pháp ép màng nhiều lớp.

Nhược điểm của khoan ngược

Các tín hiệu cường độ cao thường gặp vấn đề có thể liên quan đến việc sử dụng không hiệu quả các đoạn mạch nhánh (stub). Chúng ta hãy cùng xem xét kỹ hơn một vài vấn đề với các đoạn mạch nhánh này.

Xác định độ rung: 
Cả hai đồng hồ đều đo thời gian, và lượng sai số thời gian được gọi là jitter. Jitter có tác dụng ngăn chặn là sự thay đổi thời gian đều đặn (tức là có giới hạn).

Suy giảm tín hiệu:
Khi âm thanh bị suy giảm, cường độ của nó giảm đi và xung âm trở nên yếu hơn.

Bức xạ từ EMI:

Một đoạn mạch ngắn có thể được sử dụng như một ăng-ten, phát ra nhiễu điện từ.

Đặc điểm chung 

● Hầu hết các tấm ván phía sau đều cứng cáp;

● Thường được sử dụng cho 8 lớp trở lên;

● Độ dày ván trên 2,5mm;

● Kích thước lỗ tối thiểu là 0,3mm;

● Lỗ khoan ngược lớn hơn lỗ via 0,2mm;

● Sai số cho phép độ sâu khoan ngược +/- 0,05MM.

Loại mạch in (PCB) nào cần khoan mặt sau?

Thông thường, các lỗ trên bo mạch PCB được khoan xuyên qua bo mạch (từ trên xuống dưới). Nếu đường dẫn nối các lỗ via nằm gần lớp trên cùng (hoặc lớp dưới cùng), nó sẽ dẫn đến hiện tượng phân nhánh nhánh tại lỗ via của liên kết kết nối PCB, điều này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu và gây ra hiện tượng phản xạ. Các tín hiệu truyền đi với tốc độ nhanh hơn sẽ bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi hiện tượng này.

Để đạt được chất lượng truyền tín hiệu cao, người ta thường hiểu rằng đường mạch trên bo mạch PCB với tín hiệu tốc độ khoảng 1Gbps cần phải được thiết kế có lỗ khoan ngược. Tất nhiên, thiết kế các đường kết nối tốc độ cao đòi hỏi kỹ thuật hệ thống và không đơn giản như vẻ ngoài. Nếu các liên kết kết nối hệ thống không quá dài hoặc khả năng điều khiển của chip đủ mạnh, chất lượng tín hiệu có thể hoàn hảo mà không cần lỗ khoan ngược. Do đó, mô phỏng liên kết kết nối hệ thống là phương pháp chính xác nhất để xác định xem có cần lỗ khoan ngược hay không.

Có thể bạn đã biết rằng, ngoài việc sử dụng công nghệ khoan ngược, nhiều phương pháp xây dựng khác cũng có thể được áp dụng để giảm hoặc tối ưu hóa chiều dài của đoạn mạch. Chúng bao gồm các bố trí xếp lớp khác nhau, trong đó các đường dẫn mạch được dịch chuyển đến các lớp gần hơn với đầu đoạn mạch, các lỗ via được khoan bằng laser (microvia), hoặc các lỗ via mù và lỗ via chìm. Ngoài ra, vì các phương pháp khác được sử dụng để giảm phản xạ tín hiệu trên các bo mạch tần số cao (cao hơn 3GHz), nên việc khoan ngược không còn cần thiết nữa.

Tuy nhiên, những phương pháp này không phải lúc nào cũng khả thi về mặt cơ sở sản xuất và chi phí để giảm thiểu tổn thất tín hiệu trong nhiều PCB hoặc backplane/midplane mật độ cao. Vì vậy, lựa chọn thực tế duy nhất là khoan ngược phần cuống via. Khi không thể sử dụng lỗ via mù, việc khoan ngược trở nên bắt buộc đối với các bo mạch tần số cao (hơn 1GHz trong môi trường 3GHz).

Và vì mạch in (PCB) có rất nhiều lớp, nên một số lỗ không thể được thiết kế là lỗ mù (ví dụ, trên mạch in 16 lớp, một số lỗ xuyên phải kết nối với các lớp từ 1 đến 10 và một lỗ xuyên khác phải kết nối với các lớp từ 7 đến 16; thiết kế này không phù hợp với lỗ mù nhưng phù hợp với khoan ngược).

Làm thế nào để khoan mặt sau của bo mạch PCB?

Quy trình khoan ngược

1. Để xác định vị trí lỗ khoan đầu tiên, hãy sử dụng lỗ định vị trên mạch in (PCB) được cung cấp.

2. Trước khi mạ, hãy dùng màng khô để bịt kín lỗ định vị.

3. Phủ bột đồng vào lỗ để tạo mạch dẫn.

4. Tạo hình ảnh bên ngoài cho mạch in (PCB).

5. Sau khi tạo mẫu lớp ngoài, bảng mạch đồ họa sẽ được thực hiện trên PCB. Trước quá trình này, điều quan trọng là phải bịt kín lỗ đặt linh kiện bằng màng khô trước khi bắt đầu.

6. Sử dụng các lỗ định vị của lần khoan đầu tiên để căn chỉnh vị trí khoan phía sau, sau đó dùng mũi khoan để khoan các lỗ mạ điện theo quy trình này.

7. Sau khi khoan xong, cần làm sạch tấm ván để loại bỏ bất kỳ mảnh vụn khoan nào còn sót lại.

8. Sau khi bo mạch đã được kiểm định và chất lượng tín hiệu được cải thiện, hãy chú ý kỹ xem thao tác khoan có được thực hiện đúng cách hay không.

Kiểm tra các bài tập lưng 

Sau khi hoàn tất việc định tuyến, chúng ta phải đảm bảo rằng các lỗ khoan phía sau đã được thiết lập đúng cách. Để xác nhận điều này, hãy bật tất cả các lớp. Bạn sẽ thấy rằng viền của các lỗ via có hai màu. Lớp đầu tiên hoặc lớp bắt đầu được hiển thị màu đỏ, trong khi lớp cuối cùng được hiển thị màu xanh lam. Rất dễ dàng để phân biệt các lỗ via khoan phía sau với các lỗ via khác. Chỉ các lỗ via khoan phía sau mới hiển thị hai màu.

Nhấp vào Bảng khoan sau khi chọn vị trí từ menu chính để tìm hiểu xem đã có bao nhiêu Via, PTH và các hoạt động phá hoại khác được thực hiện.

Những khó khăn kỹ thuật trong quá trình khoan ngược.

1.Kiểm soát độ sâu khoan ngược
Để gia công chính xác các lỗ xuyên mù, việc kiểm soát độ sâu khoan ngược là rất quan trọng. Dung sai độ sâu khoan ngược chủ yếu bị ảnh hưởng bởi độ chính xác của thiết bị khoan ngược và dung sai độ dày của vật liệu. Tuy nhiên, độ chính xác của việc khoan ngược cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các biến số bên ngoài như lực cản của mũi khoan, góc mũi khoan, hiệu ứng tiếp xúc giữa tấm phủ và thiết bị đo, và độ cong vênh của tấm. Để đạt được kết quả tốt nhất và quản lý độ chính xác của việc khoan ngược, điều quan trọng là phải lựa chọn vật liệu và kỹ thuật khoan phù hợp trong quá trình sản xuất. Các nhà thiết kế có thể đảm bảo truyền tín hiệu chất lượng cao và tránh các vấn đề về tính toàn vẹn tín hiệu bằng cách quản lý tỉ mỉ độ sâu khoan ngược.

2. Kiểm soát độ chính xác khi khoan ngược
Kiểm soát chính xác quá trình khoan ngược là rất quan trọng đối với việc kiểm soát chất lượng PCB trong các quy trình tiếp theo. Khoan ngược bao gồm việc khoan lại dựa trên đường kính lỗ khoan ban đầu, và độ chính xác của quá trình khoan lại là rất quan trọng. Độ chính xác của sự trùng khớp lỗ khoan lại có thể bị ảnh hưởng bởi một số biến số, chẳng hạn như sự giãn nở và co lại của bo mạch, độ chính xác của máy móc và kỹ thuật khoan. Điều cần thiết là phải đảm bảo rằng quy trình khoan ngược được kiểm soát chính xác để giảm thiểu sai sót và duy trì khả năng truyền tín hiệu lý tưởng cũng như tính toàn vẹn của mạch.

Bước quan trọng và khó khăn nhất là khoan lỗ vì chỉ một sai sót nhỏ cũng có thể dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng. Trước khi đặt hàng, bạn nên xem xét kỹ năng của nhà sản xuất PCB. Richfulljoy cung cấp các bo mạch đã được khoan lỗ mặt sau với giá cả phải chăng và chuyên về lắp ráp nguyên mẫu PCB. Ưu điểm của chúng tôi bao gồm thời gian giao hàng nhanh và độ tin cậy cao. Richfulljoy, một nhà sản xuất PCB nổi tiếng tại Trung Quốc, có đầy đủ kiến ​​thức và khả năng cần thiết để hỗ trợ bạn. Nếu bạn có bất kỳ đề xuất nào về lắp ráp hoặc nguyên mẫu PCB, vui lòng liên hệ với chúng tôi: mkt-2@rich-pcb.com