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Una delle sfide nella progettazione di PCB e produzione sta mantenendo integrità del segnale. Foratura posteriore, nota anche come perforazione a profondità controllata, viene utilizzata per rimuovere gli stub conduttivi dalle guaine di rame all'interno dei fori passanti del PCB, migliorando l'integrità del segnale.
Questo articolo introduce i principi e le caratteristiche della tecnologia di retroforatura, offrendo parametri di progettazione e linee guida per aiutarvi a migliorare l'integrità del segnale attraverso la retroforatura dei circuiti stampati.
Che cos'è la retroforatura nei PCB?
La perforazione posteriore si riferisce alla foratura secondaria di fori passanti placcati durante la produzione di PCB. Gli stub indesiderati vengono rimossi dopo la placcatura fori passanti sono realizzati con una punta leggermente più grande, lasciando solo l'area di interconnessione attiva. A differenza dei tradizionali fori passanti, che penetrano nell'intera scheda PCB, la foratura posteriore rimuove selettivamente il materiale in eccesso per trasformare il foro passante in un “foro passante parziale”.
Questo processo attenua i problemi di riflessione e di risonanza in alta frequenza trasmissione del segnale in modo efficace, migliora l'adattamento dell'impedenza e l'integrità del segnale. Pertanto, qualsiasi sistema ad alta velocità Il progetto PCB è un'applicazione che possono trarre vantaggio dalla retroforatura, come i componenti dei centri dati e le schede di telecomunicazione e comunicazione.
Perché è necessaria la retroforatura dei PCB
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Migliorare l'integrità del segnale: Sui PCB multistrato una via si trova tra lo strato superiore e quello inferiore, estendendosi oltre l'ultimo strato, e ciò crea una punta di rame che rimane inutilizzato. Di conseguenza, quando si ha a che fare con le alte frequenze, questi stub iniziano a comportarsi come antenne, ricevendo il segnale inviato loro e invertendolo involontariamente verso la sorgente, creando distorsione, diafonia, e altri problemi di integrità del segnale.
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- Ad esempio, è possibile realizzare un progetto di backplane Ethernet 400G senza prestare attenzione agli stub via. Tuttavia, il PCB non supera i test di conformità per la perdita di inserzione o la perdita di ritorno IEEE. Si è scoperto che ciò è dovuto agli stub.
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Consentendo successivi aggiornamenti e iterazioni del progetto: Un progetto per 3-5 Gbps può trovare le stub vias come sopravvissute, ma se questo progetto, 8-10 anni dopo, vuole prendere la stessa architettura e convertirla a 25-56 Gbps, quelle stub vias devono sparire. Partendo da un scheda completamente pulita permette all'architettura di competere in seguito per l'aumento della velocità.
Come si esegue la retroforatura?
Prima di addentrarci nel processo specifico di foratura posteriore, cerchiamo di capire il concetto di "foratura". caratteristiche dei circuiti stampati sottoposti a retroforatura.
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La maggior parte delle tavole retroforate sono PCB rigidi e il numero di strati varia tipicamente da 8 a 50.
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Lo spessore del pannello è solitamente superiore a 2,5 mm e le dimensioni tendono ad essere maggiori.
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Il diametro minimo di perforazione per la prima perforazione è generalmente ≥ 0,3 mm.
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Il foro posteriore è tipicamente circa 0,2 mm più grande rispetto al foro originale.
Processo di Foratura posteriore
Per la produzione dei vias back dilled sono previste le seguenti fasi specifiche:
- ViaI vias vengono perforati completamente attraverso il PCB, come in qualsiasi altro assemblaggio, quindi i barili di rame dei vias vengono placcati.
- Solo i vias relativi ai segnali ad alta velocità che potrebbero creare degli stub sono contrassegnati per il backdrilling. A Trapano CNC ritorna dal lato opposto e rifila il barile di rame inutilizzato fino al livello appena superiore al ultimo strato connesso.
- Infine, il PCB è lavato per rimuovere i residui di foratura o i resti di rame all'interno dei fori posteriori, garantendo così prestazioni elettriche pulite e affidabili.
Parametri di retroforatura
Dimensione del foro posteriore: In genere, circa 10 mil più grande del foro originale (cioè la dimensione iniziale della perforazione).
Foro posteriore autorizzazione:
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La distanza dai circuiti perimetrali dello strato interno deve essere di 20 millimetri (lo standard IPC richiede un minimo di 10 millimetri). (Lo standard IPC richiede un minimo di 10 mil).
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Il minimo distanza tra i vias retrodiluiti è di 10 milioni.
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Il minimo distanza tra una via di foratura posteriore e uno strato esterno è di 15 mil (lo standard IPC-6012A richiede un minimo di 20 mil).
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Assicurare uno spessore dielettrico di 6-8 mil tra gli strati passanti e non passanti.
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Ridurre al minimo la lunghezza dello stub per ottenere un'integrità ottimale del segnale; tuttavia, le tolleranze di produzione effettive (tolleranza di profondità e di spessore del pannello tolleranza) sono in genere compresi tra 4 e 8 mil.
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I produttori verificano la profondità degli stub (le tolleranze di ±2-3 mils sono comuni) per assicurarsi che non vengano tagliati gli strati di segnale.
Considerazioni sulla progettazione
Nella progettazione della perforazione posteriore è necessario considerare attentamente diversi fattori chiave:
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La profondità di perforazione può essere calcolata teoricamente:
Profondità di perforazione = distanza dalla superficie della lastra alla sommità dello strato di destinazione - Sicurezza margine - Compensazione della lunghezza della punta.
Ad esempio, per un PCB con uno spessore totale di 1,6 mm, la profondità di foratura posteriore per i fori che si estendono dallo strato superficiale (L1) allo strato L5 dovrebbe essere “lo spessore da L1 a L5 più 0,05 mm di compensazione” (per evitare di danneggiare lo strato L5).
Questo calcolo deve essere estremamente preciso, tenendo conto di tutti i fattori di compensazione e rappresenta un punto di controllo fondamentale nella produzione. Riducendo la profondità di foratura posteriore di 1 mil (cioè, la profondità residua dello stub aumenta di 1 mil), si ottiene una perdita di segnale di circa 0,25%.
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Limitare la foratura posteriore ai vias ad alta velocità o coppie differenziali o reti di segnali su ~3 Gbps. Controllo della potenza e della bassa velocità tramite NON richiedono una perforazione posteriore.
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Gli stub devono essere pari a 1/10 della lunghezza d'onda del segnale. Per esempio, 25 Gbps si traducono in una lunghezza d'onda del segnale di ~24 mm in FR4, Quindi, tutto ciò che è più lungo di 2-3 mm deve essere rimosso.
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La precisione della profondità deve essere superiore all'ultimo strato collegato. Una profondità eccessiva mantiene lo stub in posizione, mentre una profondità eccessiva interrompe la connessione. Inoltre, più il PCB è spesso, più è probabile che gli stub creino problemi e richiedano una foratura posteriore.
Confronto con altri tipi di via
Prima di decidere quale tipo di via utilizzare, è utile confrontare trapano posteriore vs cieco via e altre opzioni comuni. Questa tabella di confronto mostra come ogni via influisce sull'integrità del segnale, sul costo e sulla complessità di produzione.
Tabella: Vialetti retroforati vs. vialetti ciechi vs. vialetti interrati vs. vialetti passanti
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Via Tipo
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Descrizione e caratteristiche
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Costo e complessità
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Il miglior caso d'uso
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Standard Foro passante Vias
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Basso
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Progetti a bassa velocità o a basso costo
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Viali ciechi
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Medio-alto
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Progetti ad alta densità in cui sono necessarie connessioni prive di stub
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Viali sepolti
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Alto
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Progetti ad alta densità o ad alte prestazioni
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Vialetti retroforati
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Medio
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Progetti ad alta velocità che richiedono un basso impatto dello stub
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In breve, foratura posteriore in PCB produzione fornisce un un'alternativa economicamente vantaggiosa a vias ciechi e interrati per prestazioni ad alta velocità.
Il futuro della retroforatura nei PCB
Il backdrilling migliora significativamente l'integrità del segnale nei circuiti stampati ad alta velocità, eliminando gli stub in eccesso dai vias e riducendo così le riflessioni e le interferenze. Come 5G, calcolo ad alta velocità e intelligenza artificiale Le tecnologie avanzano rapidamente e la domanda di trivellazione a ritroso continuerà a crescere.
La tecnologia di retro-perforazione sta avanzando verso una maggiore precisione e un controllo automatizzato e intelligente.
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Maggiore precisione: L'accuratezza del controllo della profondità di retroforatura è migliorata da ±5 mil a ±2 mil o anche più fine.
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Automazione potenziata: Strumenti EDA offrono ora impostazioni più intelligenti delle regole di back drilling e algoritmi di riconoscimento automatizzati.
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Integrazione tecnologica: La perforazione posteriore può essere combinata con tecniche quali tramite riempimento e la foratura laser.
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Integrazione della simulazione: Gli effetti della foratura posteriore sono incorporati direttamente nei modelli di simulazione dell'integrità del segnale.
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FAQ
A1: No, solo le vias ad alta velocità che contengono il segnale critico devono essere forate. Ad esempio, è improbabile che i vias di alimentazione o i segnali di controllo a bassa velocità generino stub durante la trasmissione.
A2: No. I vias ciechi non creano stub perché vanno solo nello strato in cui vengono collegati. Il backdrilling va fino in fondo e l'eccesso viene rimosso. Il backdrilling è meno costoso della realizzazione di un blind via perché è solo un passaggio aggiuntivo nelle costruzioni multistrato.
A3: Abbastanza preciso da perforare solo fino a poco prima dell'ultimo strato collegato. Se non va abbastanza in profondità, rimane il moncone. Se va troppo in profondità, manca la connessione.
A4: No. La maggior parte dei progettisti offre la foratura posteriore solo per le coppie differenziali critiche ad alta velocità e lascia stare gli altri vias per evitare un sovrapprezzo di produzione.
A5: La maggior parte dei sistemi CAD consente di indicare le forature necessarie nelle tabelle di foratura o nelle note di fabbricazione. È sufficiente comunicare efficacemente con il vostro Progettista di PCB in modo che lo sappiano.
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