Backdrill PCB: cos'è e come utilizzarlo in modo efficace

Introduzione

Backdrill PCB, noto anche come PCB Back Drilling, è una tecnica essenziale per migliorare le prestazioni del PCB. Elimina gli stub di via non necessari per l'alta velocità integrità del segnale applicazioni. Il motivo è che questo processo è fondamentale per i dispositivi elettronici che richiedono i migliori percorsi di segnale. Per ottenere prestazioni più elevate e progetti affidabili, è necessario comprendere il back drilling.

Cos'è il Back Drilling nei PCB?

La perforazione posteriore è un processo di foratura della piastra esistente di un PCB foro passante a una profondità specificata. Rimuove una parte del foro cilindrico placcato dal lato posteriore della scheda, rimuovendo così il moncone di via che altrimenti sporgerebbe dallo strato del componente allo strato più basso del PCB.

La foratura posteriore è la foratura eseguita sul lato posteriore o non componente di un componente completato Substrato PCB. Questa è anche nota come foratura dettagliata. Una procedura che richiede l'uso di una CNC specializzata trapano punta dotata di elevata precisione e accuratezza cilindrica.

Perché la perforazione posteriore viene utilizzata nella produzione di PCB?

Per i PCB ad alta velocità, la foratura posteriore offre diversi vantaggi che giustificano la maggiore complessità e i costi di fabbricazione.

Ridurre gli effetti moncone

Le antenne risonanti costruite con stub possono causare problemi di impedenza e generare EMI ad alta frequenza. La perforazione posteriore rimuove essenzialmente parti non necessarie e risonanze e radiazioni indesiderate, riducendo così al minimo la lunghezza dello stub.

Migliorare l'integrità del segnale

Gli stub accorciati assicurano che i segnali viaggino verso strati vicini, che sono privi di riflessioni e attenuazioni. Ciò aiuta a migliorare la qualità e la tempestività del segnale, in particolare a più gigabit velocità dei dati.

Consentire canali di routing più stretti

Riducendo i monconi, la spaziatura tra instradamento canali possono essere aumentati. Riduce l'interferenza tra tracce adiacenti, il che aumenta la densità di routing.

Consentire un impilamento più stretto degli strati

Per le vie più corte sono necessari anelli anulari più piccoli e spazi anti-pad. Ciò comporta distanze di impilamento del core più ridotte rispetto alle vie a lunghezza intera.

Ridurre le emissioni EMI

I monconi più corti riducono il EMI emesso a causa del ridotto effetto antenna. Aiuta a soddisfare i requisiti di conformità EMI ed EMC.

Abilita BGA ad alta densità

Riduce al minimo l'impatto del moncone in aree densamente imballate BGA pacchetti. Fornisce il routing per diverse sfere BGA.

Come si esegue il Back Drilling?

Si utilizza la perforazione posteriore come processo finale dopo aver completato la produzione effettiva del PCB. La rimozione di elementi indesiderati via gli stub migliorano la qualità del segnale e l'esecuzione precisa migliora le prestazioni della scheda.

Fabbricazione di PCB

Il PCB inizia con la fabbricazione convenzionale. Si applicano tutti gli strati premendoli insieme e realizzando fori passanti placcati. Questo crea la struttura generale della scheda. Solo dopo che questo processo di foratura posteriore è implementato, la scheda sarà pronta per ulteriori lavori di foratura di precisione.

Foratura a profondità controllata

La macchina specializzata CNC back drill esegue forature a profondità controllata. Il retro della tavola ha punte in carburo o rivestite di diamante che forano nella piastra selezionata attraverso fori. La profondità di foratura è precisa e solo in parti specifiche della canna. Le punte possono essere piccole da 0.2 mm a 1 mm per adattarsi a tutti i tipi di dimensioni di foro. È possibile forare più fori contemporaneamente.

sbavatura

La sbavatura rimuove i fori delle bave e resina sbavature. Questo passaggio è importante per mantenere la qualità della scheda. In questo modo, si assicura che i fori siano lisci. Una sbavatura corretta previene tutti i possibili problemi di prestazioni. Si finisce quindi per avere una scheda pulita ed efficiente.

Tappo in rame (facoltativo)

Il copper plugging è un metodo opzionale che conferisce maggiore stabilità meccanica o conduttività. I ​​fori praticati sul retro sono riempiti di rame. Ciò conferirà maggiore resistenza e schermatura se necessario. La tappatura in rame affina le prestazioni complessive della scheda. Ciò garantirà che la foratura posteriore sia ben arrotondata.

In cosa consiste il processo di foratura posteriore del PCB?

La perforazione posteriore del PCB è un metodo preciso per migliorare l'integrità del segnale. Mira alla rimozione di monconi non necessari che si estendono oltre i percorsi del segnale. Garantisci connessioni più pulite e interferenze ridotte. Questo processo è fondamentale per le schede a circuito stampato ad alte prestazioni. Bene, ti spieghiamo il processo.

• Passaggio 1: identificazione tramite stub: Il primo è identificare i via stub. Sono le parti che sporgono dal percorso del segnale nella scheda. Questo processo identifica i stub, che saranno presi di mira con la perforazione posteriore. Prende di mira specificamente le aree in cui la qualità del segnale è scarsa. La tua scheda è presa di mira da questa perforazione.

• Fase 2: Foratura posteriore: Dopo aver identificato gli stub, è coinvolta la perforazione posteriore. L'uso della punta del trapano è leggermente più grande di quel diametro, ma prima di essere grande per il diametro originale della via, lascerà lo stub senza interferire con il percorso del segnale principale. È richiesta una perforazione a profondità controllata per la precisione. Il desiderio è un flusso di segnale pulito e chiaro.

• Completamento e finitura:Dopo la rimozione dello stub CDD, si esegue la finitura sul foro. Questo processo offre bordi e una forma del foro corretta. Il risultato è una scheda pulita con prestazioni migliorate. Si può godere di un percorso del segnale migliore e meno interferenze. Il risultato è un prodotto finito ottimizzato per applicazioni ad alta velocità.

Quanto viene perforato?

La quantità di back drilling che farai sul tuo PCB dipende da diversi fattori. Puoi adattare il processo a esigenze specifiche. Di seguito sono riportate le cose da tenere a mente per avere un back drilling efficace sul PCB.

Tramite la tecnologia utilizzata

I requisiti della foratura posteriore dipendono dalla tecnologia. I collegamenti a foro passante vengono evitati da cieco or via sepolte, che controlla gli stub. La perforazione posteriore è utile anche per le schede con fori passanti completamente placcati. Ottimizza l'integrità del segnale delle schede. Pertanto, dovresti decidere se la tua scheda trarrebbe vantaggio da questo processo.

Livelli di routing interessati

Tuttavia, il back-drilling aiuta solo gli strati che hanno una via di fuga sopra il segmento perforato. Gli altri strati rimangono intatti. Implica che il miglioramento può avvenire solo dove c'è bisogno senza la necessità di modificare altre connessioni. Ti aiuta a concentrarti sugli strati interessati dagli stub. Quindi, un routing efficiente porta a un design più ordinato.

Velocità dati segnale

La riduzione di stub è più vantaggiosa per i segnali ad alta velocità di trasmissione dati. In generale, i segnali a bassa velocità mostrano pochi benefici. Il back drilling è in genere utilizzato per segnali a frequenze superiori a 5 Gbps. Migliora la qualità del segnale in generale. Non dimenticare di considerare la velocità di trasmissione dati del tuo progetto quando scegli questo processo.

Canali di routing disponibili

La perforazione posteriore può essere utilizzata se c'è una limitazione di spazio di routing per ottenere una spaziatura dei canali più ravvicinata. Offre ai progettisti libertà in progetti stretti. La perforazione posteriore non è sempre necessaria se c'è abbastanza spazio. Se lo spazio non è un problema, sei libero di allocare risorse altrove. Ciò consente l'equilibrio tra efficienza e necessità.

Requisiti EMI

La perforazione posteriore aiuta a raggiungere rigidi standard di emissioni EMI. Potrebbe non essere un grande guadagno in livelli EMI moderati. Ci concentriamo sui fori che trasportano segnali ad alta velocità per la perforazione posteriore. Un trattamento di questo tipo solitamente non è necessario per segnali a bassa velocità o di potenza. Quindi può garantire la conformità senza perforare troppo.

Linee guida di progettazione

Quando si progettano PCB per la perforazione posteriore, ci sono delle linee guida da seguire. Esse assicurano l'integrità strutturale e allo stesso tempo assicurano prestazioni ottimali. Conoscere queste considerazioni migliorerà non solo l'efficienza di produzione, ma anche l'affidabilità. Ecco alcune pratiche da implementare nel tuo progetto:

• Identificare le posizioni di Back Drill: Queste dovrebbero essere le specifiche di dove esattamente effettuare il back drill. Concentratevi sulle aree di problemi correlati all'impedenza, molto probabilmente a causa della necessità di routing ad alta velocità. Ci sono meno problemi di impedenza e, quindi, l'integrità del segnale è migliorata. Deve esserci una marcatura ad alta precisione durante la progettazione in modo che l'efficiente processo di rimozione dello stub possa trovare il suo segno.
• Mantenere la larghezza dell'anello anulare: Il anello anulare la larghezza dovrebbe essere almeno la dimensione della distanza anti-pad. Questo assicura che la struttura non si rompa mai e rimanga affidabile. Un buon anello anulare le conferisce resistenza meccanica. L'implementazione di questa regola evita qualsiasi problema di affidabilità. Rende la tua tavola forte e solida.
• Evita alcuni buchi e strumenti: Non forare mai i fori sotto i package BGA o i connettori. Questa è l'area sensibile. Non dovrebbe essere toccata. Inoltre, dovrebbero esserci numeri di utensili diversi per i fori che sono sia forati posteriormente che per quelli che non lo sono. Quindi, non ci sono confusioni. E il tuo PCB sembra pulito e funziona perfettamente.
• Utilizzare il rinforzo in fibra di vetro: Usa materiale dielettrico come FR4 rinforzato con fibra di vetro. Questo renderà il PCB rigido e non si romperà facilmente quando lo si fora. La fibra di vetro ha una grande durata e una perfetta qualità di isolamento. Consente una costruzione stabile della tua scheda. Il tuo design non perde la sua integrità nemmeno durante il processo di foratura.
• Controlla le capacità e le specifiche: Assicurarsi che il produttore possa effettuare la foratura posteriore con uno standard elevato. Lasciare un'apertura di circa 0.25-0.5 mm di diametro, più piccola di un trapano, prima della placcatura. Controllare la loro capacità e le tolleranze per la loro registrazione. Ciò garantirà che il processo di foratura sia accurato in ogni modo. La tua scheda sta godendo della precisione e dell'uniformità della qualità.

Applicazioni che utilizzano la perforazione posteriore

La perforazione posteriore diventa critica con molteplici tecnologie PCB avanzate. Richiedono progetti per ottenere la migliore integrità del segnale insieme a una gestione EMI efficace. Qui, possiamo spiegare dove deve essere applicata in modo efficace per causare un impatto completo.

• Schede digitali ad alta velocità con canali dati multi-gigabit: Assicura inoltre che vi sia una riflessione posteriore minima, che potrebbe contaminare il segnale pulito. I back drill assicurano che non vi sia alcun trasferimento brusco del segnale. È ben allineato con i requisiti ad alta velocità. Ciò rende le prestazioni visibilmente diverse.
• Schede di circuiti RF/microonde ad alta frequenza: Queste schede operano a frequenze in cui gli stub possono causare interferenze. Il back drilling facilita la gestione delle impedenze e dei segnali indesiderati. È fondamentale per prestazioni RF accurate. Si assicurano percorsi di segnale più chiari e controllati.
• Schede multistrato complesse con oltre 20 strati: In schede multistrato con centinaia di strati, lo stubbing è uno dei problemi più difficili. La rimozione di questi tramite back drilling mantiene i percorsi del segnale lisci e coerenti. Le complesse disposizioni elettriche sono supportate efficacemente dalla scheda. I tuoi progetti multistrato sono sempre efficienti e precisi.
• Schede HDI con interconnessioni ad alta densità: Un utilizzo più efficace dello spazio si ottiene con i layout HD. Mantieni il routing pulito e senza stub. Supporta una struttura densa di una scheda compatta. Ciò ha una buona compatibilità con le moderne tendenze di miniaturizzazione.
• Pacchetti BGA con elevato numero di pin e routing DDR3/DDR4: Entrambi dipendono dalla precisione del segnale per funzionare correttamente. Ciò elimina tutte le forme di interferenza attorno a BGA e chip di memoria.
• Prodotti simili, come server, sistemi di telecomunicazione e apparecchiature di prova, ne traggono gli stessi vantaggi.

Pertanto, la perforazione posteriore offre numerosi vantaggi in molti prodotti elettronici moderni.

Difficoltà tecniche del processo di perforazione posteriore

La perforazione posteriore è necessaria per i PCB per mantenere l'integrità del segnale. Richiede un controllo di precisione e una profondità precisa per la migliore qualità. Tuttavia, ci sono diverse sfide tecniche in questo processo. La perforazione posteriore dovrebbe anche essere eseguita al meglio con la giusta misura di traccia e spazio libero tra i pad. Uno spazio libero di oltre 10 mils assicura che la perforazione non causi alcun danno alla scheda. Si verificherà un guasto dove c'è una sovrapposizione apparente di tracce o pad. Gli spazi liberi devono essere realizzati con margini distinti per una perforazione efficiente. Una pianificazione adeguata evita errori costosi e danni alla scheda. Discutiamo i problemi e alcune possibili soluzioni.

• Controllo della profondità di perforazione posteriore: Si basa sulla gestione della profondità del processo di foratura posteriore. Ciò dipende dallo spessore del materiale della scheda e dalla precisione dell'attrezzatura che si intende utilizzare per tagliare le schede. Ci sono alcuni esempi di variabili esterne che possono influenzare la precisione, tra cui la deformazione della scheda, l'angolo della punta e la resistenza alla foratura. Scegliere le giuste forniture e tecniche è, quindi, molto importante. Si possono evitare problemi di integrità ed essere certi di una migliore trasmissione del segnale.
• Controllo della precisione della perforazione posteriore: La perforazione posteriore richiede un controllo preciso, che è fondamentale per la qualità del PCB. Ciò significa una perforazione successiva in base al diametro originale del foro. Altri fattori che influenzano la precisione sono i modelli di perforazione, l'espansione della scheda e persino la macchina stessa. Nel processo attuale, l'uso di un controllo accurato favorisce una riduzione degli errori. Questo passaggio diventa fondamentale affinché il PCB di perforazione posteriore funzioni a livelli ottimali e garantisca l'integrità del segnale.

I fattori che influenzano l'efficacia della perforazione posteriore nel PCB con perforazione posteriore

Il backdrilling nel design del PCB è un compito molto complesso che richiede un'attenta riflessione. Devi aver appreso questi fattori sul processo di backdrilling del PCB prima di aggiungerli al tuo design.

• Materiale e spessore della scheda: il materiale e lo spessore del PCB influiscono sulla foratura posteriore. I materiali FR-4, ceramici o metallici hanno punte e parametri di foratura diversi rispetto ai materiali in vetro e pellicola fotografica. La durezza e le proprietà termiche del materiale determinano il modo in cui avverrà la foratura. Questo passaggio assicura la selezione del materiale corretto per risultati perfetti, quindi efficienti e precisi produzione di PCB.
• Attraverso le dimensioni e la spaziatura: Per via e spaziatura, dimensioni e giochi giocano un ruolo molto importante nella foratura posteriore. Avrai bisogno di via più piccole e precise, mentre via più grandi richiederanno punte da trapano più grandi o più passate. Giochi insufficienti possono danneggiare punte e schede, quindi fornisci spazio adeguato per garantire che tutto funzioni correttamente. Una gestione efficace delle via previene quindi sovrapposizioni indesiderate e incidenti. 
• Spazio libero per traccia e pad: La foratura posteriore richiederà traccia e gioco di pad. Più di 10 mil di gioco sono sufficienti per garantire che la punta non danneggi la scheda. Tracce o pad sovrapposti causeranno guasti nella foratura. Il gioco deve essere molto preciso per una foratura efficace. Una pianificazione adeguata eviterà costosi errori e danni alle schede.
• Analisi tecnica e generazione di stack-up: Per una perforazione posteriore di successo dei PCB, l'analisi tecnica e la generazione di stack-up sono importanti. Questo processo è, quindi, complesso e necessita di macchinari e competenze specifiche che non tutti i produttori possono offrire. Si raccomanda di prendere in considerazione partner come PCBTok, in quanto hanno esperienza con processi così complessi.

FAQs

La perforazione posteriore indebolisce l'integrità strutturale del PCB?

La perforazione posteriore indebolisce leggermente l'integrità strutturale se vengono praticati numerosi fori grandi in profondità. Limitare la profondità impedisce un indebolimento maggiore migliorando al contempo le prestazioni.

I componenti possono essere posizionati sopra i fori posteriori?

No, non posizionare i componenti sui fori posteriori per evitare di danneggiare la connessione durante la foratura.

Come faccio a indicare le posizioni dei fori posteriori sul layout del PCB?

Identificare le posizioni dei back drill nello strato interno. Cercare le aree dei back drill posizionando simboli o annotazioni speciali.

Quanto aumenta il costo di fabbricazione dei PCB con la perforazione posteriore?

La foratura posteriore aumenta di circa il 20% il costo di fabbricazione del PCB a causa del passaggio aggiuntivo, ma i vantaggi in termini di prestazioni superano solitamente la spesa aggiuntiva.

Oltre alla perforazione posteriore, quali altri metodi di costruzione potrebbero essere impiegati per ridurre la lunghezza del moncone?

È possibile ottenere lunghezze ridotte di stub nei PCB con l'aiuto di vias forate al laser, vias cieche e vias interrate. Che posizionano le tracce più vicine all'estremità della via. Queste alternative possono aiutare a migliorare l'integrità del segnale dei tuoi progetti.

Conclusione

La perforazione posteriore è molto efficace per PCB ad alta densità e alta frequenza nelle reti, telecom, aerospaziale, settore automobilisticoe medicale elettronica. La perforazione posteriore rimuove le parti non critiche dei cilindri passanti placcati, eliminando così la degradazione del segnale e le EMI a velocità di dati multi-gigabit. Una progettazione adeguata consente alla perforazione posteriore di soddisfare sia gli obiettivi di prestazioni elettriche che di densificazione. Per schede veloci e dense, la perforazione posteriore è uno strumento essenziale per i progettisti di PCB.