HDI PCB의 백 드릴링: 고속 전자 장치의 신호 무결성 향상

5G 기지국에서 데이터 센터 스위치에 이르기까지 더 빠르고 작은 전자 제품을 구축하기위한 레이스에서 서명적 무결성은 궁극적 인 병목 현상입니다. 고밀도 상호 연결 (HDI) PCB는 밀도가 높은 층과 작은 vias를 사용하여 소형화를 가능하게하지만 스터브를 통해 숨겨진 위협을 유발합니다. 이 짧고 사용하지 않은 VIA 세그먼트는 안테나처럼 작용하여 신호를 반영하고, 고속 설계 (> 10Gbps)의 성능 저하를 유발합니다. 다시 드릴링을 입력하십시오 - 이러한 스터브를 제거하는 정밀 제조 기술로 신호가 흐르지 않도록합니다.

이 안내서는 후면 드릴링이 어떻게 작동하는지, HDI PCB의 중요한 역할 및 현대의 고주파 응용 프로그램에 필수 불가결 한 이유를 설명합니다. 5G, AI 가속기 또는 항공 우주 시스템에 대한 설계에 관계없이 신뢰할 수있는 고성능 전자 장치를 잠금 해제하는 데 중요한 역 시추를 이해하는 것이 중요합니다.

HDI PCB의 후면 드릴링은 무엇입니까?
백 드릴링 (또는“배경”)은 HDI PCB에서 세그먼트를 통해 사용되지 않은 "스터브"를 제거하는 특수 프로세스입니다. Vias는 PCB에서 레이어를 연결하는 작은 구멍이지만 의도 한 레이어를 넘어 확장되면 초과 스터브가 문제가됩니다.

A. Signal Reflection : 스터브는 불일치 한 전송 라인으로 작용하고, 신호를 튀기고, 고속 회로에서 노이즈 (벨소리)를 생성합니다.
B.crosstalk : 스터브는 전자기 에너지를 방출하여 인접한 흔적을 방해합니다.
C. 최신 오류 : 반사 신호는 지터를 유발하여 PCIE 6.0 또는 100g 이더넷과 같은 프로토콜에서 데이터 무결성을 방해합니다.

후면 드릴링은 이러한 스터브를 대상으로 PCB의 "뒤로"드릴링하여 비아를 정확한 필요한 길이로 다듬습니다. 결과? 클리너 신호, 간섭 감소 및 더 빠른 데이터 속도 지원.

드릴링이 어떻게 작동하는지 : 단계별 프로세스
1. 스터브 위치를 식별 : PCB 디자인 파일 (Gerber 또는 ODB ++)을 사용하여 엔지니어는 스터브와 VIA를 맵핑합니다. 스터브는 대상 층을지나 연장되는 블라인드 비아 (외부 층을 내부 층에 연결)에서 일반적입니다.
2. 드릴링 매개 변수 설정 : 드릴 깊이가 교정되어 스터브 만 제거하여 대상 레이어에서 정확하게 정지합니다. 액티브 트레이스 나 도금을 피하기 위해 공차가 빡빡합니다 (일반적으로 ± 0.02mm).
3. 프레시션 드릴링 : 다이아몬드 팁 드릴 (작은 vias) 또는 카바이드 드릴 (큰 비아 용)이있는 CNC 기계는 스터브를 자릅니다. 스핀들 속도는 깨끗한 컷을 보장하기 위해 30,000 ~ 60,000 rpm입니다.
4. 구동 및 청소 : 드릴 된 영역은 잔해를 제거하기 위해 칫솔질 또는 에칭되어 단락을 방지합니다.
5. 검사 : X- 선 또는 광학 시스템은 스터브 제거를 확인하고 주변 층의 손상을 확인합니다.

스터브 길이 : 중요한 이유
스텁 길이는 특히 고주파에서 신호 품질에 직접 영향을 미칩니다.

단 1mm의 AA 스터브는 10GHz에서 30% 신호 반사를 유발할 수 있습니다.
B. 28GHz (5g mmwave), 0.5mm 스터브조차도 측정 가능한 지터 및 삽입 손실을 소개합니다.

아래 표는 스터브 길이가 50Ω HDI PCB의 성능에 어떤 영향을 미치는지 보여줍니다.

HDI PCB의 백 드릴링의 주요 이점
백 드릴링은 HDI PCB 성능을 변환하여 고속 설계에서 불가능한 기능을 가능하게합니다.
1. 향상된 신호 무결성
스터브를 제거함으로써 백 드릴링이 줄어 듭니다.

A. 반사 : 신호는 튀기지 않고 진폭과 모양을 유지하지 않고 이동합니다.
B. RENGING : 반사로 인한 진동은 최소화되어 전력 전자 장치의 맥박형 변조에 중요합니다.
C.jitter : 데이터 스트림의 타이밍 변동이 줄어 져 엄격한 표준을 준수합니다 (예 : 400g 이더넷의 경우 IEEE 802.3bs).

2. 전자기 간섭 감소 (EMI)
스튜브가없는 Vias는 전자기 에너지를 적게 방출하여 EMI를 두 가지 방법으로 낮추십시오.

A.Emissions : VIA는 더 이상 안테나 역할을하지 않으므로 다른 구성 요소와의 간섭이 줄어 듭니다.
B. 소수성 : PCB는 항공 우주 및 의료 기기의 주요 이점 인 외부 소음을 픽업하는 경향이 적습니다.

5G 기지국 PCB에 대한 사례 연구에 따르면 EMI가 EMI를 40%감소시켜 엄격한 EMC 표준을 준수 할 수있었습니다 (예 : CISPR 22).

3. 더 높은 데이터 속도에 대한 지원
백 드릴링은 차세대 고속 인터페이스를위한 인 에이 블러입니다.

a.5g mmwave (28–60GHz) : 스터브는 빔 포밍 회로에서 신호를 손상시킵니다. 후면 드릴링은 안정적인 의사 소통을 보장합니다.
B.PCIE 6.0 (64GBPS) : 타이트한 지터 예산 (<1ps)은 데이터 무결성을 유지하기 위해 고급 VIA가 필요합니다.
C.AI Accelerators : HBM (High-Bandwidth Memory) 인터페이스는 200 개 이상의 GBPS 데이터 속도를 지원하기 위해 백 드릴링에 따라 다릅니다.

4. 다층 HDI PCB의 신뢰성 향상
8-12 개의 층이있는 HDI PCB는 수백 개의 VIA에 의존합니다. 후면 드릴링 :

a. 조밀 한 레이아웃에서 Viar-to-Via Crosstalk를 50-60% 감소시킵니다.
B. 예방자는 자동차 및 산업용 사용에 중요한 온도 사이클 (-40 ° C ~ 125 ° C)에 대한 신호 분해를 신호 분해합니다.

시추 성공에 영향을 미치는 요인
정확하고 효과적인 백 드릴링을 달성하는 것은 재료, 장비 및 설계의 신중한 제어에 따라 다릅니다.
1. PCB 재료 및 두께
A.Substrate 유형 : FR-4 (표준)는 높은 TG 재료 (예 : Megtron 6) 또는 세라믹보다 시추하기가 더 쉽습니다.
B.copper 두께 : 두꺼운 구리 (2-4 온스)는 드릴 마모를 증가시키고 더 높은 추력력을 필요로하므로 교정되지 않으면 스터브 잔재가 필요합니다.
C. total 두께 : 더 두꺼운 PCB (> 2mm)는 활성 층으로의 오버 링을 피하기 위해 더 긴 드릴과 더 엄격한 깊이 제어를 요구합니다.

2. 디자인과 크기를 통해
A.via 직경 : 작은 VIA (0.2–0.5mm)는 마이크로 드릴과 더 높은 정밀도가 필요합니다. 더 큰 vias (0.5–1.0mm)는 더 용서하지만 여전히 좁은 깊이 공차가 필요합니다.
B. PLATING 품질 : VIA 내부의 고르지 않은 구리 도금은 드릴 드리프트를 유발하여 부분적으로 스터브를 남길 수 있습니다. ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) 도금은 균일 성을 위해 선호됩니다.
C.Stub 길이 대상 : 더 짧은 대상 스터브 (<0.3mm)는 더 긴 드릴링보다 더 정확한 드릴링이 필요하므로 제조 복잡성이 증가합니다.

3. 장비와 정밀도
A.CNC 드릴 정확도 : 기계는 ± 0.01mm 깊이 제어 및 ± 0.02mm 위치 정확도를 달성해야합니다. 고급 시스템은 실시간 조정을 위해 레이저 깊이 센서를 사용합니다.
B. 드릴 비트 선택 : 다이아몬드 코팅 비트는 높은 TG 재료의 작은 vias에 가장 적합합니다. 카바이드 비트는 FR-4에서 더 큰 VIA에 대한 비용 효율적입니다.
C. 쿨링 : 고속 드릴링은 열을 생성합니다. 공기 또는 미스트 냉각은 수지 용융 및 드릴 비트 분해를 방지합니다.

4. 검사 및 품질 관리
AX-RAY 검사 : 내부 층의 숨겨진 VIA에 중요합니다.
B.TDR 테스트 : 시간 도메인 반사 측정법은 임피던스 불연속성을 측정하여 후면 드릴링이 반사를 제거했음을 확인합니다.
C. 크로스 섹션 분석 : 현미경 검사는 잔류 스텁이 남아 있지 않으며 인접한 층이 손상되지 않도록합니다.

후면 드릴링 대 대체 솔루션
후면 드릴링은 매우 효과적이지만 다른 방법이 존재합니다.

Back Drilling은 대부분의 고속 HDI 애플리케이션에서 성능, 비용 및 확장 성의 최상의 균형을 맞 춥니 다.

백 드릴링이 필수적인 응용 프로그램
후면 드릴링은 데이터 속도와 소형화의 한계를 추진하는 산업에서 협상 할 수 없습니다.
1. 5G 인프라
기지국 : 백 드릴링은 28GHz 및 39GHz 신호가 저하없이 안테나에 도달하도록합니다.
작은 세포 : 소형 인클로저의 레이아웃을 통해 밀도가 높습니다.

2. 데이터 센터
스위치/라우터 : 400G/800G 이더넷 인터페이스에는 지터 표준을 충족시키기 위해 후면 드릴링이 필요합니다.
AI 서버 : GPU와 메모리 간의 대역폭 링크는 200 개 이상의 GBPS 데이터 속도에 대한 스튜브가없는 VIA에 따라 다릅니다.

3. 항공 우주 및 방어
레이더 시스템 : 77GHz 자동차 레이더 및 100GHz 군사 레이더 사용 백 시추를 사용하여 가혹한 환경에서 신호 무결성을 유지합니다.
항공 전자 : 백 드릴링에서 EMI 감소는 소음이 발생하기 쉬운 항공기 시스템에서 안정적인 통신을 보장합니다.

4. 자동차 전자 장치
ADAS 센서 : LIDAR 및 카메라 PCB는 Back Drilling을 사용하여 ECU에 대한 고속 데이터 링크를 지원합니다.
인포테인먼트 : 10GBPS 자동차 이더넷은 차량 내 연결을 위해 백 드릴링에 의존합니다.

다시 드릴링을 구현하기위한 모범 사례
다시 드릴링 효과를 극대화하려면 다음과 같은 지침을 따르십시오.

1. 제조 가능성을위한 디자인 (DFM) :
스텁 길이 대상 (> 25Gbps 설계의 경우 <0.3mm)을 지정하십시오.
드릴링을 단순화하기 위해 중요한 흔적 근처에 vias를 배치하지 마십시오.
Gerber 파일에 명확한 드릴 깊이 데이터를 포함하십시오.

2. 숙련 된 제조업체가있는 파트너 :
백 드릴링 기능 (예 : ± 0.01mm 깊이 제어)이있는 HDI 전문가를 선택하십시오.
품질을 보장하기 위해 검사 프로세스 (X-ray, TDR)를 검증하십시오.

3. 조기 및 자주 테스트 :
신호 개선을 확인하기위한 백 드릴링이있는 프로토 타입.
시뮬레이션 도구 (예 : ANSYS HFSS)를 사용하여 제조 전에 스텁 영향을 모델링하십시오.

백 시추의 미래 트렌드
데이터 속도가 1TBPS로 향함에 따라 Back Drilling Technology가 발전하고 있습니다.

A. LASER BACK DRILLING : Ultrafast 레이저 (Femtosecond)는 최소 열 손상으로 드릴링을 통해 0.1mm 이하를 활성화합니다.
B.AI 구동 드릴링 : 머신 러닝은 드릴 경로와 속도를 실시간으로 최적화하여 결함을 30-40%줄입니다.
C. 통합 검사 : 백 드릴링 머신과 쌍을 이루는 인라인 X- 레이 시스템은 즉각적인 피드백을 제공하여 스크랩 속도를 낮추 었습니다.

FAQ
Q : 백 드릴링이 필요한 최소 스터브 길이는 얼마입니까?
A : 데이터 속도> 10Gbps의 경우 스튜브> 0.3mm가 다시 뚫어야합니다. 50GBPS+에서 0.1mm 스터브조차도 측정 가능한 신호 분해를 일으 킵니다.

Q : 백 드릴링이 PCB가 약화됩니까?
A : 아니요, 올바르게 완료되면. 현대 드릴은 스터브 만 제거하여 기계적 강도를 유지하기 위해 도금을 통해 둡니다.

Q : Back 드릴링은 PCB 비용에 얼마나 추가됩니까?
A : Back Drilling은 특수 장비 및 검사로 인해 HDI PCB 비용에 10–15%를 추가합니다. 이것은 종종 개선 된 수율과 성능으로 상쇄됩니다.

Q : 유연한 HDI PCB에서 백 드릴링을 사용할 수 있습니까?
A : 그렇습니다. 그러나주의해서. 유연한 기판 (폴리이 미드)은 찢기를 피하기 위해 더 느린 드릴 속도와 더 선명한 비트를 필요로합니다.

Q : 어떤 표준이 시추 품질을 지배합니까?
A : IPC-6012 (섹션 8.3)는 깊이 공차 및 검사 방법을 포함하여 스터브 및 후면 드릴링에 대한 요구 사항을 간략하게 설명합니다.

결론
Back Drilling은 HDI PCB 제조의 조용한 혁명으로 현대 기술을 정의하는 고속의 소형 전자 제품을 가능하게합니다. 스터브를 통해 제거함으로써 5G, AI 및 항공 우주 시스템을 무너 뜨리는 신호 무결성 문제를 해결합니다. 제조에 복잡성이 추가되지만, 이점 (청소기 신호, EMI 감소 및 더 빠른 데이터 비율 지원)은 필수 불가결합니다.

엔지니어와 제조업체의 경우 백 드릴링은 더 이상 옵션이 아니라 필수입니다. 전자 장치가 속도와 크기의 경계를 계속 추진함에 따라, 다시 드릴링을 마스터하는 것은 주요 경쟁 우위로 남아있을 것입니다.

주요 테이크 아웃 : 백 드릴링은 HDI PCB를 병목 현상에서 인 에이 블러로 변환하여 고속 신호가 타협하지 않고 목적지에 도달 할 수 있도록합니다.