バックドリルで解決 - PCB上の信号歪みを減らす方法
年月を経るにつれて、エンジニアはプリント基板のバックドリル設計において、高速デジタル信号の整合性を歪ませる可能性のあるノイズに対処するためのいくつかのアプローチを開発してきました。そして、私たちの設計が新たな境界を押し広げるにつれて、新しい課題に対処するための技術の複雑さも増しています。今日、デジタル設計システムの速度はGHzに達しており、これは過去よりも顕著な課題を生み出しています。エッジレートがピコ秒単位である場合、任意のインピーダンスの不連続性、インダクタンスの乱れ、または寄生容量は、信号の整合性と品質に悪影響を及ぼす可能性があります。信号の乱れを引き起こすさまざまな原因がありますが、特に見過ごされがちな一つの原因はビアです。PCB信号の歪みを減らす方法についての詳細は、以下をお読みください。
高密度インターコネクト（HDI）、多層カウントプリント基板、厚いバックプレーン/ミッドプレーンでは、ビア信号がジッターの増加、減衰、および高いビットエラーレート（BER）に苦しむことがあり、これにより受信側でデータが誤って解釈される可能性があります。
たとえばバックプレーンとドーターカードを例に取りましょう。インピーダンスの不連続に関しては、回路基板において焦点はしばしばそれらとマザーボードとの間のコネクタにあります。通常、これらのコネクタはインピーダンスの面で非常によくマッチしているものの、実際の不連続の原因はPCBデザインのビアです。
データレートが増加するにつれて、スルーホール（PTH）ビア構造によって導入される歪みの量も、通常、関連するデータレートの増加よりも指数関数的に高い割合で増加します。例えば、6.25 Gb/sのデータレートでのPTHビアの歪み効果は、3.125 Gb/sでのそれの2倍以上になることがよくあります。
最後に接続された層を超えて底部と上部に不要なスタブが存在することで、ビアは低インピーダンスの不連続として現れます。エンジニアがこれらのビアの余分な容量を克服する一つの方法は、その長さを最小限に抑えてそのインピーダンスを減らすことです。ここでバックドリリングが登場します。
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長いビアスタブの信号歪み[1]
バックドリリングでバックアップする
バックドリリングは、ビアスタブを取り除くことでチャネル信号の整合性を最小限に抑えるために、広く受け入れられているシンプルで効果的な方法として使用されてきました。この技術は、従来の数値制御（NC）ドリル装置を使用する制御深度ドリリングとして知られています。そして、この技術はバックプレーンのような厚い基板だけでなく、あらゆるタイプの回路基板に適用できます。
バックドリリングプロセスには、不要な導電性スタブを取り除くために、元のビア穴を作成するために使用されたドリルビットよりもわずかに大きな直径のドリルビットを使用することが含まれます。このビットは通常、プライマリドリルサイズよりも8ミル大きいですが、多くのメーカーはより厳しい仕様を満たすことができます。
バックドリリング手順が近くのビアによってトレースやプレーンをドリルスルーしないように、トレースとプレーンのクリアランスが十分に大きい必要があることを覚えておく必要があります。トレースやプレーンをドリルスルーするのを避けるためには、10ミルのクリアランスが推奨されます。
一般的に、バックドリリングによるビアスタブ長の減少は多くの利点をもたらします。これには以下が含まれます：
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決定論的ジッターを桁違いに減少させ、BERを低下させる。
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インピーダンスマッチングの改善による信号減衰の減少。
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スタブ端とチャネル帯域幅アンプからのEMI/EMC放射の減少。
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共振モードの励起とビア間クロストークの減少。
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連続積層よりも製造コストを低減しつつ、設計およびレイアウトへの影響を最小限に抑える。
高速PCB設計
高速設計の課題に対処するための簡単なソリューション
バックドリリング断面
バックドリリングの意図を伝える
バックドリリング技術の使用が高密度相互接続および高速設計アプリケーションで頻繁に使用されるようになるにつれて、この実践に起因する信頼性の問題も増加しています。これを推進するいくつかの問題には、設計ガイドラインの欠如、製造公差、および設計意図を製造パッケージ内の製造業者に適切に伝えることが含まれます。
では、どのようにして製造業者が回路基板上のすべてのターゲットビアおよびPTHコンポーネントを成功裏にバックドリリングするために必要な情報をすべて持っていることを確認しますか？また、設計を通じて複数レベルのバックドリリング仕様をどのように追跡しますか？
必要なのは、選択したオブジェクトに対して異なるバックドリリング構成を指定できるシンプルで視覚的な設定ツールを、設計ルールに統合することです。その後、どのビアがバックドリリングされる必要があるかをソフトウェアに任せて作業を続けることができます。Altium Designer®でバックドリリングがいかに簡単かを見てみましょう。
参照文献:
[1] ドゥドニコフ、ジョージ、およびウラジミール・ドゥヴァネンコ。「ラインカードおよびバックプレーンにおける高帯域幅伝送のためのマッチド終端スタブVIA技術」。すべての商標および登録商標は、それぞれの所有者の財産です。抄録 (n.d.): n. pag. ラインカードおよびバックプレーンにおける高帯域幅伝送のためのマッチド終端スタブVIA技術。Sanmina - SCI、2008。Web。2016年9月9日。
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