Back-Drilling - Kontrollierte Tiefenbohrung zur Vermeidung von Störsignalen

November 13, 2016 Robert Huxel
 

Im Laufe der letzten Jahre haben Elektronikentwickler verschiedenste Ansätze entwickelt, um Störungen in High-Speed Signalen auf Leiterplatten zu vermeiden. Allerdings setzen PCBs mit fortschreitender Komplexität neue Grenzen. Heutzutage operieren digitale Systeme in GHz- Bereichen, die vollkommen neue Herausforderungen mit sich bringen. Bei Flankensteilheiten von nur wenigen Pikosekunden kann jede Diskontinuität der Impedanz und Beeinträchtigung der Induktivität oder Kapazität die Signalqualität massiv beeinträchtigen. Es gibt verschiedene Ursachen für Signalstörungen, aber häufig wird eine ganz bestimmte Quelle übersehen – die Durchkontaktierung.

Die versteckte Gefahr

Im Allgemeinen sind Durchkontaktierung bei der Leiterbahnführung unvermeidbar. Bei High-Density-Interconnect (HDI) Leiterplatten mit vielen Lagen, wie auch bei Backplanes, können Durchkontaktierungen allerdings zu zusätzlichem Jitter, Dämpfung der Signale und höheren Bitfehlerraten führen. Dies führt dazu, dass Daten auf der Empfängerseite fehlinterpretiert werden. Verursacht werden die Störungen der Signalintegrität durch die nicht benötigten Anteile von metallisierten Bohrungen, die auch als Stubs bezeichnet werden. Stubs entstehen, wenn eine Leiterbahn auf einer Innenlage an eine Durchkontaktierung angebunden ist.

Eine einfache und effiziente Methode, um Stubs zu vermeiden, sind kontrollierte Tiefenbohrungen – eine Technik, die auch Back-Drilling genannt wird. Dabei werden mit konventionellen numerisch gesteuerten Bohrwerken die Stubs entfernt. Back-Drilling kann ohne großen Aufwand auf jeder Art von Leiterplatte angewendet werden, bei der Stubs Probleme mit der Signalintegrität verursachen.

backdrilling-cross-section

Das Entfernen der nicht benötigten Anteile von metallisierten Bohrungen reduziert deutlich eine besonders Form von Signalverzerrungen, den deterministischen Jitter. Da die Bitfehlerrate stark mit deterministischen Jitter zusammenhängt, wird jede Verringerung des Jitters durch Back-Drilling die Bitfehlerrate um Größenordnungen erheblich reduzieren. Weitere wichtige Vorteile von kontrollierten Tiefenbohrungen sind eine geringere Signalabschwächung durch eine bessere Anpassung der Impedanz, erhöhte Kanalbandbreite, reduzierte Abstrahlung (EMV), Resonanzen und Übersprechen.

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