CN109548295A - 一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计方法与系统 - Google Patents

一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计方法与系统，包括：S1、利用HFSS软件设定参数后，得到不做任何优化时的S参数；S2、将残留焊盘直接去掉，确定接地过孔固定位置；S3、改变反焊盘尺寸进行S参数仿真，获得仿真曲线；S4、改变背钻尺寸进行S参数仿真，获得仿真曲线；S5、对背钻尺寸大小和反焊盘尺寸进行联合仿真，根据S参数仿真曲线选取最优尺寸。本发明解决了现有技术中对于反焊盘和过孔背钻的设计依赖于厂商给定参数制作，缺少综合考量的问题，实现基于接地过孔、过孔的反焊盘、残留焊盘、过孔残桩这四方面的综合考虑，选取最优反焊盘以及背钻尺寸，提升板卡性能。

Description

一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计方法与系统
技术领域
本发明涉及板卡设计技术领域，特别是一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计方法与系统。
背景技术
背钻英文名为Back drill或Back drilling，也称Counter Bore或CounterBoring。背钻技术就是利用控深钻孔方法，采用二次钻孔方式钻掉连接器过孔或者信号过孔的stub孔壁。背钻分为单面背钻和双面背钻两种。单面钻可以分为从TOP面开始背钻或从BOTTOM面开始背钻。连接器插件管脚的PIN孔只能从与连接器所在面相反的一面开始背钻，当PCB的TOP面和BOTTOM面都布置了高速信号连接器时，就需要进行双面背钻。
对于高速过孔，影响信号完整性的因素包括接地过孔、过孔的反焊盘、残留焊盘、过孔残桩，因此对高速差分过孔优化的时候，需要从这四个方面去考虑，对于以上四个方面，现有技术中往往是根据厂商给定的参数进行制作，缺少对于不同接地过孔、过孔的反焊盘、残留焊盘、过孔残桩这四个方面影响的综合考量。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计方法与系统，旨在解决现有技术中对于反焊盘和过孔背钻的设计依赖于厂商给定参数制作，缺少综合考量的问题，实现基于接地过孔、过孔的反焊盘、残留焊盘、过孔残桩这四方面的综合考虑，选取最优反焊盘以及背钻尺寸，提升板卡性能。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计方法，所述方法包括以下步骤：
S1、利用HFSS软件设定参数后，得到不做任何优化时的S参数；
S2、将残留焊盘直接去掉，确定接地过孔固定位置；
S3、改变反焊盘尺寸进行S参数仿真，获得仿真曲线；
S4、改变背钻尺寸进行S参数仿真，获得仿真曲线；
S5、对背钻尺寸大小和反焊盘尺寸进行联合仿真，根据S参数仿真曲线选取最优尺寸。
优选地，所述背钻的设计要求为：
背钻面的焊盘直径≤背钻孔直径；
内层焊盘设计成无盘工艺。
优选地，所述改变反焊盘尺寸为将反焊盘尺寸按照1mil的顺序进行增加。
优选地，所述对背钻尺寸大小和反焊盘尺寸进行联合仿真具体为，设置背钻尺寸为7mil-15mil，步长2mil；反焊盘尺寸15mil-30mil，步长3mil。
本发明还提供了一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计系统，所述系统包括：
优化前参数设定模块，用于利用HFSS软件设定参数后，得到不做任何优化时的S参数；
优化模块，用于将残留焊盘直接去掉，确定接地过孔固定位置；
反焊盘分析模块，用于改变反焊盘尺寸进行S参数仿真，获得仿真曲线；
背钻分析模块，用于改变背钻尺寸进行S参数仿真，获得仿真曲线；
最优尺寸选取模块，用于对背钻尺寸大小和反焊盘尺寸进行联合仿真，根据S参数仿真曲线选取最优尺寸。
优选地，所述背钻的设计要求为：
背钻面的焊盘直径≤背钻孔直径；
内层焊盘设计成无盘工艺。
优选地，所述改变反焊盘尺寸为将反焊盘尺寸按照1mil的顺序进行增加。
优选地，所述背钻尺寸大小和反焊盘尺寸的设置具体为，设置背钻尺寸为7mil-15mil，步长2mil；反焊盘尺寸15mil-30mil，步长3mil。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明分别从反焊盘以及背钻参数方面研究各自尺寸大小对于S参数的影响，并通过仿真选取出最优的背钻尺寸以及反焊盘尺寸。针对对于接地过孔、过孔的反焊盘、残留焊盘、过孔残桩这四方面的考虑下，将残留焊盘直接去掉，接地过孔固定位置确定下来，在这个的前提下来仿真另外两个参数，求出最佳的反焊盘大小和背钻尺寸。解决了现有技术中对于反焊盘和过孔背钻的设计依赖于厂商给定参数制作，缺少综合考量的问题，实现基于接地过孔、过孔的反焊盘、残留焊盘、过孔残桩这四方面的综合考虑，选取最优反焊盘以及背钻尺寸，提升板卡性能。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计方法流程图；
图2为本发明实施例中所提供的一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计系统结构框图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计方法与系统进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例公开了一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计方法，所述方法包括以下步骤：
S1、利用HFSS软件设定参数后，得到不做任何优化时的S参数；
S2、将残留焊盘直接去掉，确定接地过孔固定位置；
S3、改变反焊盘尺寸进行S参数仿真，获得仿真曲线；
S4、改变背钻尺寸进行S参数仿真，获得仿真曲线；
S5、对背钻尺寸大小和反焊盘尺寸进行联合仿真，根据S参数仿真曲线选取最优尺寸。
本发明实施例针对对于接地过孔、过孔的反焊盘、残留焊盘以及过孔残桩这四个方面的考虑，将残留焊盘直接去掉，确定接地过孔固定位置，在此前提下仿真另外两个参数，求出最佳的反焊盘大小以及背钻尺寸。
背钻技术为利用控深钻孔的方法，采用二次钻孔方式钻掉连接器过孔或者信号过孔的stub孔壁。背钻分为单面背钻和双面背钻两种，单面钻可以分为从TOP面开始背钻或从BOTTOM面开始背钻。连接器插件管脚的pin孔只能从连接器所在面相反的一面开始背钻，当PCB的TOP面和BOTTOM面都布置了高速信号连接器时，就需要进行双面背钻。
背钻孔焊盘设计要求过孔焊盘背钻后无铜环剩余，因此可按如下设计：
背钻面的焊盘直径≤背钻孔直径；
内层焊盘设计成无盘工艺。
背钻PCB表面处理工艺要求采用OSP或化学沉锡，禁用HASL。
在HFSS软件设定好参数后，分别得到不做任何优化时的S参数。
对于反焊盘的过孔参数优化过程，按照反焊盘增加的1mil的顺序进行增加后仿真，获得仿真曲线，可以得到反焊盘的添加对特性阻抗和S参数的优化有着明显改善。
为研究背钻工艺对过孔参数的影响，假设出线层在layer4，一般在PCB文件中将背钻设置为bottom-to-layer5，即要求从bottom层往上做背钻，钻到layer4但不能损伤layer4，这样做完背钻后，过孔stub长度最多12mil，此时即使采用FR4材料，stub造成的谐振也在80GHz以后，对于目前25Gbps/28Gbps的信号基本都没有影响。但是当产品在设计时没有正确设置背钻层，或者处于其他因素的考虑而无法设置bottom-to-layer5，比如避免背钻伤害到其他层的线或者要保证连接器的连接强度，而只能将背钻设置为bottom-to-layer7，设计造成的过孔stub本身就有25mil，加工生产环节的背钻偏差12mil，最后产品的过孔stub就有可能是37mil，背钻工艺对特性阻抗和S参数的优化有极其明显的改善。
为研究背钻工艺和反焊盘对过孔参数的综合影响，使用HFSS的Optimetrics功能对背钻尺寸大小和反焊盘尺寸进行联合仿真，背钻尺寸设计为7mil-15mil，步长2mil，反焊盘尺寸15mil-30mil，步长3mil，获得S参数仿真曲线，根据S参数仿真曲线选出比较合适的背钻尺寸。在本发明实施例中，背钻尺寸在7mil到15mil之间、反焊盘尺寸在21mil到30mil之间的时候，背钻尺寸越大，优化效果越好。
本发明实施例分别从反焊盘以及背钻参数方面研究各自尺寸大小对于S参数的影响，并通过仿真选取出最优的背钻尺寸以及反焊盘尺寸。针对对于接地过孔、过孔的反焊盘、残留焊盘、过孔残桩这四方面的考虑下，将残留焊盘直接去掉，接地过孔固定位置确定下来，在这个的前提下来仿真另外两个参数，求出最佳的反焊盘大小和背钻尺寸。解决了现有技术中对于反焊盘和过孔背钻的设计依赖于厂商给定参数制作，缺少综合考量的问题，实现基于接地过孔、过孔的反焊盘、残留焊盘、过孔残桩这四方面的综合考虑，选取最优反焊盘以及背钻尺寸，提升板卡性能。
如图2所示，本发明实施例还公开了一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计系统，所述系统包括：
优化前参数设定模块，用于利用HFSS软件设定参数后，得到不做任何优化时的S参数；
优化模块，用于将残留焊盘直接去掉，确定接地过孔固定位置；
反焊盘分析模块，用于改变反焊盘尺寸进行S参数仿真，获得仿真曲线；
背钻分析模块，用于改变背钻尺寸进行S参数仿真，获得仿真曲线；
最优尺寸选取模块，用于对背钻尺寸大小和反焊盘尺寸进行联合仿真，根据S参数仿真曲线选取最优尺寸。
背钻孔焊盘设计要求过孔焊盘背钻后无铜环剩余，因此可按如下设计：
背钻面的焊盘直径≤背钻孔直径；
内层焊盘设计成无盘工艺。
背钻PCB表面处理工艺要求采用OSP或化学沉锡，禁用HASL。
在HFSS软件设定好参数后，分别得到不做任何优化时的S参数。
对于反焊盘的过孔参数优化过程，按照反焊盘增加的1mil的顺序进行增加后仿真，获得仿真曲线，可以得到反焊盘的添加对特性阻抗和S参数的优化有着明显改善。
为研究背钻工艺对过孔参数的影响，假设出线层在layer4，一般在PCB文件中将背钻设置为bottom-to-layer5，即要求从bottom层往上做背钻，钻到layer4但不能损伤layer4，这样做完背钻后，过孔stub长度最多12mil，此时即使采用FR4材料，stub造成的谐振也在80GHz以后，对于目前25Gbps/28Gbps的信号基本都没有影响。但是当产品在设计时没有正确设置背钻层，或者处于其他因素的考虑而无法设置bottom-to-layer5，比如避免背钻伤害到其他层的线或者要保证连接器的连接强度，而只能将背钻设置为bottom-to-layer7，设计造成的过孔stub本身就有25mil，加工生产环节的背钻偏差12mil，最后产品的过孔stub就有可能是37mil，背钻工艺对特性阻抗和S参数的优化有极其明显的改善。
为研究背钻工艺和反焊盘对过孔参数的综合影响，使用HFSS的Optimetrics功能对背钻尺寸大小和反焊盘尺寸进行联合仿真，背钻尺寸设计为7mil-15mil，步长2mil，反焊盘尺寸15mil-30mil，步长3mil，获得S参数仿真曲线，根据S参数仿真曲线选出比较合适的背钻尺寸。在本发明实施例中，背钻尺寸在7mil到15mil之间、反焊盘尺寸在21mil到30mil之间的时候，背钻尺寸越大，优化效果越好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、利用HFSS软件设定参数后，得到不做任何优化时的S参数；
S2、将残留焊盘直接去掉，确定接地过孔固定位置；
S3、改变反焊盘尺寸进行S参数仿真，获得仿真曲线；
S4、改变背钻尺寸进行S参数仿真，获得仿真曲线；
S5、对背钻尺寸大小和反焊盘尺寸进行联合仿真，根据S参数仿真曲线选取最优尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计方法，其特征在于，所述背钻的设计要求为：
背钻面的焊盘直径≤背钻孔直径；
内层焊盘设计成无盘工艺。
3.根据权利要求1所述的一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计方法，其特征在于，所述改变反焊盘尺寸为将反焊盘尺寸按照1mil的顺序进行增加。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计方法，其特征在于，所述对背钻尺寸大小和反焊盘尺寸进行联合仿真具体为，设置背钻尺寸为7mil-15mil，步长2mil；反焊盘尺寸15mil-30mil，步长3mil。
5.一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计系统，其特征在于，所述系统包括：
优化前参数设定模块，用于利用HFSS软件设定参数后，得到不做任何优化时的S参数；
优化模块，用于将残留焊盘直接去掉，确定接地过孔固定位置；
反焊盘分析模块，用于改变反焊盘尺寸进行S参数仿真，获得仿真曲线；
背钻分析模块，用于改变背钻尺寸进行S参数仿真，获得仿真曲线；
最优尺寸选取模块，用于对背钻尺寸大小和反焊盘尺寸进行联合仿真，根据S参数仿真曲线选取最优尺寸。
6.根据权利要求5所述的一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计系统，其特征在于，所述背钻的设计要求为：
背钻面的焊盘直径≤背钻孔直径；
内层焊盘设计成无盘工艺。
7.根据权利要求5所述的一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计系统，其特征在于，所述改变反焊盘尺寸为将反焊盘尺寸按照1mil的顺序进行增加。
8.根据权利要求5-7任意一项所述的一种针对反焊盘和过孔背钻技术的尺寸设计系统，其特征在于，所述背钻尺寸大小和反焊盘尺寸的设置具体为，设置背钻尺寸为7mil-15mil，步长2mil；反焊盘尺寸15mil-30mil，步长3mil。
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