背钻设计时要优先保证哪一项，STUB长度真的是越短越好吗

高速先生成员--王辉东

人道是：

八月十八潮，壮观天下无。

鲲鹏水击三千里，组练长驱十万夫。

红旗青盖互明末，黑沙白浪相吞屠。

人生会合古难必，此情此景那两得。

小蝶托着腮望着窗外，思绪飞到千里之外。

大潮一起三千里，天下第一看钱塘。

等这次把板子投了，一定要去钱塘江边看一看。

百里闻雷震，惊涛来似雪。

人在南海边，心在钱塘畔。

小蝶正在沉思中，大师兄的声音很突兀的打断了他的思绪。

“小蝶你过来一下，这个背钻stub的要求有点不合理。”

背钻的来由及作用:

• PCB制造过程中镀通孔其实可当作是线路来看，某些镀通孔端部的无连接，这将导致信号的折回共振也会减轻信号，且可能会造成信号传输的反射、散射、延迟等，给信号带来“失真”的问题。背钻的作用其实是钻掉没有起到任何的连接或者传输作用的通孔段，避免造成信号传输的反射、散射、延迟等，给信号带来“失真”。

• 背钻:

• 利用机械钻孔机的深度控制功能，在某些PTH孔上用较大直径的钻刀钻具有一定深度要的NPTH孔，以去除部份孔铜。背钻孔非意图如下:

STUB长度带来的影响：

1.短孔和长孔比较可知，长孔增加了电感效应，增加了信号的衰减，因此PCB采用 薄的介质好些。

2. 有无stub比较可知，stub增加了电容效应，增加了信号的衰减，因此尽量在顶层走线换层，如果中间层换层去掉stub最好。

背钻可以从pcb的两面进行，并且支持不同的深度，通常来说，背钻的直径比原始的孔径大，比如说连接器的压接孔径为0.3mm，那么选用0.45mm的通孔钻头，背钻孔的钻头则要比通孔钻头还要大0.15-0.2mm，此时设计的时候一定要保证0.45mm背钻钻头到走线的距离，极限间距为6mil。所以PCB设计时背钻孔到周围走线的间距，可以设计在10mil及以上。

对于板厂来说，加工难点在于必须小心控制背钻的深度。设计阶段就必须仔细权衡性能与价格，既要满足信号质量的要求，也要考虑背钻的成本。

要注意，背钻无法完全消除stubs，必须要留出裕量。背钻一定要宁浅勿深。

 

下面是以前娟姐的文章《背钻偏差的产生及其影响》，详细的讲解过stub的影响。强烈推荐大家去看看。

背钻理想情况是：钻掉过孔出线层以下所有的stub。但是生产做不到100%精准，为了不伤害到出线层，必须与出线层保持一定的距离，我们称之为安全距离。所以不会出现理想情况，背钻后过孔stub会残留2mil~12mil。

理想情况：

实际情况：

过孔的背钻深度偏差1

假设过孔出线层在layer4，一般在PCB文件中会将背钻设置为bottom-to-layer5，意思是要求从bottom层往上做背钻，钻到layer4但不能伤害layer4，这样做完背钻后，过孔stub长度最多12mil，此时就算用FR4材料，stub造成的谐振也在80GHz以后了，对于目前25Gbps/28Gbps的信号基本都没影响。

但是，如果产品在设计时就没有正确设置背钻层，或者出于其它因素的考虑而没办法设置成bottom-to-layer5，比如避免背钻伤害到其它层的线、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，如下图所示：

37mil的过孔stub造成的谐振会提前到30GHz左右了。此时这个背钻深度偏差是否对你的产品有致命的恶化？系统是否有充足的裕量以抵抗恶化？这需要在产品设计阶段就有预判，免得事后心慌慌。

鱼眼的解释

背钻的加工过程

 

什么是鱼眼

 

背钻的常规工艺能力：

背钻深度在1.6mm以下的，stub长度按2-8mil

1.6mm以上2.5mm以下，按2-10mil

2.5mm以上3.8mm以下，2-12mil

3.8mm以上到5mm以下，2-14mil

5mm以上2-16mil

所以在PCB加工时，并不是stub越短越好，因为PCB生产有公差，比如说成品板厚就有+/-10%的公差。成品板厚4mm，板厚在3.6-4.4mm都是正常的。

 

所以说拼命的追求stub的长度，越短越好，忽略了鱼眼的长度，导致连接器压接以后，没有孔铜接触，出现开路现象。所以在PCB设计时要优先保证鱼眼长度，再保证最短stub长度，最后再确定背钻钻透哪一层，也有可能这个层保证不了。

 

小蝶听了大师兄的讲解，惊出一身冷汗，赶紧修改了背钻的要求，把板子投了出去。

本期提问

关于PCB的背钻的处理方式，大家有没有一些特别的经历和故事，来，一起观潮，一起聊聊。

审核编辑 黄宇