一文看懂PCB背钻

一、什么是PCB的背钻孔

PCB设计和制造面临的挑战之一是如何保护信号完整性问题。背钻也称为可控深度钻孔，用于去除PCB通孔中铜筒的导电过孔存根。作为过孔的一部分，存根会在高速设计中导致严重的信号完整性。

PCB背钻

另外，过孔存根会导致信号从存根端反射回来，扰乱原来的信号。换句话说，如果存根很长，失真会很严重。为了解决这个问题，进行了背钻，其中通过使用稍大尺寸钻头重新来钻孔去除大部分过孔桩。

PCB背钻

二、PCB背钻如何克服信号完整性问题

通过使用稍大的钻头，在电镀通孔制造后重新去除这些存根。将孔背钻到预定和受控的深度，该深度接近但不接触孔使用的最后一层。

理想的剩余存根应该小于10mils。背钻孔的直径大于电镀通孔的直径。通常，被钻头的直径比原钻头直径大8mils到10mils。原因是走线和平面的间隙必须足够大，以免在背钻过程中误钻穿与背钻相邻的走线和平面。

背钻前

背钻后

三、为什么需要背钻？

背钻可以用来缩短过孔存根，还可以干扰高速信号，通常，背钻会导致低于10密耳的过孔短线，从而削弱铜管产生信号反射的能力。

例如：在10层叠层中从第一层到第十层钻了一个通孔。但是你的设计需要第一层到第三层的信号，通孔在第三层之后会有一个存根。但是没有使用的部分会产生高频反射和共振。

因此就需要背钻去除第三层之后多余的镀铜，此外，背钻必须大于PTH的原始尺寸，否则没有办法去除所有不需要的铜。

下面是实际背钻的过程：

1、下图中，你可以看到带有延伸到信号路径之外的过孔存根的PCB

带有过孔存根的PCB

2、使用稍大的钻头进行背钻

使用较大钻孔尺寸的PCB背钻孔

3、通过背钻减少过孔存根

通过背钻减少过孔存根

四、什么时候使用背钻？

一般建议在PCB上的电路走线有≥1Gbps速率的信号时考虑加入背钻，但是设计高速互连链路是一项复杂的系统工程任务，还需要考虑芯片的驱动能力和互连链路的长度等因素。因此系统互连链路仿真是判断是否需要背钻的最可靠途径。

PCB背钻

PCB背钻一般特征：

背面多为硬板

一般用于8层以上

板厚大于2.5mm

最小保持尺寸为0.3mm

背钻比过孔大0.2mm

背钻深度公差+/-0.05mm

五、PCB背钻工艺流程

电镀前用干膜封住定位孔。

用铜电镀孔以创建导电路径。

在电镀PCB上创建外层图形。

外层图形制作完成后，在PCB上进行图形电镀。在此过程之前，重要的是对定位孔进行干膜密封处理。

背钻是利用初钻工艺中的定位孔进行对位，利用钻头对需要进行该工艺的电镀孔进行背钻。

背钻后，需要清洗板以去除背钻中可能存在的任何残留钻屑。

检查电路板以验证背钻过程是否准确执行以及信号完整性是否得到增强。

PCB背钻流程

背钻示例：

假设在12层叠层中有一个从第1层和第12层的通孔，但是过孔仅适用于从第1层到第3层的信号。因此在第3层和第12层之后创建一个过孔存根，这将在非常高的频率下产生共振和反射，会减少谐振频率的信号。因此在第3层和第12层之后执行背钻以去除镀铜，以减少短截线长度。背钻应该比原来的尺寸大，清除不需要的铜。

PCB背钻实例

六、可以保留多少剩余存根长度?

背钻时，你必须要计算可以保留多少剩余短截线长度，这样不会影响PCB性能。决定这个因素取决于其他几个因素，包括：信号完整性和实际制造工艺，

通常减少最大剩余存根长度和增加用于背钻的过孔会增加制造成本。该决定将取决于几个相互关联的因素，包括所需的信号下面给出的表格详细说明了与剩余存根长度相对应的信号损失。

与剩余存根长度相对应的信号损失

七、背钻工艺难点

1、背钻深度控制

背钻是利用钻头的深度控制功能来实现盲孔的加工，其公差主要受背钻设备精度和介质厚度公差的影响。此外，其精度容易受到外界的影响，如钻头的阻力、钻尖的角度、盖板与测量单元的接触效果、板的翘曲等。因此，在生产中需要选择合适的钻孔材料和钻孔方法，控制其精度，以达到最佳效果。

2、背钻精度控制

背钻是根据一次钻的孔径进行二次钻孔形成的，二次钻孔的精度非常重要。板材的涨缩、设备精度、钻孔方式等都会影响二次钻孔重合的精度，这对于PCB后续工序的质量控制非常重要。

八、PCB背钻优缺点

1、优点

背钻有助于减少信号衰减，确保信号更强、更可靠。此外，这种技术有助于最大限度地减少存根对阻抗匹配的影响，从而减少EMI/EMC辐射。

背钻也是防止信号失真问题的有效方法。众所周知，过孔存根会导致确定性抖动，这可能是由信号串扰、EMI和噪声引起的。通过去除这些存根，背钻可以帮助消除确定性抖动的来源，提高信号质量并防止信号失真问题。

背钻孔有助于最大限度地减少通孔之间的串扰。

通过实施背钻，可以减少信号中的确定性抖动，从而降低信号的整体误码率（BER）。

减少共振模式的激发。

尽量减少埋孔和盲孔的使用，以简化PCB生产。

对设计和布局的影响最小。

扩展信道带宽；

与顺序层压相比，成本会更低。

2、缺点

背钻的一个缺点是它只适用于频率范围在1GHz到3GHz之间并且没有可行盲孔的高频板。此外，必须使用特殊技术来防止对背板上孔横向的迹线和平面造成任何伤害。