一、什么是PCB的背鉆孔

PCB設(shè)計(jì)和制造面臨的挑戰(zhàn)之一是如何保護(hù)信號完整性問題。背鉆也稱為可控深度鉆孔，用于去除PCB通孔中銅筒的導(dǎo)電過孔存根。作為過孔的一部分，存根會在高速設(shè)計(jì)中導(dǎo)致嚴(yán)重的信號完整性。

PCB背鉆

另外，過孔存根會導(dǎo)致信號從存根端反射回來，擾亂原來的信號。換句話說，如果存根很長，失真會很嚴(yán)重。為了解決這個問題，進(jìn)行了背鉆，其中通過使用稍大尺寸鉆頭重新來鉆孔去除大部分過孔樁。

PCB背鉆

二、PCB背鉆如何克服信號完整性問題

通過使用稍大的鉆頭，在電鍍通孔制造后重新去除這些存根。將孔背鉆到預(yù)定和受控的深度，該深度接近但不接觸孔使用的最后一層。

理想的剩余存根應(yīng)該小于10mils。背鉆孔的直徑大于電鍍通孔的直徑。通常，被鉆頭的直徑比原鉆頭直徑大8mils到10mils。原因是走線和平面的間隙必須足夠大，以免在背鉆過程中誤鉆穿與背鉆相鄰的走線和平面。

背鉆前

背鉆后

三、為什么需要背鉆？

背鉆可以用來縮短過孔存根，還可以干擾高速信號，通常，背鉆會導(dǎo)致低于10密耳的過孔短線，從而削弱銅管產(chǎn)生信號反射的能力。

例如：在10層疊層中從第一層到第十層鉆了一個通孔。但是你的設(shè)計(jì)需要第一層到第三層的信號，通孔在第三層之后會有一個存根。但是沒有使用的部分會產(chǎn)生高頻反射和共振。

因此就需要背鉆去除第三層之后多余的鍍銅，此外，背鉆必須大于PTH的原始尺寸，否則沒有辦法去除所有不需要的銅。

下面是實(shí)際背鉆的過程：

1、下圖中，你可以看到帶有延伸到信號路徑之外的過孔存根的PCB

帶有過孔存根的PCB

2、使用稍大的鉆頭進(jìn)行背鉆

使用較大鉆孔尺寸的PCB背鉆孔

3、通過背鉆減少過孔存根

通過背鉆減少過孔存根

四、什么時候使用背鉆？

一般建議在PCB上的電路走線有≥1Gbps速率的信號時考慮加入背鉆，但是設(shè)計(jì)高速互連鏈路是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程任務(wù)，還需要考慮芯片的驅(qū)動能力和互連鏈路的長度等因素。因此系統(tǒng)互連鏈路仿真是判斷是否需要背鉆的最可靠途徑。

PCB背鉆

PCB背鉆一般特征：

背面多為硬板

一般用于8層以上

板厚大于2.5mm

最小保持尺寸為0.3mm

背鉆比過孔大0.2mm

背鉆深度公差+/-0.05mm

五、PCB背鉆工藝流程

電鍍前用干膜封住定位孔。

用銅電鍍孔以創(chuàng)建導(dǎo)電路徑。

在電鍍PCB上創(chuàng)建外層圖形。

外層圖形制作完成后，在PCB上進(jìn)行圖形電鍍。在此過程之前，重要的是對定位孔進(jìn)行干膜密封處理。

背鉆是利用初鉆工藝中的定位孔進(jìn)行對位，利用鉆頭對需要進(jìn)行該工藝的電鍍孔進(jìn)行背鉆。

背鉆后，需要清洗板以去除背鉆中可能存在的任何殘留鉆屑。

檢查電路板以驗(yàn)證背鉆過程是否準(zhǔn)確執(zhí)行以及信號完整性是否得到增強(qiáng)。

PCB背鉆流程

背鉆示例：

假設(shè)在12層疊層中有一個從第1層和第12層的通孔，但是過孔僅適用于從第1層到第3層的信號。因此在第3層和第12層之后創(chuàng)建一個過孔存根，這將在非常高的頻率下產(chǎn)生共振和反射，會減少諧振頻率的信號。因此在第3層和第12層之后執(zhí)行背鉆以去除鍍銅，以減少短截線長度。背鉆應(yīng)該比原來的尺寸大，清除不需要的銅。

PCB背鉆實(shí)例

六、可以保留多少剩余存根長度?

背鉆時，你必須要計(jì)算可以保留多少剩余短截線長度，這樣不會影響PCB性能。決定這個因素取決于其他幾個因素，包括：信號完整性和實(shí)際制造工藝，

通常減少最大剩余存根長度和增加用于背鉆的過孔會增加制造成本。該決定將取決于幾個相互關(guān)聯(lián)的因素，包括所需的信號下面給出的表格詳細(xì)說明了與剩余存根長度相對應(yīng)的信號損失。

與剩余存根長度相對應(yīng)的信號損失

七、背鉆工藝難點(diǎn)

1、背鉆深度控制

背鉆是利用鉆頭的深度控制功能來實(shí)現(xiàn)盲孔的加工，其公差主要受背鉆設(shè)備精度和介質(zhì)厚度公差的影響。此外，其精度容易受到外界的影響，如鉆頭的阻力、鉆尖的角度、蓋板與測量單元的接觸效果、板的翹曲等。因此，在生產(chǎn)中需要選擇合適的鉆孔材料和鉆孔方法，控制其精度，以達(dá)到最佳效果。

2、背鉆精度控制

背鉆是根據(jù)一次鉆的孔徑進(jìn)行二次鉆孔形成的，二次鉆孔的精度非常重要。板材的漲縮、設(shè)備精度、鉆孔方式等都會影響二次鉆孔重合的精度，這對于PCB后續(xù)工序的質(zhì)量控制非常重要。

八、PCB背鉆優(yōu)缺點(diǎn)

1、優(yōu)點(diǎn)

背鉆有助于減少信號衰減，確保信號更強(qiáng)、更可靠。此外，這種技術(shù)有助于最大限度地減少存根對阻抗匹配的影響，從而減少EMI/EMC輻射。

背鉆也是防止信號失真問題的有效方法。眾所周知，過孔存根會導(dǎo)致確定性抖動，這可能是由信號串?dāng)_、EMI和噪聲引起的。通過去除這些存根，背鉆可以幫助消除確定性抖動的來源，提高信號質(zhì)量并防止信號失真問題。

背鉆孔有助于最大限度地減少通孔之間的串?dāng)_。

通過實(shí)施背鉆，可以減少信號中的確定性抖動，從而降低信號的整體誤碼率（BER）。

減少共振模式的激發(fā)。

盡量減少埋孔和盲孔的使用，以簡化PCB生產(chǎn)。

對設(shè)計(jì)和布局的影響最小。

擴(kuò)展信道帶寬；

與順序?qū)訅合啾?，成本會更低?/p>

2、缺點(diǎn)

背鉆的一個缺點(diǎn)是它只適用于頻率范圍在1GHz到3GHz之間并且沒有可行盲孔的高頻板。此外，必須使用特殊技術(shù)來防止對背板上孔橫向的跡線和平面造成任何傷害。