高速PCB设计中背钻技术的分析
2020年4月8日
为什么需要进行背钻设计？
首先，高速互连链路的组成部分包括：
① 发送最终芯片（封装和PCB过孔）
② 子卡PCB布线
③ 子卡连接器
④ 背板PCB接线
⑤ 对面子卡连接器
⑥ 另一侧子卡PCB接线
⑦ 交流耦合电容
⑧ 接收器芯片（封装和PCB过孔）
电子产品的高速信号互连链路较为复杂，不同元件连接点通常会出现阻抗不匹配问题，导致信号发射。
高速互连链路中常见的阻抗不连续点：
（1）芯片封装：通常，芯片封装基板内的PCB布线宽度比普通PCB的布线宽度窄得多，使得阻抗控制变得困难；
（2）PCB过孔：PCB过孔通常具有低特性阻抗的容性效应，因此在PCB设计中应重点关注和优化；
（3）连接器：连接器内部铜互连链路的设计受机械可靠性和电气性能的影响，因此应在两者之间寻求平衡。
PCB过孔通常设计为通孔（从顶层到底层）。当连接过孔的PCB线路靠近顶层布线时，PCB互连链路的过孔处会出现“短截线”分叉，导致信号反射并影响信号质量。这种影响在高速度信号传输时更为显著。
反钻加工方法简介
反向钻孔技术是指采用深度控制钻孔方法，利用二次钻孔方法钻出连接器或信号过孔的短截线孔壁。
如下图所示，通孔形成后，通过从“背面”进行二次钻孔去除PCB通孔多余的短截线。当然，背面钻头的直径应大于通孔尺寸，钻孔深度的公差应遵循“不损坏PCB孔与线路连接”的原则，确保“剩余短截线长度尽可能小”，这被称为“深度控制钻孔”。
通孔反钻段示意图
以上是通孔反向钻孔部分的示意图。左侧为普通信号通孔，右侧为反向钻孔后的通孔示意图，表示从底层一直钻到信号层（即线路所在层）。
反向钻孔技术可以消除孔壁短截线引起的寄生电容效应，确保通道链路中通孔处的布线与阻抗一致，减少信号反射，从而提高信号质量。
背钻技术目前是性价比最高的技术，也是提升通道传输性能最有效的技术。但采用背钻技术会在一定程度上增加PCB的生产成本。
单板背钻孔的分类
背面钻孔分为两种类型：单面背面钻孔和双面背面钻孔。
单面钻孔可分为从顶面或底面进行背钻。连接器插头引脚的针孔只能从与连接面相对的一侧进行背钻。当高速信号连接器布置在PCB的顶面和底面时，需要进行双面背钻。
反钻的优点
1）减少噪声干扰；
2）提高信号完整性；
3）局部板材厚度减小；
4）减少埋孔/盲孔的使用，以降低PCB生产的难度。
反钻的作用是什么？
反向钻孔的作用是钻出没有连接或传输功能的通孔部分，以避免高速信号传输中出现反射、散射、延迟等现象。
反钻过程
a. PCB 上有定位孔，用于 PCB 的首次钻孔定位和首次钻孔；
b. 在第一次钻孔后对PCB进行电镀，并在电镀前用干膜密封定位孔；
c. 在电镀PCB上制作外图案；
d. 在PCB表面形成外层图案后，进行图案电镀；
e. 使用第一次钻孔时使用的定位孔进行反向钻孔定位，并使用钻片进行反向钻孔；
f. 用水冲洗背面钻孔，以清除内部残留的钻孔碎屑。
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