PCB制造中的可控深度钻孔：背面钻孔 什么是PCB背面钻孔？

在多层印刷电路板中，背钻是指去除短截线以形成过孔，从而使信号能够从电路板的一层传输到下一层。（短截线会在信号传输过程中产生反射、散射、延迟等问题，导致信号失真。）精确控制钻孔深度需要高超的技巧。制造多层电路板，例如12层电路板，需要将第一层连接到第九层。通常，我们在镀通孔之前只钻一次通孔。这样，第一层和第十二层就直接连接起来了。实际上，第一层只需要连接到第九层即可。由于第十层到第十二层之间没有导线连接，它们就像柱子一样。这根柱子会影响信号路径，并可能损害通信信号的完整性。因此，在多余的柱子（业内称为短截线）的另一侧钻了一个辅助孔。

因此，这种方法被称为反向钻孔，但通常不如钻孔干净，因为下一步会电解部分铜，而且钻头也很锋利。因此，我们会留下一个非常小的点；这个残留点的长度称为B值，通常在50到150微米之间。

背钻式PCB技术

由于高频应用需要降低信号损耗，因此需要一个通孔连接各层，以便信号能够从一层传输到另一层。建议去除该通孔中多余的铜，因为它会起到天线的作用，例如在20层电路板中，如果信号要从第一层传输到第二层，则会影响传输。

为了获得更稳定的信号，我们使用背钻（沿z轴方向控制深度）去除孔内多余的铜。理想情况下，残留的铜（或“多余”铜）应尽可能短。通常，背钻尺寸应比相应的过孔尺寸大0.2毫米。

这反钻工艺去除桩头来自镀通孔（过孔）。短截线是不必要的。过孔的未使用部分其延伸范围比最后一个连接的内层还要远。
存根可能导致反思， 也电容、电感和阻抗的扰动随着传播速度的增加，这种不连续性误差会变得非常严重。
背板尤其是厚印刷电路板，能够承受显著的信号完整性干扰通过存根。对于 高频印刷电路板（例如采用阻抗控制）、反钻以及其他应用盲孔和埋孔可以成为解决方案的一部分。
反向钻孔可应用于任何类型的电路板短截线会导致信号完整性下降，且设计和布局考虑因素极少。相比之下，使用盲孔时，必须注意纵横比。

PCB背钻孔的特点

反钻的优势

● 减少噪声干扰和确定性抖动；

● 提高信号完整性；

●局部厚度减小；

● 减少埋孔和盲孔的使用，降低PCB生产难度；

● 更低的误码率（BER）；

● 阻抗匹配改善，信号衰减更小；

● 对设计和布局的影响极小；

● 增加信道带宽；

● 提高数据传输速率；

● 降低了短截线端的电磁干扰/电磁兼容性辐射；

● 共振模式激发减少；

● 降低了过孔间的串扰；

● 比顺序层压成本更低。

反钻的缺点

高信号经常会出现一些问题，这些问题可能与通过短截线未充分利用有关。让我们仔细看看短截线存在的一些问题。

抖动确定性： 
这两个时钟都在计时，时间误差的大小被称为抖动。抑制性抖动是指规律性的（即有限的）时间修正。

信号衰减：
当声音衰减时，其强度会降低，脉冲也会变弱。

电磁干扰辐射：

过孔短截线可用作天线，辐射电磁干扰。

一般特征 

● 背面大多是硬质板材；

● 通常用于 8 层或以上；

● 板材厚度超过2.5毫米；

● 最小夹持尺寸为 0.3 毫米；

● 背钻比过孔大 0.2 毫米；

● 背钻深度公差+/-0.05MM。

哪些类型的PCB需要背面钻孔？

通常情况下，PCB板上的孔是从上到下贯穿整个板面的。如果连接过孔的走线靠近顶层（或底层），则会导致PCB互连链路的过孔处出现短路分叉，从而影响信号质量并产生反射。传输速度越快的信号受此影响越大。

为了获得高质量的信号传输，通常认为，对于传输速率约为1Gbps的PCB板上的信号线路，需要考虑采用背钻孔设计。当然，高速连接线路的设计需要系统工程方面的专业知识，并非看起来那么简单。如果系统互连链路不太长，或者芯片的驱动能力足够强，即使不采用背钻孔，信号质量也可能完美无瑕。因此，系统互连链路仿真才是确定是否需要背钻孔的最准确方法。

您可能已经知道，除了使用背钻孔技术外，还可以采用多种构建方法来缩短或优化过孔末端的长度。这些方法包括不同的叠层结构，即将电路走线移至更靠近过孔末端的层；激光钻孔（微孔）；或盲孔和埋孔。此外，由于在高频（高于 3GHz）电路板上已采用其他方法来减少信号反射，因此无需进行背钻孔。

然而，从制造工艺和成本角度来看，这些方法并非总是可行，无法有效降低许多高密度PCB或背板/中板中的信号损耗。因此，唯一可行的选择是反向钻孔去除过孔残余部分。当盲孔不可行时，对于高频（3GHz范围内超过1GHz）电路板，反向钻孔就成为必然之选。

由于 PCB 有多层，有些孔不能设计成盲孔（例如，在 16 层 PCB 上，有些过孔必须连接到第 1 层到第 10 层，而另一些过孔必须连接到第 7 层到第 16 层；这种设计不适合盲孔，但适合背面钻孔）。

如何进行PCB背面钻孔？

反钻过程

1.要确定第一个钻孔的位置，请使用PCB上提供的定位孔。

2.电镀前，用干膜密封定位孔。

3.在孔内撒上铜粉，形成导流电路。

4.在PCB上创建外图形。

5. 完成外层图案制作后，即可在PCB上制作图形板。在此之前，必须先用干膜密封布局孔。

6.利用第一次钻孔的定位孔对准背面钻孔，然后用钻头钻出需要进行此步骤的电镀孔。

7. 完成最后一次钻孔后，需要清洁电路板，以清除任何可能残留的钻头。

8.电路板验证完毕且信号完整性得到改善后，要密切注意钻井作业是否按规定进行。

测试背部训练 

布线完成后，我们必须确保背钻孔已正确设置。为了验证这一点，请启用所有图层。您会看到过孔边缘有两种颜色。第一层（或起始层）显示为红色，而最后一层显示为蓝色。这样很容易区分背钻孔过孔和其他过孔。只有背钻孔过孔才会显示两种颜色。

从主菜单中选择位置后，单击“钻探表”，即可了解已执行了多少 Vias、PTH 和其他巨魔。

反钻工艺的技术难点。

1.反钻深度控制
为了精确加工盲孔，背孔钻孔深度控制至关重要。背孔钻孔深度公差主要受背孔钻孔设备的精度和介质厚度公差的影响。然而，背孔钻孔精度也会受到外部因素的影响，例如钻孔阻力、钻头角度、盖板与测量装置之间的接触效应以及电路板翘曲。为了获得最佳效果并控制背孔钻孔精度，在生产过程中选择合适的钻孔材料和工艺至关重要。设计人员可以通过精确控制背孔钻孔深度来保证高质量的信号传输并避免信号完整性问题。

2.反向钻孔精度控制
精确的背面钻孔控制对于后续PCB工艺的质量控制至关重要。背面钻孔是指根据初始钻孔的直径进行二次钻孔，而二次钻孔的精度至关重要。二次钻孔的精度会受到多种因素的影响，例如电路板的膨胀和收缩、机器精度以及钻孔技术。因此，必须确保背面钻孔过程得到精确控制，以最大限度地减少误差，并保持理想的信号传输和完整性。

最重要也最具挑战性的步骤是钻孔，因为即使是微小的误差也可能造成重大损失。下单前，您应该考虑PCB制造商的技术水平。Richfulljoy提供价格实惠的背孔板，并专注于PCB原型组装。我们的优势包括快速交货和高可靠性。Richfulljoy是中国知名的PCB制造商，拥有为您提供帮助所需的全部知识和能力。如果您对PCB组装或原型制作有任何建议，请联系我们：mkt-2@rich-pcb.com