一、什么是PCB的背鉆孔

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

PCB背鉆

另外，過孔存根會導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，失真會很嚴重。為了解決這個問題，進行了背鉆，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。但是你的設計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，但是設計高速互連鏈路是一項復雜的系統(tǒng)工程任務，還需要考慮芯片的驅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上進行圖形電鍍。在此過程之前，重要的是對定位孔進行干膜密封處理。

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

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。

檢查電路板以驗證背鉆過程是否準確執(zhí)行以及信號完整性是否得到增強。

PCB背鉆流程

背鉆示例：

假設在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。背鉆應該比原來的尺寸大，清除不需要的銅。

PCB背鉆實例

六、可以保留多少剩余存根長度?

背鉆時，你必須要計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聯(lián)的因素，包括所需的信號下面給出的表格詳細說明了與剩余存根長度相對應的信號損失。

與剩余存根長度相對應的信號損失

七、背鉆工藝難點

1、背鉆深度控制

背鉆是利用鉆頭的深度控制功能來實現(xiàn)盲孔的加工，其公差主要受背鉆設備精度和介質(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

1、優(yōu)點

背鉆有助于減少信號衰減，確保信號更強、更可靠。此外，這種技術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，過孔存根會導致確定性抖動，這可能是由信號串擾、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擾。

通過實施背鉆，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)。

對設計和布局的影響最小。

擴展信道帶寬；

與順序層壓相比，成本會更低。

2、缺點

背鉆的一個缺點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，必須使用特殊技術來防止對背板上孔橫向的跡線和平面造成任何傷害。