高速先生成員--王輝東

關于PCB的背鉆，上期我們講了背鉆XY方向的精準控制《別讓孔偏毀了信號！PCB 背鉆的 XY 精準度如何做到分毫不差？》，這一期我們重點講一下背鉆Z方向（深度）的控制。

PCB 背鉆（Back Drilling）的核心目的是去除多層板中導通孔（Via）在深層多余的 “stub”（未連接的孔壁鍍層殘留），以減少高頻信號傳輸中的反射、損耗和串擾。背鉆深度的精準控制直接影響其效果 ——過深可能擊穿目標層電路，過淺則殘留 stub 導致信號惡化，因此需從設計、設備、工藝、校準等多維度協(xié)同控制。

一、設計階段：明確深度基準與理論參數(shù)

背鉆深度的理論值需基于 PCB 結構精準定義，為生產(chǎn)提供清晰依據(jù)：

1. 明確背鉆的 “終止層” 與 “起始層”

o 背鉆深度 = （PCB 總厚度 - 終止層到板底的厚度）± 工藝補償值

例如：某 PCB 總厚 1.6mm，需去除從表層（L1）到 L5 的孔中，L5 以下的 stub（即保留 L1-L5 的導通，去除 L5 到底層 L10 的部分），則背鉆深度應為 “L1 到 L5 的厚度 + 0.05mm 補償”（避免損傷 L5）。

設計文件中需標注背鉆的 “目標深度” 和 “允許誤差”（通常要求 ±0.05mm，高頻板需 ±0.025mm）。

工程輸出時一定要最后輸出背鉆鉆帶，防止因修改資料，導致背鉆通過層，有網(wǎng)絡連接，導致開路。如下圖所示，L1-11層有背鉆通過，L1層有信號連接。

魚眼的深度在哪里

特別是背鉆器件，在設計時一定要精準標注魚眼深度，防止PCB工廠在實際控制時，過分控制stub長度，導致壓接器件開路。

切記，優(yōu)先控制stub長度，再控制目標層，這個順序一定不要弄反了。

2. 規(guī)避設計沖突

背鉆位置需避開內(nèi)層密集線路或銅皮，預留≥0.1mm 的安全距離（層間介質），防止深度偏差時擊穿內(nèi)層或者要采用特殊背鉆控制，比如說蝕刻背鉆，增加工藝難度。

同一區(qū)域的背鉆深度不宜差異過大，減少鉆機頻繁調(diào)整參數(shù)的誤差。盡量避免背鉆種類過多。比如同一個區(qū)域，有DRL1-3和DRL1-5的背鉆，通過優(yōu)化設計增加裕量，能否全部按drl1-5去管控stub.

二、設備選型：高精度鉆機是基礎

背鉆對設備的 Z 軸定位精度、轉速穩(wěn)定性和深度反饋能力要求遠高于普通鉆孔，需滿足以下要求：

1. Z 軸定位精度：≤±0.01mm，確保鉆尖下降深度的線性誤差極小。

2. 閉環(huán)深度控制系統(tǒng)：配備光柵尺或激光位移傳感器，實時監(jiān)測鉆尖位置，動態(tài)修正深度。

3. 主軸穩(wěn)定性：主軸徑向跳動≤0.002mm，避免鉆尖偏移導致深度測量不準（尤其針對≤0.5mm 的小孔背鉆）。

4. 光學對位功能：通過 CCD 識別板邊定位孔或 Mark 點，補償 PCB 板的漲縮（熱脹冷縮或加工變形），確保背鉆位置與理論坐標一致（位置偏差會間接影響深度控制精度）。

5. CBD（contact bit detection）控制

深度精度 ±15 微米 無需關鍵調(diào)整 長期穩(wěn)定性良好 因內(nèi)置專業(yè)電子控制，速度快

三、工藝參數(shù)：匹配材料與鉆頭特性

參數(shù)設置需平衡 “鉆透 stub” 與 “不損傷內(nèi)層”，核心參數(shù)包括：

四、校準與補償：消除系統(tǒng)性誤差

1. 鉆頭長度校準

新鉆頭或更換鉆頭后，用 “鉆頭長度測量儀”（精度 ±0.001mm）測量實際長度，與理論值對比，錄入系統(tǒng)補償（例如：理論長度 50mm，實測 49.98mm，補償 - 0.02mm）。

o 每鉆 500-1000 孔后復檢（尤其微小孔徑鉆頭，磨損更快）。

2. PCB 板厚預測量

將一個PCB無限放大以后，PCB的平整度是有偏差，不同區(qū)域的厚度有差異，同一批次 PCB 可能因壓合誤差存在 ±0.05mm 的厚度波動，需用千分尺在背鉆區(qū)域附近多點（≥3 點）測量實際板厚，取平均值修正背鉆深度（例如：設計板厚 1.6mm，實測 1.62mm，深度增加 0.02mm），現(xiàn)在還有專門的板厚測量儀。

3. 鉆尖磨損補償

鉆尖磨損會導致 “有效切削深度” 減少（如磨損 0.03mm，實際深度偏淺 0.03mm），可通過 “計數(shù)補償”（每鉆 N 孔，自動增加 0.01mm 深度）或 “圖像識別”（攝像頭檢測鉆尖磨損量，動態(tài)補償）。

4. 專業(yè)的背鉆鋁片應用

專業(yè)定制化的背鉆鋁片（蓋板），可以提升孔位精度，和深度控制，高散熱，改善孔壁質量

五、過程監(jiān)控與檢測：驗證深度精度

1. 實時監(jiān)控

采用 “接觸式深度傳感”：鉆尖接觸 PCB 表面時，傳感器觸發(fā) “深度起點”，全程記錄鉆尖下降距離，超過目標深度 ±0.03mm 時自動停機報警。

紅外測溫監(jiān)控：若鉆孔區(qū)域溫度驟升（超過 150℃），可能因鉆尖堵塞導致進給不暢，間接引發(fā)深度偏差，需及時清理鉆屑或更換鉆頭。

2. 離線檢測（首件與抽檢）

切片分析：對首件 PCB 的背鉆位置做金相切片，用顯微鏡測量 stub 殘留長度（要求≤0.05mm）和背鉆底部到內(nèi)層的距離（需≥0.03mm，避免擊穿）。

X-Ray 檢測：通過 X-Ray 透視背鉆區(qū)域，觀察孔底是否與目標內(nèi)層對齊，計算深度偏差（適合批量抽檢，效率高于切片）。

阻抗測試：對高頻信號孔，通過阻抗儀測量背鉆后的阻抗值（如目標 50Ω，偏差需≤±5Ω），間接驗證 stub 殘留是否達標（殘留過長會導致阻抗偏移）。

六、特殊場景處理

厚板背鉆（≥3mm）：采用 “分步背鉆”，先鉆淺深度（如目標深度 2mm，分兩次各鉆 1mm），減少單次鉆孔的應力變形。

多層異質材料：如 PCB 含陶瓷或金屬芯層，需針對不同材料分段設置參數(shù)（例如：鉆過陶瓷層時降低進給速度 50%），避免因切削阻力突變導致深度跳變。

總結

精準控制 PCB 背鉆深度需通過 “設計定義基準→設備保證精度→參數(shù)匹配材料→校準消除誤差→檢測驗證結果” 的全流程管控，核心是減少 “設備誤差、材料波動、鉆頭磨損” 三大變量的影響。對于高頻、高速 PCB（如 5G 基站板、服務器主板），背鉆深度偏差需控制在 ±0.025mm 以內(nèi)，需結合更高精度的設備（如進口高精度鉆機）和更嚴格的檢測手段。

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本期提問

關于背鉆的加工的stub控制，工廠是否有做出過案例和品質異常，大家一起來聊聊。

審核編輯 黃宇