PCB打样中不可忽视的背钻孔工艺的作用，好处是什么？

在电子制造领域，PCB 打样是电子产品研发过程中的重要环节，今天，我们来深入探讨 PCB 设计和制造中一个关键的技术 ——PCB 背钻。

一、什么是 PCB 的背钻孔

在 PCB 设计和制造过程中，信号完整性是一大挑战。PCB 背钻，也叫可控深度钻孔，旨在去除 PCB 通孔中铜筒的导电过孔存根。过孔存根在高速设计中是个 “麻烦制造者”，会严重影响信号完整性，导致信号从存根端反射回来，干扰原有信号。存根越长，信号失真越严重。为解决这一问题，便有了背钻工艺，即使用稍大尺寸的钻头重新钻孔，去除大部分过孔桩。

二、PCB 背钻如何克服信号完整性问题

在电镀通孔制造完成后，使用稍大的钻头重新钻孔以去除存根。背钻要将孔钻到预定且受控的深度，这个深度接近但不接触孔使用的最后一层。理想的剩余存根应小于 10mils。背钻孔的直径比电镀通孔的直径大，通常大 8mils 到 10mils，这是为了保证走线和平面之间有足够间隙，防止背钻时误钻相邻的走线和平面。

三、为什么需要背钻

背钻能缩短过孔存根，减少其对高速信号的干扰。一般来说，背钻能将过孔短线控制在 10 密耳以下，削弱铜管产生信号反射的能力。例如，在 10 层叠层的 PCB 中，从第一层钻到第十层的通孔，若只需第一层到第三层的信号，第三层之后的存根就会产生高频反射和共振，此时就需要背钻去除第三层之后多余的镀铜。并且，背钻的尺寸必须大于 PTH 的原始尺寸，才能彻底去除不需要的铜。

四、什么时候使用背钻

当 PCB 板上的电路走线有≥1Gbps 速率的信号时，一般建议考虑加入背钻。不过，设计高速互连链路是复杂的系统工程，还需考虑芯片驱动能力和互连链路长度等因素。系统互连链路仿真则是判断是否需要背钻的最可靠方法。通常，PCB 背钻具有一些特征：背面多为硬板，一般用于 8 层以上、板厚大于 2.5mm 的 PCB，最小保持尺寸为 0.3mm，背钻比过孔大 0.2mm，背钻深度公差为 + /- 0.05MM。

五、PCB 背钻工艺流程

1. 电镀前用干膜封住定位孔。
2. 用铜电镀孔以创建导电路径。
3. 在电镀 PCB 上创建外层图形，在此之前需对定位孔再次进行干膜密封处理。
4. 利用初钻工艺中的定位孔进行对位，使用钻头对需要背钻的电镀孔进行背钻。
5. 背钻后清洗板，去除残留钻屑。
6. 检查电路板，验证背钻过程是否准确执行以及信号完整性是否增强。

六、可以保留多少剩余存根长度

背钻时，要综合考虑信号完整性和实际制造工艺等因素，计算可保留的剩余短截线长度。减少最大剩余存根长度和增加背钻过孔数量会增加制造成本，需要在多个关联因素间权衡。不同的剩余存根长度对应着不同的信号损失。

七、背钻工艺难点

1. 背钻深度控制：背钻依靠钻头深度控制功能实现盲孔加工，其公差受背钻设备精度和介质厚度公差影响，外界因素如钻头阻力、钻尖角度等也会干扰精度。因此，生产中要精心选择钻孔材料和方法，严格控制精度。
2. 背钻精度控制：背钻是基于一次钻的孔径进行二次钻孔，二次钻孔精度至关重要。板材涨缩、设备精度、钻孔方式等都会影响二次钻孔的重合精度，这对 PCB 后续工序质量控制意义重大。

八、PCB 背钻优缺点

1. 优点：减少信号衰减，确保信号更强、更可靠。
   1. 减少存根对阻抗匹配的影响，降低 EMI/EMC 辐射。
   2. 防止信号失真，消除确定性抖动来源，提高信号质量。
   3. 减少通孔之间的串扰。
   4. 降低信号的整体误码率 (BER) 。
   5. 减少共振模式的激发。
   6. 简化 PCB 生产，减少埋孔和盲孔的使用。
   7. 对设计和布局影响小。
   8. 扩展信道带宽，相比顺序层压成本更低。
2. 缺点：仅适用于频率范围在 1GHz 到 3GHz 之间且无可行盲孔的高频板。
   1. 需采用特殊技术防止对背板上孔横向的迹线和平面造成损伤。

在 PCB 打样过程中，能够为客户提供关于 PCB 背钻等一系列工艺的优质服务，助力客户打造高品质的 PCB 产品。