PCB技術 - PCB生產中的背鑽技術

1、高速PCB中的過孔設計

在高速PCB設計中，往往需要多層PCB，而過孔是多層PCB設計中的一個重要因素。

PCB中的通孔主要由過孔、孔周圍的焊盤區和電源層隔離區組成。

一、高速PCB中過孔的影響

在高速PCB多層板中，從一層互連到另一層互連的信號傳輸需要通過過孔連接。當頻率低於1GHz時，via可以起到很好的連接作用，其寄生電容和電感可以忽略不計。

當頻率高於 1 GHz 時，過孔對信號完整性的寄生影響不容忽視。此時，過孔在傳輸路徑中表現出不連續性，這會導致信號反射、延遲和衰減等信號完整性問題。

當信號通過過孔傳輸到另一層時，信號線的參考層也作為通孔信號的返迴路徑，返回電流會通過電容耦合在參考層之間流動，從而引起諸如作為地球彈性。

2. 過孔類型

通孔一般分為三種：通孔、盲孔和埋孔。

盲孔：是指印製電路板的頂面和底面，具有一定的深度，用於連接表面電路和下面的內部電路。孔的深度和直徑通常不超過一定比例。

埋孔：指印製電路板內層的連接孔，不延伸到電路板表面。

通孔：這種孔貫穿整個電路板，可用於內部互連或作為元器件的安裝定位孔。因為通孔在技術上更容易實現，成本更低，所以一般用在PCB上。

3.高速PCB中的過孔設計

在高速PCB設計中，看似簡單的過孔往往會給電路設計帶來很大的負面影響。為了減少過孔寄生效應帶來的不利影響，我們可以在設計中盡量做到以下幾點：

(1) 選擇合理的過孔尺寸。對於密度一般的多層PCB設計，最好選擇0.25mm/0.51mm/0.91mm（鑽孔/焊盤/電源隔離區）；對於一些高密度PCB，也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm的電源或地線過孔，可以使用更大的尺寸來降低阻抗；(2)電源隔離面積越大越好。考慮PCB上的過孔密度，一般D1=D2+0.41；(3) PCB 也就是盡量減少過孔；(4)使用更薄的PCB有利於降低過孔的兩個寄生參數；(5)電源和地的管腳要靠近過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好，因為這樣會導致電感增加。同時，電源和地的引線應盡可能粗以降低阻抗；(6) 一些接地過孔應放置在信號層變化過孔附近，以便為信號提供短距離電路。

此外，過孔長度也是影響過孔電感的主要因素之一。對於上下導通的過孔，過孔的長度等於PCB的厚度。隨著PCB層數的增加，PCB的厚度往往達到5mm以上。但是，為了減少高速PCB設計中過孔帶來的問題，過孔長度一般控制在2.0mm以內。對於長度大於2.0mm的過孔，通過增加過孔直徑可以在一定程度上改善阻抗連續性。通孔長度為1.0mm以下時，通孔直徑為0.20mm～0.30mm。

二、PCB生產中的背鑽技術

1.什麼PCB背鑽？

背鑽實際上是一種特殊的孔深鑽。在多層板的生產中，比如12層板的生產，我們需要將第一層連接到第九層。通常，我們鑽通孔（drill），然後沉銅。這樣一來，一樓就直接連接到了十二樓。實際上，我們只需要將一樓連接到九樓。因為從10樓到12樓沒有線路連接，所以就像一根柱子。

該支柱影響信號的路徑，導致通信信號中的信號完整性問題。所以從相反的一側（二次鑽孔）鑽這個額外的柱子（業內稱為存根）。所以叫背鑽，但一般不如鑽孔乾淨，因為後面的工序會電解出一點點銅，而且鑽尖本身也很鋒利。因此，PCB廠商會留下一個小點。留下的存根長度稱為b值，一般在50-150um範圍內較好。

2、背鑽的優點是什麼？

1) 減少噪音干擾；

2) 提高信號完整性；

3）局部板厚變小；

4）減少盲孔的使用，降低PCB生產製程的難度。

3、背鑽的作用是什麼？

背鑽的作用是鑽出沒有連接或傳輸功能的通孔部分，避免高速信號傳輸的反射、散射和延遲，給信號帶來“失真”。研究表明，影響信號系統信號完整性的主要因素有設計、板料、傳輸線、連接器、芯片封裝等因素，通孔對信號完整性環的影響較大。

4、背孔生產工作原理

當鑽針在孔中運行時，鑽針接觸基板表面的銅箔時產生的微電流感應板面的高度位置，然後按照設定的鑽孔深度進行鑽孔，達到鑽孔深度時停止鑽孔。如圖2所示

5、背鑽的生產流程？

PCB上設有定位孔，定位孔用於定位PCB並鑽孔；鑽孔後的PCB電鍍，電鍍前用乾膜密封定位孔；外層圖形製作在電鍍PCB上；

外層圖形形成後，對PCB進行電鍍，定位孔在圖形電鍍前用乾膜密封；一個鑽頭使用的定位孔背鑽，需要背鑽的電鍍孔用鑽刀背鑽。背鑽後，沖洗背孔，去除背孔中殘留的鑽屑。

6、背鑽板有哪些技術特點？

1）大多數籃板都是硬板

2）層數一般為8～50層

3）板厚：2.5mm以上

4) 大厚徑比

5）板材尺寸較大

6) 一般首鑽孔徑> = 0.3mm

7）外電路較少，多為壓接孔陣列設計

8）背孔通常比要鑽出的孔大0.2mm

9) 背鑽深度公差：+/- 0.05mm

10）如果背鑽需要鑽到m層，那麼從m層到M-1層（下一層m層）的中間厚度為0.17mm7?

PCB背板主要應用於通訊設備、大型服務器、醫療電子、軍工、航空航天等領域。