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高速先生成员--黄刚

随着传输速率越来越高，在PCB设计上难做的地方早就不是走线的设计了，而是变成了过孔的设计。为什么怎么说呢，Chris给大家举个栗子大家就知道了：你知道PCB板厂能够给大家保证走线的阻抗在±10%，但是有哪家板厂可以给大家保证过孔的阻抗±10%的吗？目测到目前为止应该是没有的哈。另外在长通道的链路传输中，大家肯定都知道传输线的损耗占绝大部分的比例，但是你又是否敢相信，有可能一个过孔的损耗比20inch传输线损耗都多吗？很多情况下大家用了贼好贼贵的板材，走线也不是很长，但是加工出来的高速串行通道的误码率居然还贼高，甚至完全无法link上。往往问题就出在过孔的优化上了，例如过孔没有做背钻，又或者今天要说的，反焊盘挖空没get到！

应众多粉丝的墙裂要求，Chris今天就给大家讲讲过孔反焊盘挖空这档子事。为什么要挖空过孔的反焊盘呢？其实跟走线要参考上下层的地平面原理是差不多的。走线的线宽越宽，需要参考的地平面就需要远一点，同样的，过孔的孔径越大，需要挖空的反焊盘也相应需要大一点。原理我都懂，但是具体要挖多大才是大呢？

Chris拿一个具体的例子给大家分享下哈，这是一个高速连接器的过孔设计，如下所示：

上面已经对连接器过孔有了一个初步的挖空方案了。但是这个方案是不是最好的性能呢？我们把一对连接器过孔的3D模型提取出来，就是下面那样子：

然后Chris做一个很有意思的反焊盘大小扫描方案，那就是保持这对过孔反焊盘的面积不变，也就是长L乘以宽W不变，去改变W和L的比例关系，来看看到底在哪一组W和L的情况下，这对过孔的性能最好！

懂？不懂？Chris举个例子哈，例如W=25mil，面积不变的情况下反焊盘是长下面那样的：

W=45mil时，面积不变情况下反焊盘是长这样的：

我们把宽度W设置成变量，保持面积不变的情况下，W逐渐变大，长度L肯定就逐渐变小了。W从25mil到45mil的变化过程，可以看到过孔反焊盘的形状是这样变的：

面积不变，那不就相当于挖空的大小一样嘛，那过孔的性能能有多大差别？过孔的阻抗顶多差个1-2欧姆而已吧？

1-2欧姆？？？（1-2）*10欧姆才是他们的差别！看看下面这个仿真结果，这个本来需要设计成100欧姆的连接器过孔，仿真扫描出来的结果最低的阻抗只有85欧姆，最高的去到了96欧姆！！

阻抗变化大了，回波损耗的差异自然也贼大。好的和不好的回波损耗的差距居然超过了20dB！！！

是不是有这么一种感觉，每次看完Chris的文章之后，貌似学到了很多，但是又好像什么也没学到一样，哈哈！不能全怪Chris啊，过孔优化本身就是一个可以定性但很难定量的东西，Chris也的确很难回答到大家的一个特定项目的过孔结构应该怎么去挖空反焊盘来得到最佳的性能，如果要得到的话，也只能通过仿真来确定优化方案，不然拍个小脑袋来给的话，是没法一下就戳中性能最佳的那个方案。Chris也只能帮大家到这里了，还是那句老话，有需要的话仿真帮大家看看咯……

问题：那就问问大家了，你们在做高速过孔设计的时候，又是怎么来确定反焊盘的挖空方案的呢？

关于一博：

一博科技成立于2003年3月，深圳创业板上市公司，股票代码: 301366，专注于高速PCB设计、SI/PI仿真分析等技术服务，并为研发样机及批量生产提供高品质、短交期的PCB制板与PCBA生产服务。致力于打造一流的硬件创新平台，加快电子产品的硬件创新进程，提升产品质量。

一、设计阶段：明确深度基准与理论参数

背钻深度的理论值需基于 PCB 结构精准定义，为生产提供清晰依据：

1. 明确背钻的 “终止层” 与 “起始层”

o 背钻深度 = （PCB 总厚度 - 终止层到板底的厚度）± 工艺补偿值

例如：某 PCB 总厚 1.6mm，需去除从表层（L1）到 L5 的孔中，L5 以下的 stub（即保留 L1-L5 的导通，去除 L5 到底层 L10 的部分），则背钻深度应为 “L1 到 L5 的厚度 + 0.05mm 补偿”（避免损伤 L5）。

设计文件中需标注背钻的 “目标深度” 和 “允许误差”（通常要求 ±0.05mm，高频板需 ±0.025mm）。

工程输出时一定要最后输出背钻钻带，防止因修改资料，导致背钻通过层，有网络连接，导致开路。如下图所示，L1-11层有背钻通过，L1层有信号连接。

鱼眼的深度在哪里

特别是背钻器件，在设计时一定要精准标注鱼眼深度，防止PCB工厂在实际控制时，过分控制stub长度，导致压接器件开路。

切记，优先控制stub长度，再控制目标层，这个顺序一定不要弄反了。

2. 规避设计冲突

背钻位置需避开内层密集线路或铜皮，预留≥0.1mm 的安全距离（层间介质），防止深度偏差时击穿内层或者要采用特殊背钻控制，比如说蚀刻背钻，增加工艺难度。

同一区域的背钻深度不宜差异过大，减少钻机频繁调整参数的误差。尽量避免背钻种类过多。比如同一个区域，有DRL1-3和DRL1-5的背钻，通过优化设计增加裕量，能否全部按drl1-5去管控stub.

二、设备选型：高精度钻机是基础

背钻对设备的 Z 轴定位精度、转速稳定性和深度反馈能力要求远高于普通钻孔，需满足以下要求：

1. Z 轴定位精度：≤±0.01mm，确保钻尖下降深度的线性误差极小。

2. 闭环深度控制系统：配备光栅尺或激光位移传感器，实时监测钻尖位置，动态修正深度。

3. 主轴稳定性：主轴径向跳动≤0.002mm，避免钻尖偏移导致深度测量不准（尤其针对≤0.5mm 的小孔背钻）。

4. 光学对位功能：通过 CCD 识别板边定位孔或 Mark 点，补偿 PCB 板的涨缩（热胀冷缩或加工变形），确保背钻位置与理论坐标一致（位置偏差会间接影响深度控制精度）。

5. CBD（contact bit detection）控制

深度精度 ±15 微米 无需关键调整 长期稳定性良好 因内置专业电子控制，速度快

三、工艺参数：匹配材料与钻头特性

参数设置需平衡 “钻透 stub” 与 “不损伤内层”，核心参数包括：

四、校准与补偿：消除系统性误差

1. 钻头长度校准

新钻头或更换钻头后，用 “钻头长度测量仪”（精度 ±0.001mm）测量实际长度，与理论值对比，录入系统补偿（例如：理论长度 50mm，实测 49.98mm，补偿 - 0.02mm）。

o 每钻 500-1000 孔后复检（尤其微小孔径钻头，磨损更快）。

2. PCB 板厚预测量

将一个PCB无限放大以后，PCB的平整度是有偏差，不同区域的厚度有差异，同一批次 PCB 可能因压合误差存在 ±0.05mm 的厚度波动，需用千分尺在背钻区域附近多点（≥3 点）测量实际板厚，取平均值修正背钻深度（例如：设计板厚 1.6mm，实测 1.62mm，深度增加 0.02mm），现在还有专门的板厚测量仪。

3. 钻尖磨损补偿

钻尖磨损会导致 “有效切削深度” 减少（如磨损 0.03mm，实际深度偏浅 0.03mm），可通过 “计数补偿”（每钻 N 孔，自动增加 0.01mm 深度）或 “图像识别”（摄像头检测钻尖磨损量，动态补偿）。

4. 专业的背钻铝片应用

专业定制化的背钻铝片（盖板），可以提升孔位精度，和深度控制，高散热，改善孔壁质量

五、过程监控与检测：验证深度精度

1. 实时监控

采用 “接触式深度传感”：钻尖接触 PCB 表面时，传感器触发 “深度起点”，全程记录钻尖下降距离，超过目标深度 ±0.03mm 时自动停机报警。

红外测温监控：若钻孔区域温度骤升（超过 150℃），可能因钻尖堵塞导致进给不畅，间接引发深度偏差，需及时清理钻屑或更换钻头。

2. 离线检测（首件与抽检）

切片分析：对首件 PCB 的背钻位置做金相切片，用显微镜测量 stub 残留长度（要求≤0.05mm）和背钻底部到内层的距离（需≥0.03mm，避免击穿）。

X-Ray 检测：通过 X-Ray 透视背钻区域，观察孔底是否与目标内层对齐，计算深度偏差（适合批量抽检，效率高于切片）。

阻抗测试：对高频信号孔，通过阻抗仪测量背钻后的阻抗值（如目标 50Ω，偏差需≤±5Ω），间接验证 stub 残留是否达标（残留过长会导致阻抗偏移）。

六、特殊场景处理

厚板背钻（≥3mm）：采用 “分步背钻”，先钻浅深度（如目标深度 2mm，分两次各钻 1mm），减少单次钻孔的应力变形。

多层异质材料：如 PCB 含陶瓷或金属芯层，需针对不同材料分段设置参数（例如：钻过陶瓷层时降低进给速度 50%），避免因切削阻力突变导致深度跳变。

总结

精准控制 PCB 背钻深度需通过 “设计定义基准→设备保证精度→参数匹配材料→校准消除误差→检测验证结果” 的全流程管控，核心是减少 “设备误差、材料波动、钻头磨损” 三大变量的影响。对于高频、高速 PCB（如 5G 基站板、服务器主板），背钻深度偏差需控制在 ±0.025mm 以内，需结合更高精度的设备（如进口高精度钻机）和更严格的检测手段。

一博珠海全新的PCB工厂，采用德国进口设备，背钻的STUB可以精准的控制在1-5mil，满足高速PCB对stub的严格需求，欢迎砸单。

本期提问

关于背钻的加工的stub控制，工厂是否有做出过案例和品质异常，大家一起来聊聊。