定深钻孔Control Depth Drilling Hole

定深钻孔是机械钻孔,常见于背板,也是PCB板成熟的制造工艺。

之所以被称作定深钻孔,是相对于通孔机械钻孔来说的。定深钻孔并不钻透PCB板,而是基于客户的要求,钻孔到一定的深度。

1.背钻Back Drilling

定深钻孔常见于背板,而且定深钻孔的需求常常被设计在背面Bottom面,故在PCB业界,定深钻孔也常被称为背钻Back Drilling。

所以,可以说背钻Back Drilling是最常见的定深钻孔。

背板多是有高频高速需求的通信板,也可以划归于高多层板HLC(High Layer Count),而定深钻孔的工艺可以有效提高信号传输的完整性。

那么,定深钻孔或背钻如何实现提升信号完整性的功能呢?

背钻是指在PCB板制造过程中,对已经完成镀铜的通孔进行二次钻孔,去除不需要电气连接的部分,只保留有效互连区域。

传统的电镀通孔PTH会贯穿整个PCB板,而背钻则有选择地移除多余部分,将PTH变为”部分通孔”。

背钻通过精确移除电镀通孔PTH中不需要的孔铜部分,减少了PTH孔孔铜部分长度,从而减少信号传输过程中的反射、散射、延迟、谐振等问题,提高信号完整性,确保高速电子设备的性能和可靠性。

那为什么减少通孔PTH的孔铜长度就可以提升信号完整性呢?那就不得不介绍下背钻改善信号完整性的原理了。

众所周知,导通孔可以实现不同层别之间的导通,但是高速信号在不同层别间传输的过程中会遇到一个问题,那就是导通孔内部的部分电镀铜会成为信号传输的“尾巴”(Stubs),而这些Stubs会对信号传输产生不利的影响,进而影响信号的质量。

所以,为了获得更好的信号完整性,我们使用背钻钻掉部分孔壁的电镀铜来减少这些孔内Stubs的长度,从而降低或消除孔壁Stubs带来的负面影响,进而改善信号质量。

事实上,Stubs的长度越短,对信号完整性的影响就越小,信号传输质量也就越高。

背钻孔径大于电镀通孔孔径,常见设计是从背面Bottom进行钻孔,但背钻并不限于此,而是包含如下类别:

  • 单面背钻:要么从Top面背钻,要么从Bottom面背钻

  • 双面背钻:既存在Top面背钻,又有Bottom面背钻设计。

对于PCB制造行业来说,我们没必要很了解背钻如何改善信号的完整性,但我们一定要清楚如下几点,并基于客户要求评估板厂能力是否可以满足客户要求:

  • 背钻孔径及公差(客户要求 vs 板厂能力)

  • 背钻深度及公差(客户要求 vs 板厂能力),常见深度公差:+/-0.05mm

  • 缓冲层之介层厚度及公差(客户要求 vs 板厂能力)

  • 举例:

4层PCB板,背钻要钻透第三层,而不能钻到第二层,所以第二层和第三层之间的介层厚度需要满足一定的厚度要求。

2.其他定深钻孔

定深钻孔除了改善信号的背钻back drilling之外,还有为了降低某些零件高度而采取的定深钻孔。

如下图所示,此类定深钻孔多为非电镀孔设计。

注意要点:

  • 定深深度及公差(客户要求 vs 板厂能力)

  • 缓冲层之介层厚度及公差(客户要求 vs 板厂能力)

    通常情况下,此类定深孔位置各层为无铜设计,无需考虑缓冲层介层厚度。

  • ***在客户没有定义作业方式情况下,如捞型机台能力满足客户定深孔规格要求,使用捞型机台进行定深捞/盲捞作业也是可以的***

  • 补充:定深孔还涉及埋头孔Countersink/Counterbore Hole,感兴趣的朋友可以参阅链接:PCB板特殊孔

3.定深钻孔钻针

定深钻孔是使用普通钻针,还是使用平头钻针取决于客户工艺要求。

4.定深钻孔的注意要点

  • 深度控制

定深钻孔是通过钻孔机的深度控制功能实现机械盲孔的加工。其深度的控制受到多种因素的影响,如定深钻孔设备的精度、钻针材质及角度、介质厚度公差、盖板与测量单元接触效果、板的翘曲度等等。

  • 精度控制

定深钻孔,特别是背钻通常是在一次钻孔的孔径上进行二次钻孔形成的,因此二次钻孔的对位精度至关重要。

而板子的涨缩、设备精度、对位方式、钻孔方式、钻针大小等因素都会影响二次钻孔的重合精度。

作者:极客石头

在搞事情的路上越走越远。

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