背钻孔的设计规则

1.什么是背钻
背钻,英文Backdrill或者Backdrilling,另外也称CounterBore或者CounterBoring。
背钻利用的是控深钻孔技术钻掉连接器过孔或者信号过孔的Stub孔壁。因为随着信号速率的不断提升,影响信号完整性的因素除了大家熟知的设计、板材、走线、连接器、封装类型等之外,过孔对信号传输质量的印象也越来越明显。而背钻的目的就是钻掉过孔中没有起到任何连接或者传输作用的通孔段,避免造成高速信号在传输过程中产生的反射、散射以及延时问题,保证信号的完整不失真。
2.背钻的分类
背钻一般分为单面背钻和双面背钻两种。单面背钻可以从顶层到目标层,也可以从底层到目标层。下图为双面背钻示意图
3.背钻的过程
  • 常规钻孔与电镀:先完成正常的通孔钻孔、沉铜、电镀等工艺,使通孔完成金属化;
  • 识别“背钻层”:在PCB中确定信号的起始层和终止层。比如一个16层的PCB文件中,某信号从第3层走到第12层,那么该通孔需要双面背钻,即第1层到第3层上方安全位置的背钻和第16层到第12层下方安全位置的背钻。
  • 背钻:在PCB成品外层铜箔制作之前,用比通孔孔径大0.2mm的钻头,对残桩进行二次钻孔。
  • 控制钻深:背钻一般使用可编程Z轴定位的深度控制钻机,其能够保证误差精度在±0.05mm以内,从而保证背钻的质量和良率。
  • 清洗、检查:背钻后需对孔壁进行清洗,并检查是否有未去除的stub或者被破环了内层连接的铜环。
4.背钻设计规则
  • 深度控制:背钻孔底部必须停在目标信号层上方 0.1mm – 0.25mm(4-10mil)处,过小有钻穿风险,过大残桩太长。常规情况,考虑到公差等因素,建议残桩控制在8mil。
  • 背钻孔径:背钻孔径 = 原通孔孔径 + (0.15mm – 0.25mm),确保能完全切除原有孔壁铜层。
  • 背钻孔到内层铜:最小安全间距 ≥ 0.25mm(10mil),防止因钻头偏差或公差导致短路。
  • 背钻孔到外层走线/焊盘:最小安全间距 ≥ 0.3mm(12mil),防止因钻头偏差或公差导致短路。
  • 背钻孔到背钻孔最小中心距 ≥ 0.25mm(10mil),防止钻孔时应力集中导致板材破损。
 

作者:极客石头

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