背钻 PCB 工艺
PCB 中的背钻过孔是什么？
半导体行业PCB 设计中使用的背钻通孔技术可确保以不断增加的速度传输最高保真度的信号。这将最大限度地减少信号短截线；短截线是阻抗不连续和信号反射的来源，随着数据速率的提高，这些因素变得更加关键。它是高速信号设计的首选方法。
什么 样的 PCB 设计 采用 背 钻？
一、高速互联链路的要素：
①发射芯片（封装及PCB过孔）
②子卡PCB走线
③子卡连接器
④背板PCB走线
⑤对侧子卡连接器
⑥对侧子卡PCB走线
⑦AC耦合电容
⑧接收芯片（封装及PCB过孔）
下图显示了典型的高速信号互连链路：
可以看出，高速信号互连链路相对复杂，而且不同元器件的连接点通常会存在阻抗不匹配的问题，从而造成信号发射。
高速 互连 链路 中 的 典型 阻抗 不 连续性
芯片封装：芯片封装基板内的PCB线路宽度比普通PCB板的线路宽度要细很多，阻抗不容易控制。
PCB过孔：PCB过孔通常具有容性效应，且特性阻抗较低，应引起注意并优化PCB设计。
连接器：连接器中的铜互连链路设计受机械可靠性和电气性能的双重影响，需要考虑两方面之间的平衡。
PCB过孔通常设计为通孔（从Top表层到Bottom层底层），当与过孔相连的PCB走线较靠近TOP层时，在PCB互连链路的过孔处会产生"Stub"分叉，造成信号反射，影响信号质量。这种影响对较高速的信号影响更大。
因此必须想办法通过过孔去除PCB的残线，Backdrill就是这样一种PCB加工技术。
背钻孔的优点：
- 减少噪音干扰
- 提高信号完整性
- 减少埋盲孔的使用，降低PCB制造难度
背钻的作用是什么？
背钻的目的是钻一个没有任何连接或传输的孔，以避免高速信号传输的反射、散射和延迟。研究表明，影响信号系统信号完整性的主要因素除了设计、板卡材料、传输线、连接器、芯片封装等之外，过孔对信号完整性的影响也很大。
背钻生产作业的原理
钻头钻孔时，钻尖接触基板铜箔产生微电流感应板面高度，然后按设定的钻孔深度向下钻孔，到达钻孔深度即停止。
PCB背钻工艺 介绍
背钻技术是采用控制深度的钻孔方法，通过二次钻孔的方式将连接件过孔或信号过孔的孔壁钻掉。
如下图所示，在通孔形成后，通过二次钻孔从"背面"去除PCB通孔多余的残线。工艺公差等级在"不破坏PCB孔与布线连接"的基础上，保证"剩余残线长度尽量小"，即所谓的"控深钻孔"。
上图是通孔BackDrill的剖面示意图：左边是正常的信号通孔。右边是Backdrilling之后的通孔示意图，Backdrilling是指从Bottom层往走线所在的信号层钻孔。
背钻技术可以消除孔壁残线引起的寄生电容效应，保证通道链路过孔处阻抗与走线一致，减少信号反射，提高信号质量。
背钻是目前提高通道传输性能最具成本效益的技术，使用背钻技术在一定程度上会增加PCB制造成本。
背 钻 类型
背钻有单面背钻、双面背钻两种。
单面钻孔又可分为从TOP面背钻或从BOTTOM面背钻，连接器插件针的PIN孔只能从连接器所在面的对面背钻，当高速信号连接器在PCB的TOP和BOTTOM两面均有布置时，就需要采用双面背钻，如下图所示。
在背钻深度控制精度方面，目前能力可以达到±6mil。为了提高可靠性，设计时最好保留一定的冗余度，建议满足以下设计要求。
背 钻 设计 规则
压接连接器PCB孔的"剩余孔壁长度"
设计要求：L≥L1+12mil
根据上述关系，可以得到不同连接件过孔的最小剩余孔壁要求，详见表1。
需要注意的是，由于2mm连接件的压刀长度L1的公差略大，因此在确定长度L时要稍微放宽。
背 钻 深度 控制
背钻深度控制建议至少保留8mil的Stub，在设计层堆叠时需要考虑半固化片厚度，避免导线被钻穿而断线。背钻深度控制建议在两层之间，且要求两层之间厚度≥12mil。
例如：
背钻A：
当相邻两层（如L12与L13，L13与L14）不满足≥12mil的要求，且L12与L14之间的距离≥12mil时，建议背钻深度在L12与L14之间。
背钻B和背钻C：
当L9与L10≥12mil时，建议背钻深度控制在L9与L10之间。
PCB 走线至背钻通孔间距
PCB走线到背面钻孔边缘距离≥10mil
背钻通孔尺寸
背钻直径（D）=钻孔直径（d）+10mil
背钻直径（D）=钻孔直径（d）+10mil
T：PCB厚度
d1：成品孔径
d：钻头直径
D: 背钻直径
D1：走线到背钻之间的距离
H：背钻后剩余的孔长
H1：背钻深度
H2、H3：信号线的Stub长度
钻孔直径：d=d1+5mil
背钻直径：D≥d+8mil
或背钻直径：D≥d1+13mil
建议背钻孔与内层图形的距离≥0.25mm，与外层图形的距离建议≥0.3mm。
背钻孔与背钻孔之间的距离≥0.25mm。
背 钻 垫 设计 要求
过孔焊盘背面钻孔后无铜环残留
为了推荐背钻焊盘设计，请按照以下要求进行：
背钻面垫块≤背钻直径
内层焊盘建议设计为无焊盘工艺。
背钻PCB表面处理工艺
背钻PCB表面处理工艺要求采用OSP或者化学浸锡/金，禁用HASL。
PCB内层非功能焊盘设计为无焊盘。
在Smartdrill层上添加文本：
不得移除内部信号层上的任何功能焊盘。
提示：背钻孔的背钻孔面不可同时进行ICT测试。
PCB背钻过孔有何特点？
- 背钻大部分都是刚性PCB
- 层数一般为8至50层
- 厚度:2.5mm以上
- PCB 纵横比大
- 大板尺寸
- 外层走线较少，多为压接孔方形阵列设计
- 背钻孔通常比需要钻孔的过孔大0.2mm
- 背钻深度公差：+/- 0.05mm
- 最小绝缘厚度0.17mm
在PCB制造过程中，背钻是第二次钻孔操作，它将通孔中未使用的镀层从某一侧去除到一定深度。
背钻的制作要点：
使用新的钻具来减少切屑负荷。
检查背钻深度的制造能力。
控制钻孔精度。
PCB设计中有多少高速信号需要应用Backdrill技术？
共识：速率≥5Gbps的信号需要考虑增加Backdrill设计。
当然，高速互连链路的设计是一个系统工程，如果芯片驱动能力足够强，或者系统互连链路不是那么长，可能不做背钻设计信号质量也可以过关，所以最可靠的方法是通过系统互连链路仿真来确定是否需要背钻。
PCB中的盲孔和埋孔是什么？
盲埋孔技术是为了满足电子产品小型化、高集成度的要求而产生的，以提高PCB板的电路密度。
盲孔：盲孔是从内层连通到外层的，它不贯穿整个板子。
埋孔：埋孔连接内层，从PCB表面看不到。
盲埋孔的加工方法
1.深钻法
利用机械方式钻出盲孔深度，实现内层与外层的连通。这种方法的缺点是生产率很低，一次只能加工一个件，加工难度大，可靠性低。
2.顺序压合
通过反复压合，依次制作出埋孔、盲孔、通孔。此方法的缺点是反复压合后的膨胀不易控制，加工时间较长，不能制作交叉的盲埋孔。
盲孔(L2-L4,L4-L8) 盲孔(L1-L3)
3.HDI 积聚
采用镭射钻孔的方式，逐层增加，渐进式压合。缺点：对设备等级要求较高，电镀能力要求较高，成本较高。
大部分公司采用的方法：过程控制
- FA团队计算压力系数，减少因压力次数导致的品质问题。
- X光拍摄机、OPE打孔机保证套准准确。
- 高精度数控钻孔机，保证钻孔精度。
- 埋盲孔采用树脂封堵工艺，减少爆孔无铜板风险
- CCD自动平行光曝光机，痕迹细小，套准精度高。
盲孔和埋孔制造能力
- 层数：最多20层
- 最小孔径：激光钻孔 0.1mm，传统钻孔 0.15mm
- 深宽比：传统钻孔<12:1，激光钻孔>0.75:1
盲埋孔设计建议
1.在生产难度和成本上，HDI激光埋盲孔PCB 高于 多次叠层盲孔PCB，因此尽量避免交叉埋盲孔的设计。
HDI 激光钻孔 传统盲孔
2.金属化孔与电路的连接。
设计环宽度=最小成品环宽度+孔公差+蚀刻公差。
焊盘直径 = 钻孔直径 +2 x 最小成品环宽度 + 孔公差 + 蚀刻公差。
最小成品环宽度：0.025mm。
孔公差：+/-0.075mm。
蚀刻公差：+/-0.025mm。
当间距允许时，通常使用泪滴形垫来确保垫片和电线之间的安全连接。
3.金属化孔与铜区的连接
A. 直接连接
B.导热垫连接（用于减少热量耗散，使热量集中在焊料上）
狭缝宽度：>=0.125mm。
环宽度与上述要求相同。
内径=钻孔直径+2x环宽度。
4.孔、线隔离
孔到线、焊盘距离>=0.25mm。
隔离焊盘直径>=钻孔直径+0.6mm。
放置内隔离垫时，请注意隔离垫之间的距离。
常见设计错误示例：
5.空白区域的设计要点
内层不要留有大面积无铜的空白，这样板子内部应力不均匀，压合时容易发生板翘，铜箔起皱。
外层尽量平整，不要留大片无铜空白区域，可用无功能的方形焊盘填充。否则会导致电镀、PTH、铜厚薄不均。
盲孔、埋孔的制作建议
- 最好是对称结构，防止PCB严重翘曲时因不一致而引起的膨胀。
- 尽可能使用核心厚度。
- 内层尽量采用同类型铜厚，且每根线芯两边铜厚尽量相同。
- 尽量使用标准规格的芯材和预浸料。
- 埋孔直径以0.3mm~0.5mm为宜，过大或过小都不利于塞树脂。
- 埋孔、盲孔最小环宽为0.15mm，激光盲孔最小环宽为0.10mm。