背钻设计时要优先保证哪一项,STUB长度真的是越短越好吗

2024-09-10


高速先生成员--王辉东


人道是:


八月十八潮,壮观天下无。


鲲鹏水击三千里,组练长驱十万夫。


红旗青盖互明末,黑沙白浪相吞屠。


人生会合古难必,此情此景那两得。


小蝶托着腮望着窗外,思绪飞到千里之外。


大潮一起三千里,天下第一看钱塘。


等这次把板子投了,一定要去钱塘江边看一看。


百里闻雷震,惊涛来似雪。


人在南海边,心在钱塘畔。


小蝶正在沉思中,大师兄的声音很突兀的打断了他的思绪。


“小蝶你过来一下,这个背钻stub的要求有点不合理。”


背钻的来由及作用:


• PCB制造过程中镀通孔其实可当作是线路来看,某些镀通孔端部的无连接,这将导致信号的折回共振也会减轻信号,且可能会造成信号传输的反射、散射、延迟等,给信号带来“失真”的问题。背钻的作用其实是钻掉没有起到任何的连接或者传输作用的通孔段,避免造成信号传输的反射、散射、延迟等,给信号带来“失真”。

背钻设计时要优先保证哪一项,STUB长度真的是越短越好吗 (https://ic.work/) 技术资料 第1张


• 背钻:


• 利用机械钻孔机的深度控制功能,在某些PTH孔上用较大直径的钻刀钻具有一定深度要的NPTH孔,以去除部份孔铜。背钻孔非意图如下:

背钻设计时要优先保证哪一项,STUB长度真的是越短越好吗 (https://ic.work/) 技术资料 第2张


STUB长度带来的影响:


1.短孔和长孔比较可知,长孔增加了电感效应,增加了信号的衰减,因此PCB采用 薄的介质好些。


2. 有无stub比较可知,stub增加了电容效应,增加了信号的衰减,因此尽量在顶层走线换层,如果中间层换层去掉stub最好。

背钻设计时要优先保证哪一项,STUB长度真的是越短越好吗 (https://ic.work/) 技术资料 第3张


背钻可以从pcb的两面进行,并且支持不同的深度,通常来说,背钻的直径比原始的孔径大,比如说连接器的压接孔径为0.3mm,那么选用0.45mm的通孔钻头,背钻孔的钻头则要比通孔钻头还要大0.15-0.2mm,此时设计的时候一定要保证0.45mm背钻钻头到走线的距离,极限间距为6mil。所以PCB设计时背钻孔到周围走线的间距,可以设计在10mil及以上。

背钻设计时要优先保证哪一项,STUB长度真的是越短越好吗 (https://ic.work/) 技术资料 第4张


对于板厂来说,加工难点在于必须小心控制背钻的深度。设计阶段就必须仔细权衡性能与价格,既要满足信号质量的要求,也要考虑背钻的成本。


要注意,背钻无法完全消除stubs,必须要留出裕量。背钻一定要宁浅勿深。


下面是以前娟姐的文章《背钻偏差的产生及其影响》,详细的讲解过stub的影响。强烈推荐大家去看看。


背钻理想情况是:钻掉过孔出线层以下所有的stub。但是生产做不到100%精准,为了不伤害到出线层,必须与出线层保持一定的距离,我们称之为安全距离。所以不会出现理想情况,背钻后过孔stub会残留2mil~12mil。


理想情况:

背钻设计时要优先保证哪一项,STUB长度真的是越短越好吗 (https://ic.work/) 技术资料 第5张


实际情况:

背钻设计时要优先保证哪一项,STUB长度真的是越短越好吗 (https://ic.work/) 技术资料 第6张


过孔的背钻深度偏差1


假设过孔出线层在layer4,一般在PCB文件中会将背钻设置为bottom-to-layer5,意思是要求从bottom层往上做背钻,钻到layer4但不能伤害layer4,这样做完背钻后,过孔stub长度最多12mil,此时就算用FR4材料,stub造成的谐振也在80GHz以后了,对于目前25Gbps/28Gbps的信号基本都没影响。


但是,如果产品在设计时就没有正确设置背钻层,或者出于其它因素的考虑而没办法设置成bottom-to-layer5,比如避免背钻伤害到其它层的线、或者要保证连接器的连接强度,而只能将背钻设置为bottom-to-layer7。设计造成的过孔stub本身就有25mil,加工生产环节的背钻偏差12mil,最后产品的过孔stub就有可能是37mil,如下图所示:

背钻设计时要优先保证哪一项,STUB长度真的是越短越好吗 (https://ic.work/) 技术资料 第7张


37mil的过孔stub造成的谐振会提前到30GHz左右了。此时这个背钻深度偏差是否对你的产品有致命的恶化?系统是否有充足的裕量以抵抗恶化?这需要在产品设计阶段就有预判,免得事后心慌慌。


鱼眼的解释


背钻的加工过程

背钻设计时要优先保证哪一项,STUB长度真的是越短越好吗 (https://ic.work/) 技术资料 第8张


什么是鱼眼

背钻设计时要优先保证哪一项,STUB长度真的是越短越好吗 (https://ic.work/) 技术资料 第9张


背钻的常规工艺能力:


背钻深度在1.6mm以下的,stub长度按2-8mil


1.6mm以上2.5mm以下,按2-10mil


2.5mm以上3.8mm以下,2-12mil


3.8mm以上到5mm以下,2-14mil


5mm以上2-16mil


所以在PCB加工时,并不是stub越短越好,因为PCB生产有公差,比如说成品板厚就有+/-10%的公差。成品板厚4mm,板厚在3.6-4.4mm都是正常的。

背钻设计时要优先保证哪一项,STUB长度真的是越短越好吗 (https://ic.work/) 技术资料 第10张


所以说拼命的追求stub的长度,越短越好,忽略了鱼眼的长度,导致连接器压接以后,没有孔铜接触,出现开路现象。所以在PCB设计时要优先保证鱼眼长度,再保证最短stub长度,最后再确定背钻钻透哪一层,也有可能这个层保证不了。

背钻设计时要优先保证哪一项,STUB长度真的是越短越好吗 (https://ic.work/) 技术资料 第11张


小蝶听了大师兄的讲解,惊出一身冷汗,赶紧修改了背钻的要求,把板子投了出去。


本期提问


关于PCB的背钻的处理方式,大家有没有一些特别的经历和故事,来,一起观潮,一起聊聊。

审核编辑 黄宇





文章推荐

相关推荐

  • 小安派BW21 UNO从机

    作为一款本地AI图象识别开发板,BW21-CBV-Kit它能够独自运行目标识别模型。2.4GHz+5GHz的双频Wi-Fi,提供高性能的无线传输能 ...

    2025-05-21
  • IGBT模块吸收回路分析模型

    IGBT模块吸收回路分析模型 一、IGBT模块吸收电路的模型 尽管开关器件内部工作机理不同,但对于吸收电路的分析而 ...

    2025-05-21
  • BLDC电机的基本结构和控制方式

    来源:攻城狮原创之设计分享 直流无刷电机(Brushless DC Motor,BLDC)是一种基于电子换向技术的高效电机,具有长寿命 ...

    2025-05-21
  • 联通智家通通:聚四方守护之力,筑万家AI通途

    “神兽镇宅”,是深植于中国人心中的居家智慧。朱雀、玄武等神兽,站立在紫禁城之巅,也悬于普通百姓门上,寄托着镇守四方风雨 ...

    2025-05-21
  • FinFET与GAA结构的差异及其影响

    文章来源:老虎说芯 原文作者:老虎说芯 本文介绍了当半导体技术从FinFET转向GAA(Gate-All-Around)时工艺面临 ...

    2025-05-21
  • 一文详解球栅阵列封装技术

    文章来源:学习那些事 原文作者:前路漫漫 本文介绍了球栅阵列封装的结构、分类、应用和发展趋势。 概述 ...

    2025-05-21
  • 智能车电磁组——基本控制篇

    智能车电磁组——基本控制篇 前言 电磁车的控制比较简单,可以分为信号采集,舵机控制和电机控制三部分, ...

    2025-05-21
  • 低成本电源排序器解决方案

    绝大多数负载点DC-DC转换器可以将上一个转换器的电源就绪输出连接至下一个转换器的使能输入,实现上电排序。这种方法只适合 ...

    2025-05-21
  • 注入增强型IGBT学习笔记

    来源:星际浮尘 注入增强型IGBT 1、结构特点与典型工艺 1.1结构提出与发展 为了协调 ...

    2025-05-21
  • 解析RZ/N2L CANFD模块的缓冲区机制(3)

    在工业自动化、智能交通、机器人等领域,CANFD(CAN with Flexible Data-Rate)技术正逐步取代传统CAN,以适应更高的数据速 ...

    2025-05-21