标签: 背钻

先说一个冷知识，钻孔的费用通常占 PCB 制板费用的 30% 到 40% ，没想到吧。 过孔（ via ）是多层 PCB 的重要组成部分之一，其他的几个组成部分是PCB板，走线，器件等。 过孔的作用是将电气相连、固定和元件定位。一个过孔由三部分组成：孔、孔周围的焊盘区、 POWER 层隔离区。过孔的制作：在过孔的孔壁圆柱面上镀一层金属，用于联通中间各层的铜箔，过孔的上下两面做成焊盘状，直接线路相通（或也可不连）。 过孔一般分为三类：盲孔、埋孔和通孔。即盲孔 (blind via) 、埋孔 (buried via) 和通孔 (through via) 。 盲孔：位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率 ( 孔径 ) 。 埋孔：是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。 通孔：这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两种过孔 更高级的过孔就是 ---- 背钻 背钻主要是解决高速信号传输中，过孔多余残桩导致的信号完整性问题。 数字信号传输的速度越来越快，频率越来越高，传统设计的 PCB 板已经不能满足这种高频电路的需要。当电路信号的频率增加到一定高度后， PCB 中的导通孔 PTH 中无用的孔铜部分，其多余的镀铜就相当于天线一样，产生信号辐射对周围的其他信号造成干扰，严重时将影响到线路系统的正常工作， Back drill 的作用就是将多余的镀铜用背钻的方式钻掉，从而消除此类 EMI 问题。在降低成本的同时，满足高频、高速的性能。 背钻孔的优点和作用？ 影响信号系统信号完整性的主要因素除设计、材料、传输线、连接器、芯片封装等因素外，导通孔对信号完整性有较大影响。而背钻通过钻掉没有起到任何连接或者传输作用的通孔段，避免了多余 Stub 对信号完整性的影响。除此之外，背钻技术还有如下诸多优点。 减小杂讯干扰； 提高信号完整性； 局部板厚变小； 减少埋盲孔的使用，降低 PCB 制作难度。 使用背钻的效果波形图，可以明显看到背钻对过孔阻抗还是影响很大的

我们对于过孔背钻已经不陌生了，针对不同信号速率能留容忍的过孔stub长度，相信很多人心中也有概念了。我们在前篇也提到了连接器过孔stub对信号的影响，有兴趣的朋友可前往阅读 http://www.edadoc.com/cn/TechnicalArticle/Show.aspx?id=1122 但是当连接器pin残留长度≥过孔stub ，过孔stub是否还需要背钻，过孔背钻还有多大的意义？ 高速信号的连接器pin的样子都是下图1所示，pin可以分解成3个部分，其中只有pin_2这部分是与过孔孔壁接触的，也就是我们常说的鱼眼。Pin_1负责将信号从连接器引入过孔中；Pin_2负责将信号传递给过孔；pin_3对于信号来说就没有正面的作用了，就是一段stub，为了跟过孔stub相区别，我们在这称之为pin stub，这个pin stub长度对于信号的影响有多大？   图1  高速信号连接器pin示意图 下面我们以SFP+ 2*8 PLUS连接器为例进行探讨。这款连接器的针长2.07+/-0.25mm (1.82mm~2.32mm)，如下图所示：   图2  SFP+ 2*8 PLUS连接器结构图 它在PCB上的封装如下图所示：   图3  SFP+ 2*8 PLUS连接器在PCB上整体封装图 由于一个连接器包含8个光口，为了更清晰地展示它的管脚分布，我们把其中一个光口放大，如下图所示：   图4   SFP+ 2*8 PLUS连接器在PCB上单个光口封装图 假设PCB厚度=2.2mm，连接器信号pin长2.2mm，连接器从top层往下压。 1.当没有把连接器压进过孔，过孔是空心的，红色圆环为孔壁，过孔的俯视图如下所示：   图5   过孔俯视图 从bottom到布线层的过孔stub为30.6mil，对过孔做背钻，残留10mil的stub，如下图所示：   图6   过孔背钻侧面图 2.当把连接器压进过孔，过孔的俯视图如下所示：   图7   连接器压入后的过孔俯视图 2.1当过孔不背钻时，压上连接器后，从bottom到布线层的过孔stub为30.6mil，从布线层到pin的底部有30.6mil，即pin stub=30.6mil。   图8   连接器压入后的过孔侧面图 2.2当过孔从底部背钻时，压上连接器后，从bottom到布线层的过孔stub为10mil，pin stub依然=30.6mil。   图9   连接器压入后，过孔底部背钻图 以上各种情况下的插损如下图所示：   图10   各种情况插损对比图 说明： SDD21_1：Case1仅有过孔，过孔背钻，从bottom到布线层的过孔stub为10mil； SDD21_2：Case2过孔插上连接器的pin后，pin stub=30.6mil；过孔不背钻，从bottom到布线层的过孔stub为30.6mil； SDD21_3：Case3过孔插上连接器的pin后，pin stub=30.6mil；过孔底层背钻，从bottom到布线层的过孔stub为10mil 。 Table1. 连接器过孔不同处理方式对比 当连接器针长非常长，甚至跟板厚一样了，即pin stub≥过孔stub，依然必须对过孔stub进行背钻，不要犹豫，just do it!因为1. 压上连接器后，过孔背不背钻两者在12.5GHz处的差异差了0.418dB（Case3-Case2=0.418dB）；2.谐振点的位置由过孔stub决定，如果过孔不背钻，谐振频率提前了12GHz。 虽然过孔stub的影响要大于pin stub 的影响，谐振点的位置由过孔stub决定，但pin stub对插损是有拉低作用的，见Case1、Case3的比较：在同样的过孔stub情况下，pin stub在12.5GHz处对插损拉低了0.165dB（Case3-Case1=0.165dB），但谐振点的位置相差无几； 仿真与真实的差异之处：Case3是我们做产品时，连接器压入过后的真实情况，而与之对应的仿真情况，很多人用的是Case1（即用“过孔”代替“过孔+连接器pin”的效应）这样仿真与真实情况在12.5GHz处的差异有0.165dB，如果链路中会出现2个连接器，那么仿真与真实值就差了0.35dB，当系统裕量紧张时，这点值得关注。 经过本文的分析，相信大家对连接器pin +过孔的综合效应有了清楚的认识，特别是pin stub的影响，在连接器选型时建议还是尽量选择短针的连接器、选择靠下的布线层进行布线，以减小pin stub 的影响。

我们对于过孔背钻已经不陌生了，针对不同信号速率能留容忍的过孔stub长度，相信很多人心中也有概念了。我们在前篇也提到了连接器过孔stub对信号的影响，有兴趣的朋友可前往阅读 http://www.edadoc.com/cn/TechnicalArticle/show.aspx?id=1122 但是当连接器pin残留长度≥过孔stub ，过孔stub是否还需要背钻，过孔背钻还有多大的意义？ 高速信号的连接器pin的样子都是下图1所示，pin可以分解成3个部分，其中只有pin_2这部分是与过孔孔壁接触的，也就是我们常说的鱼眼。Pin_1负责将信号从连接器引入过孔中；Pin_2负责将信号传递给过孔；pin_3对于信号来说就没有正面的作用了，就是一段stub，为了跟过孔stub相区别，我们在这称之为pin stub，这个pin stub长度对于信号的影响有多大？ 图1 高速信号连接器pin示意图 下面我们以SFP+ 2 8 PLUS连接器为例进行探讨。这款连接器的针长2.07+/-0.25mm (1.82mm~2.32mm)，如下图所示： 图2 SFP+ 2 8 PLUS连接器结构图 它在PCB上的封装如下图所示： 图3 SFP+ 2*8 PLUS连接器在PCB上整体封装图 由于一个连接器包含8个光口，为了更清晰地展示它的管脚分布，我们把其中一个光口放大，如下图所示： 图4 SFP+ 2*8 PLUS连接器在PCB上单个光口封装图 假设PCB厚度=2.2mm，连接器信号pin长2.2mm，连接器从top层往下压。 当没有把连接器压进过孔，过孔是空心的，红色圆环为孔壁，过孔的俯视图如下所示： 图5 过孔俯视图 从bottom到布线层的过孔stub为30.6mil，对过孔做背钻，残留10mil的stub，如下图所示：! 图6 过孔背钻侧面图 当把连接器压进过孔，过孔的俯视图如下所示： 图7 连接器压入后的过孔俯视图 2.1 当过孔不背钻时，压上连接器后，从bottom到布线层的过孔stub为30.6mil，从布线层到pin的底部有30.6mil，即pin stub=30.6mil。 图8 连接器压入后的过孔侧面图 2.2 当过孔从底部背钻时，压上连接器后，从bottom到布线层的过孔stub为10mil，pin stub依然=30.6mil。 图9 连接器压入后，过孔底部背钻图 以上各种情况下的插损如下图所示： 图10 各种情况插损对比图 说明： SDD21_1：Case1仅有过孔，过孔背钻，从bottom到布线层的过孔stub为10mil； SDD21_2：Case2过孔插上连接器的pin后，pin stub=30.6mil；过孔不背钻，从bottom到布线层的过孔stub为30.6mil； SDD21_3：Case3过孔插上连接器的pin后，pin stub=30.6mil；过孔底层背钻，从bottom到布线层的过孔stub为10mil 。 Table1. 连接器过孔不同处理方式对比 当连接器针长非常长，甚至跟板厚一样了，即pin stub≥过孔stub，依然必须对过孔stub进行背钻，不要犹豫，just do it!因为1. 压上连接器后，过孔背不背钻两者在12.5GHz处的差异差了0.418dB（Case3-Case2=0.418dB）；2.谐振点的位置由过孔stub决定，如果过孔不背钻，谐振频率提前了12GHz。 虽然过孔stub的影响要大于pin stub 的影响，谐振点的位置由过孔stub决定，但pin stub对插损是有拉低作用的，见Case1、Case3的比较：在同样的过孔stub情况下，pin stub在12.5GHz处对插损拉低了0.165dB（Case3-Case1=0.165dB），但谐振点的位置相差无几； 仿真与真实的差异之处：Case3是我们做产品时，连接器压入过后的真实情况，而与之对应的仿真情况，很多人用的是Case1（即用“过孔”代替“过孔+连接器pin”的效应）这样仿真与真实情况在12.5GHz处的差异有0.165dB，如果链路中会出现2个连接器，那么仿真与真实值就差了0.35dB，当系统裕量紧张时，这点值得关注。 经过本文的分析，相信大家对连接器pin +过孔的综合效应有了清楚的认识，特别是pin stub的影响，在连接器选型时建议还是尽量选择短针的连接器、选择靠下的布线层进行布线，以减小pin stub 的影响。