详解PCB电路板生产中背钻工艺

详解电路板生产中背钻工艺

一、什么是电路板背钻？

什么是PCB电路板背钻，其实背钻就是控深钻比较特殊的一种，在PCB多层板的制作过程中，例如12层线路板的制作，我们需要将第1层连到第9层，通常我们钻出通孔（一次钻），然后沉铜。这样第1层直接连到第12层，实际我们只需要第1层连到第9层，第10到第12层由于没有线路相连，像一个柱子。这个柱子影响信号的通路，在通讯信号会引起信号完整性问题。所以将这个多余的柱子（业内叫STUB）从反面钻掉（二次钻）。所以叫背钻，但是一般也不会钻那么干净，因为后续工序会电解掉一点铜，且钻尖本身也是尖的。所以线路板厂家会留下一小点，这个留下的STUB的长度叫B值，一般在50-150UM范围为好。


二、背钻孔有什么优点？

1.减小杂讯干扰；

2.局部板厚变小；

3.提高信号完整性；

4.减少埋盲孔的使用，降低PCB电路板制作难度。

三、背钻孔有什么作用？

其实背钻的作用就是钻掉没有起到任何连接或者传输作用的PCB通孔段，避免造成高速信号传输的反射、散射、延迟等，给信号带来“失真”研究表明：影响信号系统信号完整性的主要因素除设计、PCB板材料、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。

四、背钻孔生产工作原理

依靠钻针下钻时，钻针尖接触基板板面铜箔时产生的微电流来感应板面高度位置，再依据设定的下钻深度进行下钻，在达到下钻深度时停止下钻。如图二，工作示意图所示


五、背钻制作工艺流程？

1.首先提供电路板，电路板上设有定位孔，利用所述定位孔对PCB线路板进行一钻定位并进行一钻钻孔；

2.对一钻钻孔后的电路板进行电镀，电镀前对所述定位孔进行干膜封孔处理；

3.在电镀后的电路板上制作外层图形；

4.在形成外层图形后的PCB线路板上进行图形电镀，在图形电镀前对所述定位孔进行干膜封孔处理；

5.利用一钻所使用的定位孔进行背钻定位，采用钻刀对需要进行背钻的电镀孔进行背钻；

6.背钻后对背钻孔进行水洗，清除背钻孔内残留的钻屑。

六、如有电路板有孔要求从第14层钻到12层要如何解决呢？

1.如该PCB板在第11层有信号线，在信号线的两端有通孔连接到元件面和焊锡面，在元件面上将会插装元器件，如下图所示，也就是说，在该线路上，信号的传输是从元件A通过第11层的信号线传递到元件B。


2.按第1点所描述的信号传输情况，通孔在该传输线路的作用等同于信号线，如果我们不进行背钻，则信号的传输路线如图五所示。


3.从第2点所描述的图中，我们可以看到，在先好传输过程中，焊锡面到11层的通孔段其实并没有起到任何的链接或者传输作用。而这一段通孔的存在则容易造成信号传输的反射、散射、延迟等，因此背钻实际上就是钻掉没有起到任何链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，给信号带来失真。

由于钻孔深度存在一定的公差控制要求，以及板件厚度公差，我们无法100%满足客户绝对的深度要求，那么对于背钻深度的控制是深一点好还是浅一点好？我们对工艺的看法是宁浅勿深，图六。


七、背钻孔板技术特征有哪些？

1.多数背板是硬板；

2.厚径比较大；

3.PCB板尺寸较大；

4.板厚：2.5mm以上；

5.一般首钻最小孔径>=0.3mm；

6.背钻深度公差：+/-0.05MM；

7.PCB多层板的层数一般为8至50层；

8.背钻孔通常比需要钻掉的孔大0.2MM；

9.外层线路较少，多为压接孔方阵设计；

10.如果背钻要求钻到M层，那么M层到M-1（M层的下一层）层的介质厚度最小0.17MM。

八、背钻孔板主要应用于何种领域呢？

背板主要应用于通信设备、大型服务器、医疗电子、军事、航天等领域。由于军事、航天属于敏感行业，国内背板通常由军事、航天系统的研究所、研发中心或具有较强军事、航天背景的PCB制造商提供；在中国，背板需求主要来自通信产业，现逐渐发展壮大的通信设备制造领域。

在Allegro中实现背钻文件输出

1.首先选中背钻Net，定义长度。在菜单栏中点Edit-Properties，打开对话框Editproperty，如下图：


2.在菜单中点：Manufacturing→NC→BackdrillSetupandAnalysis，如下图：


3.背钻可以从top层开始，也可以从Bottom层开始。高速信号上的连接管脚和VIA都需要做背钻。设置如下：


4.钻孔文件如下：


5.将背钻钻孔文件和背钻钻孔深度的表格一起打包发给PCB厂，背钻深度表格需手动填写。


相关的一些属性Properties

①.BACKDRILL_MAX_PTH_STUB(net)：在constraintmanager里面需要给背钻的网络赋予BACKDRILL_MAX_PTH_STUB属性，只有设置了属性，软件才会识别。

为这个网络需要考虑背钻。在constraintmanager→net→generalproperties→worksheet→backdrill项，选择需要的项目并单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择change命令，输入maximumstub的值即可。Stub的计算原则为top和bottom两面的stub都会被计入到最大的stub长度里面。

②.BACKDRILL_EXCLUDE属性：定义了这个属性后，相关的目标就不进行背钻，此属性可以赋给symbol，pin，via，甚至可以在建库的时候就附上属性。

③.BACKDRILL_MIN_PIN_PTH属性：确保最小的通孔金属化的深度

④.BACKDRILL_OVERRIDE属性：用户自定义backdrill的范围，这也是比较有用的一个方法，尤其是针对结构简单，背钻深度一致的设计。

⑤.BACKDRILL_PRESSFIT_CONNECTOR属性：这是针对压接件的设置属性，一般情况下，背钻会识别压接器件，不会从器件面背钻，如果要求两面背钻。

压接器件必须赋予BACKDRILL_PRESSFIT_CONNECTOR属性。用于压接器件，要求单面或者双面背钻背钻时，指定这个参数后，背钻深度不会进入压接器件必需的有效连接区域。值，其中values=pincontactrange，这个值必须从压接器件厂家得到。

针对背钻的属性都设置完成后，就是对背钻的分析了，启动菜单命令：manufacture→NCbackdrillsetupandanalysis，启动背钻界面分析窗口，选择newpassset，设置一些背钻的参数，分析之后会产生报告，有冲突的地方都会有详细说明。

如果分析没有问题，那么背钻的设置就全部完成了，需要在后处理的光绘输出阶段如NC-Drilllegend和NCDrill的窗口中选择includebackdrill，然后执行生成背钻钻孔孔位图和钻孔文件。