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背钻设计时要优先保证哪一项,STUB长度真的是越短越好吗

已有 894 次阅读| 2024-9-9 16:25 |系统分类:硬件设计

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:

• 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:


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。


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:


实际情况:


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:


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


什么是鱼眼


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。


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。


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。



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