背鉆設(shè)計(jì)時(shí)要優(yōu)先保證哪一項(xiàng)，STUB長(zhǎng)度真的是越短越好嗎
發(fā)布時(shí)間：2024-09-09 14:16
關(guān)于PCB背鉆后stub的長(zhǎng)度，一定是越短越好嗎，追求0 stub,一直是廣大設(shè)計(jì)工程師的夢(mèng)想，直到有一天出了案例，
才追悔莫及，原來(lái)這么多年，我們都理解錯(cuò)了……
高速先生成員--王輝東
人道是：
八月十八潮，壯觀天下無(wú)。
鯤鵬水擊三千里，組練長(zhǎng)驅(qū)十萬(wàn)夫。
紅旗青蓋互明末，黑沙白浪相吞屠。
人生會(huì)合古難必，此情此景那兩得。
小蝶托著腮望著窗外，思緒飛到千里之外。
大潮一起三千里，天下第一看錢塘。
等這次把板子投了，一定要去錢塘江邊看一看。
百里聞雷震，驚濤來(lái)似雪。
人在南海邊，心在錢塘畔。
小蝶正在沉思中，大師兄的聲音很突兀的打斷了他的思緒。
“小蝶你過(guò)來(lái)一下，這個(gè)背鉆stub的要求有點(diǎn)不合理?！?/span>
背鉆的來(lái)由及作用:
? PCB制造過(guò)程中鍍通孔其實(shí)可當(dāng)作是線路來(lái)看，某些鍍通孔端部的無(wú)連接，這將導(dǎo)致信號(hào)的折回共振也會(huì)減輕信號(hào)，且可能會(huì)造成信號(hào)傳輸?shù)姆瓷?、散射、延遲等，給信號(hào)帶來(lái)“失真”的問(wèn)題。背鉆的作用其實(shí)是鉆掉沒(méi)有起到任何的連接或者傳輸作用的通孔段，避免造成信號(hào)傳輸?shù)姆瓷?、散射、延遲等，給信號(hào)帶來(lái)“失真”。
? 背鉆:
? 利用機(jī)械鉆孔機(jī)的深度控制功能，在某些PTH孔上用較大直徑的鉆刀鉆具有一定深度要的NPTH孔，以去除部份孔銅。背鉆孔非意圖如下:
STUB長(zhǎng)度帶來(lái)的影響：
1.短孔和長(zhǎng)孔比較可知，長(zhǎng)孔增加了電感效應(yīng)，增加了信號(hào)的衰減，因此PCB采用 薄的介質(zhì)好些。
2. 有無(wú)stub比較可知，stub增加了電容效應(yīng)，增加了信號(hào)的衰減，因此盡量在頂層走線換層，如果中間層換層去掉stub最好。
背鉆可以從pcb的兩面進(jìn)行，并且支持不同的深度，通常來(lái)說(shuō)，背鉆的直徑比原始的孔徑大，比如說(shuō)連接器的壓接孔徑為0.3mm，那么選用0.45mm的通孔鉆頭，背鉆孔的鉆頭則要比通孔鉆頭還要大0.15-0.2mm，此時(shí)設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要保證0.45mm背鉆鉆頭到走線的距離，極限間距為6mil。所以PCB設(shè)計(jì)時(shí)背鉆孔到周圍走線的間距，可以設(shè)計(jì)在10mil及以上。
對(duì)于板廠來(lái)說(shuō)，加工難點(diǎn)在于必須小心控制背鉆的深度。設(shè)計(jì)階段就必須仔細(xì)權(quán)衡性能與價(jià)格，既要滿足信號(hào)質(zhì)量的要求，也要考慮背鉆的成本。
要注意，背鉆無(wú)法完全消除stubs，必須要留出裕量。背鉆一定要寧淺勿深。
下面是以前娟姐的文章《背鉆偏差的產(chǎn)生及其影響》，詳細(xì)的講解過(guò)stub的影響。強(qiáng)烈推薦大家去看看。
背鉆理想情況是：鉆掉過(guò)孔出線層以下所有的stub。但是生產(chǎn)做不到100%精準(zhǔn)，為了不傷害到出線層，必須與出線層保持一定的距離，我們稱之為安全距離。所以不會(huì)出現(xiàn)理想情況，背鉆后過(guò)孔stub會(huì)殘留2mil~12mil。
理想情況：
實(shí)際情況：
過(guò)孔的背鉆深度偏差1
假設(shè)過(guò)孔出線層在layer4，一般在PCB文件中會(huì)將背鉆設(shè)置為bottom-to-layer5，意思是要求從bottom層往上做背鉆，鉆到layer4但不能傷害layer4，這樣做完背鉆后，過(guò)孔stub長(zhǎng)度最多12mil，此時(shí)就算用FR4材料，stub造成的諧振也在80GHz以后了，對(duì)于目前25Gbps/28Gbps的信號(hào)基本都沒(méi)影響。
但是，如果產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)就沒(méi)有正確設(shè)置背鉆層，或者出于其它因素的考慮而沒(méi)辦法設(shè)置成bottom-to-layer5，比如避免背鉆傷害到其它層的線、或者要保證連接器的連接強(qiáng)度，而只能將背鉆設(shè)置為bottom-to-layer7。設(shè)計(jì)造成的過(guò)孔stub本身就有25mil，加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)的背鉆偏差12mil，最后產(chǎn)品的過(guò)孔stub就有可能是37mil，如下圖所示：
37mil的過(guò)孔stub造成的諧振會(huì)提前到30GHz左右了。此時(shí)這個(gè)背鉆深度偏差是否對(duì)你的產(chǎn)品有致命的惡化？系統(tǒng)是否有充足的裕量以抵抗惡化？這需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就有預(yù)判，免得事后心慌慌。
魚眼的解釋
背鉆的加工過(guò)程
什么是魚眼
背鉆的常規(guī)工藝能力：
背鉆深度在1.6mm以下的，stub長(zhǎng)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加工時(shí)，并不是stub越短越好，因?yàn)镻CB生產(chǎn)有公差，比如說(shuō)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。
所以說(shuō)拼命的追求stub的長(zhǎng)度，越短越好，忽略了魚眼的長(zhǎng)度，導(dǎo)致連接器壓接以后，沒(méi)有孔銅接觸，出現(xiàn)開(kāi)路現(xiàn)象。所以在PCB設(shè)計(jì)時(shí)要優(yōu)先保證魚眼長(zhǎng)度，再保證最短stub長(zhǎng)度，最后再確定背鉆鉆透哪一層，也有可能這個(gè)層保證不了。
小蝶聽(tīng)了大師兄的講解，驚出一身冷汗，趕緊修改了背鉆的要求，把板子投了出去。
本期提問(wèn)
關(guān)于PCB的背鉆的處理方式，大家有沒(méi)有一些特別的經(jīng)歷和故事，來(lái)，一起觀潮，一起聊聊。
