PCB为啥现在行业越来越流行“浅背钻”了？

高速先生成员--黄刚毫无疑问，信号速率已经是灰常灰常高了，过孔对信号质量的影响在以往文章中已经分享过太多太多。过孔一身都是坑，其中最大的那个就是它的stub影响。一个有stub的过孔衰减的上限可能是大家想象不到的，1dB，5dB，10dB，20dB甚至更大都有可能。So，一套专门为提升有stub的过孔性能的加工工艺就应运而生了，那就是背钻，简单的流程就像下面这样了。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/b483abe32b6b45de93c4ae95abca9266~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=6YTiO48tc%2B%2FB%2BmTgGwZIRTpMIvU%3D

当然，我们也知道，本身常规的板子是不需要背钻的，突然增加这样一个工艺流程，加钱是难免的事情。因此精明的硬件朋友们就学会了根据高速信号速率的不同来决定是否需要背钻和哪些层背钻，哪些层就不用背钻了。简单定性来说就是，速率低就能允许过孔的stub长，速率高就需要stub短，当然高速先生在很多场合上也大概把速率和stub长度的关系量化过，还不知道的粉丝可以去问问身边知道的同事了，哈哈。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/e225add8240d4a5689362e7e7825899c~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=RacG4PlMK01it0vETXaOIaRGaiE%3D

由于多一层背钻，就要多花一层的钱，所以大多数客户都会觉得在不算非常高的速率下，例如25Gbps左右，可能超过25mil以上stub的过孔才会去背钻。例如下面的连接器过孔案例，在这一层出线层的情况下，过孔stub是25mil。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/9136e47367684d80bbf78b981e7fd288~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=7yJZwa%2FcCJYN5C5JRB1peVqbHh0%3D

这个时候我们来考虑背钻和不背钻的影响，背钻后留下的stub是10mil，模型的示意图如下所示：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/03945cdf1bac4c07a761d1d1241838d4~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=TZuLbgk5XxFO2Kn2hwprAivpqcM%3D

然后从结果上看差异是非常明显的，TDR阻抗差异超过10个欧姆，回波损耗也差了接近10个dB。说明背钻工艺对过孔性能的改善帮助很大很大。。。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/623ee936db834c5c9416090aef473f9b~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=Y%2B058nsds%2Fw3q1tOyALTJr%2FV4M8%3D

从上面的结果能看到，25mil不背钻结果当然不是很好，背钻之后哪怕剩下10mil其实结果都能接近完美了，看起来的确和我们想象的一样，如果本身就只有10mil的stub，那还背钻个啥，又省钱又不会为难板厂，一举两得！
那问题来了，如果真的只有10mil的stub的话，到底值不值得背钻呢？那我们把上面那个模型的走线层换到更靠下的层去走，过孔的stub就10mil出头的样子，如下所示：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/1565dcbf66084083afb4299ab09f93ae~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=E2raEq9uInXEfqHrZ42k%2FFd6yMs%3D

在不背钻的情况下，仿真得到的TDR阻抗结果是85欧姆左右，感觉还行啊，能接受！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/bba45637cdee45deb879f2222823566f~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=qDKDvByhyOsmIGWJW3u21ylS42I%3D

这个时候我们来硬要板厂帮我们做背钻，本来是10mil出头，让板厂钻掉几个mil，保证最后是8mil的stub，就像下面这个动图展示的背钻过程一样！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/bc58260781274245817c98570c644467~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=toQk90HB9Bl%2Bi3U58byb6%2Fo0rUo%3D

最后做出来的这个效果就是背钻后剩下8mil stub的模型了。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/c7c741bbe51e4a48abaf8f4214fa6cb3~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=h1DbGLcjUcHwqk50cvOEzRicGl4%3D

无非也只是少了3mil左右的stub，能比不背钻好多少，能差出0.5欧姆都顶天了吧。这下恐怕要让大家失望了，背钻后过孔的阻抗从不背钻的85欧姆左右提升到快接近90欧姆了，足足差不多有5欧姆的提升！！！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/dea0adc34495444bbb58392fc469c68e~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=UlSe9NpL0q%2FxkFJlP%2BOLCqSNQCA%3D

这。。。就有点惊掉下巴了啊，就差几个mil的stub，能差出快5欧姆的情况？中间是不是有什么误会啊？https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/a6bdfc4e52654115afce0cfcc19b663f~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=%2BubRgbYo8hH9mV7V11S31vSKXdI%3D

误会可能没有，认知不同是有的。我猜你们认为的只差3个mil的stub长度说的是下面这种情况，那就是把底层焊盘去掉，仅减小过孔stub长度的这个模型吧？https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/1ebf8865523244d6a4a220fc20324824~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=AOMsMl948HerZ9jPr03MtTJQmLw%3D

的确如你们之前想象的一样，如果只减小过孔stub长度的话，8mil的stub和10mil多的stub对过孔阻抗的影响的确微乎其微，可能0.2欧姆都没有！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/e9203a1c4b394e2d8ce6f7a13656e6e2~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=ivtc%2F57bS7Gy1G1%2FdW0OH5ikNb8%3D

从三者回波损耗的结果对比也能看到几个结论：不背钻的影响在25Gbps之前性能差别的确不大，但是在25Gbps之后其实恶化是很厉害的。哪怕只钻掉焊盘，不减小过孔stub的改善也是非常明显的，还有就是从结果来看，单纯只差几个mil的stub影响是非常小的哈。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/197c0992ea0445548500be99717a5ec7~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=HbpcO6ei4%2F%2Fs4e6Cm%2FBKSF8wuJw%3D

这种小于10mil的过孔stub的背钻我们在PCB加工行业内就称为浅背钻，如下图所示，浅背钻主要就是为了去掉底层焊盘的影响，其次才是希望让stub再短几个mil。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/27d8006fb99445cfbf868272e6ae20d2~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202508181617437944AD5FF8F5743EB855&x-expires=2147483647&x-signature=bG82QPQOPffrDz3XUjDFXSWtpQw%3D

最后总结下哈：这个地方的影响无论是从SI性能还是加工方面看，都很容易被忽略，尤其当我们的通道走到了像112Gbps以上的超高速率下，影响是不小的。同时对于板厂加工也是会增加一丢丢难度，毕竟要钻的过孔深度很短，一不留神就钻过了或者压根没钻到，所以也需要对PCB板厂的加工能力有一定的要求哈。我们板厂去做这个事情当然没有问题，关键是在于各位硬件或者PCB设计，包括SI的小伙伴们有没有意识到这个地方对高频的影响，从而找我们的板厂去做这个浅背钻而已！
问题：大家对自己产品的过孔要不要去做背钻工艺，都是怎么考虑的啊？
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