PCB電路背鉆設計時要優先保證哪一項，STUB長度真的是越短越好嗎
發布時間：2024-09-09 14:16
關于PCB電路背鉆后stub的長度，一定是越短越好嗎，追求0 stub,一直是廣大設計工程師的夢想，直到有一天出了案例，
才追悔莫及，原來這么多年，我們都理解錯了……
高速先生成員--王輝東
人道是：
八月十八潮，壯觀天下無。
鯤鵬水擊三千里，組練長驅十萬夫。
紅旗青蓋互明末，黑沙白浪相吞屠。
人生會合古難必，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。
“小蝶你過來一下，這個背鉆stub的要求有點不合理。”
背鉆的來由及作用:
? PCB制造過程中鍍通孔其實可當作是線路來看，某些鍍通孔端部的無連接，這將導致信號的折回共振也會減輕信號，且可能會造成信號傳輸的反射、散射、延遲等，給信號帶來“失真”的問題。背鉆的作用其實是鉆掉沒有起到任何的連接或者傳輸作用的通孔段，避免造成信號傳輸的反射、散射、延遲等，給信號帶來“失真”。
? 背鉆:
? 利用機械鉆孔機的深度控制功能，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長度帶來的影響：
1.短孔和長孔比較可知，長孔增加了電感效應，增加了信號的衰減，因此PCB采用 薄的介質好些。
2. 有無stub比較可知，stub增加了電容效應，增加了信號的衰減，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的兩面進行，并且支持不同的深度，通常來說，背鉆的直徑比原始的孔徑大，比如說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，此時設計的時候一定要保證0.45mm背鉆鉆頭到走線的距離，極限間距為6mil。所以PCB設計時背鉆孔到周圍走線的間距，可以設計在10mil及以上。
對于板廠來說，加工難點在于必須小心控制背鉆的深度。設計階段就必須仔細權衡性能與價格，既要滿足信號質量的要求，也要考慮背鉆的成本。
要注意，背鉆無法完全消除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《背鉆偏差的產生及其影響》，詳細的講解過stub的影響。強烈推薦大家去看看。
背鉆理想情況是：鉆掉過孔出線層以下所有的stub。但是生產做不到100%精準，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。所以不會出現理想情況，背鉆后過孔stub會殘留2mil~12mil。
理想情況：
實際情況：
過孔的背鉆深度偏差1
假設過孔出線層在layer4，一般在PCB文件中會將背鉆設置為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，過孔stub長度最多12mil，此時就算用FR4材料，stub造成的諧振也在80GHz以后了，對于目前25Gbps/28Gbps的信號基本都沒影響。
但是，如果產品在設計時就沒有正確設置背鉆層，或者出于其它因素的考慮而沒辦法設置成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度，而只能將背鉆設置為bottom-to-layer7。設計造成的過孔stub本身就有25mil，加工生產環節的背鉆偏差12mil，最后產品的過孔stub就有可能是37mil，如下圖所示：
37mil的過孔stub造成的諧振會提前到30GHz左右了。此時這個背鉆深度偏差是否對你的產品有致命的惡化？系統是否有充足的裕量以抵抗惡化？這需要在產品設計階段就有預判，免得事后心慌慌。
魚眼的解釋
背鉆的加工過程
什么是魚眼
背鉆的常規工藝能力：
背鉆深度在1.6mm以下的，stub長度按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，并不是stub越短越好，因為PCB生產有公差，比如說成品板厚就有+/-10%的公差。成品板厚4mm，板厚在3.6-4.4mm都是正常的。
所以說拼命的追求stub的長度，越短越好，忽略了魚眼的長度，導致連接器壓接以后，沒有孔銅接觸，出現開路現象。所以在PCB設計時要優先保證魚眼長度，再保證最短stub長度，最后再確定背鉆鉆透哪一層，也有可能這個層保證不了。
小蝶聽了大師兄的講解，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
關于PCB的背鉆的處理方式，大家有沒有一些特別的經歷和故事，來，一起觀潮，一起聊聊。
