背钻设计与生产：技术解析及应用

背钻是一种特殊的控深钻技术，用于多层PCB板的制造。例如，在12层板中，如果需要将第1层连接到第9层，通常会先进行一次钻孔（通孔）并沉铜，这样会导致第1层直接连接到第12层。实际上，我们只需要第1层连接到第9层，第10到第12层之间没有线路连接，形成了一个无用的柱状结构（称为STUB），这会影响信号完整性。

为解决这个问题，从反面进行二次钻孔（背钻），去除多余的STUB。由于后续工序中的电解过程会进一步去除一些铜，且钻头本身是尖锐的，因此PCB制造商通常会保留一小段STUB，这段保留的长度称为B值，一般在50-150微米范围内。这样既能保证信号完整性，又能确保制造过程顺利进行。

 

一、背钻孔定义及特性

1、背钻孔类型

背钻孔利用机械钻机的深度控制功能，用较大直径的钻刀钻出具有一定深度要求的NPTH孔，并镀上孔铜。常见的背钻孔类型有断桩式、阶梯式和非导通式。

2、产品特性

（1）在布线空间紧张的情况下，背钻孔可以连接内层芯板，减少出线层数，降低PCB厚度。

（2）设计背钻孔可以减小过孔带来的“残桩效应”，减少孔链路损耗，提高信号完整性。

3、作用

在PCB制造过程中，镀通孔可视为线路的一部分。某些镀通孔端部无连接，会导致信号折回共振，引起反射、散射和延迟等问题，从而影响信号传输的完整性。通过背钻孔去除这些无用的“残桩”，可以有效减轻这些问题，保证信号传输的质量。

 

二、背钻线路板产品类型

1、断桩式：背钻后不镀铜。

2、阶梯孔：背钻后镀铜。

3、半封背钻孔：非导通孔。

 

三、背钻线路板生产工艺流程

1、工艺流程

2、背钻孔制作关键技术配置

（1）设备：具备CCD射电深控功能的大族钻机。

（2）材料：底板、纸板、酚醛盖板、0.125mm铝片、皱纹胶纸。

（3）工具：钻咀、销钉、大力钳、锤子。

3、深度控制能力界定

（1）工程设计评审：确保介质层厚度 h×90% 符合最小要求。

（2）夹pin生产选择：

① 当符合电木板能力（优先选择）时，无需特殊标注。

② 当超出电木板能力时，使用夹PIN生产，并在指示中注明。

③ 夹PIN生产能力限制：板长≤29.5" 且板厚≤3.5mm。

（3）超出能力处理：工程部需与客户协商放宽公差或提交业务评审。

4、背钻钻带编程

（1）深度设定：每把刀后插入“M18 Zxx”设定下钻深度，最后加“M19”关闭功能。

（2）拼板尺寸：当拼板长方向≥29.5"时，分割钻孔程序应遵循规则：︱Ymax－Ymin︱≤29.5"，确保最大坐标差值小于机台加工尺寸。

5、背钻深度值设定

（1）切片测试：一钻后送切片至物测室，取板边和板中间各2pcs，记录H和h值于《钻孔切片测试报告》。

（2）标准设定：铝片平均厚度中值+下钻深度标准中值。

（3）定位孔：夹pin方式生产的背钻型号需在标靶孔左侧10mm区域加一对定位孔，双面背钻则在右侧10mm区域再加一对。定位孔居中放置，距离板边≤10"，并封孔制作。

6、背钻试钻孔制作

（1）试钻孔位置：板边四周每种背钻孔各加一组6个/组的试钻孔，标识为Ls-m。

（2）单元间试钻孔：拼2个或以上单元的板需在单元间加试钻孔，离单元外形边距离≥5mm。

（3）排列要求：多种背钻深度、不同孔径的孔依次对称排列，孔壁间距25mil。

（4）焊盘设计：试钻孔按比背钻刀径单边大10mil制作，首钻时编入钻带，上下板边试钻孔作为出进刀孔编程。

7、受影响重点生产工序控制

（1）开料：100%全测板厚，超标板不允许过板。

（2）压合：

① 小于24"×28"的板采用Mass-lam压机生产。

② 使用同一批次半固化片压板。

③ IPQC负责测板厚，抽测频率30pnl抽取6pnl。

（3）钻孔：

① 使用具有CCD射电深控测量功能的钻孔设备。

② 背钻孔采用钨钢一体新刀，1块/叠，下刀速0.5-1m/min，孔位精度±2mil。

③ 单面背钻孔从相同面钻孔，双面按工程设计要求进行。

④ M孔（防反盲孔）制作：CS面在切片孔下方，SS面在左下角，使用1.5mm条孔刀，单独组成一把刀，程序中标注1.55，钻刀补偿Z+0.8。

（4）镀铜：

① 一次镀铜方式，避免二铜上锡问题。

② 槽体改造成VCP喷射方式搅拌，调整光泽剂配比。

③ 背钻板过前后处理时，背钻孔向下，烘干速度100-110℃，速度1-1.5m/min，减少氧化问题。

 

四、背钻线路板制作关键技术

1、关键技术概述

公司在首次尝试背钻技术时，主要面临以下三个难点：背钻孔深度控制、背钻孔深度公差值控制以及背钻孔镀铜厚度控制。通过与相关人员的技术交流，我们确定了以下关键控制技术。

2、背钻孔下钻深度设定控制

为了确保背钻孔的下钻深度准确，需要严格控制温升速率在2.0-2.5℃/min，并且保证压合厚度的均匀性。具体步骤如下：

（1）在试样板上进行九点测量，计算板厚中值，作为背钻孔下钻深度的参考值之一。

（2）测量铝片厚度并取中值，作为背钻下钻深度的另一个参考值。

（3）计算背钻孔下钻深度参数为板厚参考值加上铝片参考值。

3、背钻孔深度公差值控制

背钻孔是单通孔，连接内层芯板（L2/L3层），但不穿透L1层，因此对下钻精度要求极高。具体措施包括：

（1）使用特殊的叠板结构进行钻孔：纸垫板*2 + 1pnl覆铜板 + 铝片 + 0.3mm酚醛盖板。

（2）采用顶角150°槽刀，寿命控制在800hit，使用正常钻速和起刀速，下刀速控制在0.5m/min。

（3）使用带有CCD射电测量功能的钻机设备，在槽刀接触铝片时立即计算下钻深度，并在达到设定值时立即起刀，将公差控制在±0.05mm范围内。

4、背钻孔镀铜厚度控制

为了确保背钻孔的镀铜厚度符合要求，采取了以下措施：

（1）采用二次除胶工艺，减少背钻孔内的细小残渣，并进行二次沉铜以提高沉积率。

（2）板电采用低电流长时间原则，避免二铜镀锡不均导致蚀刻侵蚀，影响孔铜厚度。

（3）镀铜后，对板进行九点测量，计算铜厚中值，以便在酸性蚀刻过程中根据实际铜厚调整蚀刻参数和压力。

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审核编辑 黄宇