单板背钻PCB设计方法 - bbshwrfcomcn

Productname产品名称Confidentialitylevel密级内部公开Productversion产品版本Total37pages共37页单板背钻PCB设计方法Preparedby拟制ADate日期2012-10-01Reviewedby审核人Date日期Reviewedby审核人Date日期Authorizedby批准Date日期HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.华为技术有限公司Allrightsreserved版权所有侵权必究LPUE的PCB设计内部公开Allrightsreserved版权所有，侵权必究Page2，Total17第2页，共17页修订记录日期修订版本描述作者2012-02-23初稿完成LPUE的PCB设计内部公开Allrightsreserved版权所有，侵权必究Page3，Total17第3页，共17页目录LPUE的PCB设计内部公开Allrightsreserved版权所有，侵权必究Page4，Total17第4页，共17页单板背钻PCB设计方法关键词：Backdrill、背钻深度、STUB摘要：本文对背钻相关技术以及PCB设计要求做了介绍，并说明了使用二次开发工具完成背钻板设计的步骤。缩略语清单：目前我司背钻设计已经在背板中大规模应用，随着信号速率不断提升，走线过孔或者连接器过孔对信道传输特性的影响越来越显著，背钻（Backdrill）技术在单板的PCB设计中应用会越来越普遍。背钻技术重点关注剩余孔壁长度、背钻深度控制、线到背钻孔间距、背钻孔径要求、背钻孔焊盘设计要求、PCB表面处理工艺要求等6个方面。LPUE的PCB设计内部公开Allrightsreserved版权所有，侵权必究Page5，Total17第5页，共17页1背钻简介背钻，英文名为Backdrill或Backdrilling，也称CounterBore或CounterBoring。背钻技术就是利用控深钻孔方法，采用二次钻孔方式钻掉连接器过孔或者信号过孔的stub孔壁。图1BackDrill剖面示意图上图为通孔BackDrill剖面示意图：左边为正常的信号通孔；右边为Backdrill后的通孔示意图，表示从Bottom层一直钻到Trace所在的信号层。背钻技术可以去掉孔壁stub带来的寄生电容效应，保证信道链路中过孔处的阻抗与走线具有一致性，减少信号反射，从而改善信号质量。Backdrill是目前性价比最高的、提高信道传输性能最有效的一种技术。使用背钻技术，会对PCB制成成本会有一定的增加。2背钻设计规则2.1单板背钻分类背钻分为单面背钻和双面背钻两种。单面钻可以分为从TOP面开始背钻或从BOTTOM面开始背钻。连接器插件管脚的PIN孔只能从与连接器所在面相反的一面开始背钻，当PCB的TOP面和BOTTOM面都布置了高速信号连接器时，就需要进行双面背钻，如下图所示。LPUE的PCB设计内部公开Allrightsreserved版权所有，侵权必究Page6，Total17第6页，共17页TOPBOTTOMRemainingplatedholebarrelBackdrillfromBottomsideBackdrillfromTopsideSignalLine高速信号连接器高速信号连接器图2双面背钻示意图按照背钻对象主要有连接器通孔背钻和信号过孔背钻。2.2背钻设计要求压接工艺要求的剩余孔壁长度图3给出了连接器压接针脚和背钻孔的剖面示意图，图中给出了3种长度L、L1和L2，具体含义参见图中的说明。为保证连接器压接刃部分与PCB剩余孔壁能够可靠接触，必须保证连接器引脚的压接刃部分与背钻后的剩余孔壁完全接触，即L≥L1。需要注意的是，对于板内走线分布在距器件面L深度内的走线层来说，如果需要考虑背钻，其背钻孔深度只能钻到距器件面L深度以下。所以确定布线方案时，最好把高速信号都放在距器件面L深度以下的走线层。因为背钻深度控制精度方面，业界目前能力可以达到±4mil，国内供应商的能力可以达到±6mil。为了提高可靠性，设计时最好保留一定的冗余，建议满足下述设计要求。【设计要求1】：L≥L1＋12mil。LPUE的PCB设计内部公开Allrightsreserved版权所有，侵权必究Page7，Total17第7页，共17页图3连接器Pin/背钻孔剖面图根据上述关系，可以得出不同连接器过孔的最小剩余孔壁要求，具体请参见表2。需要说明的是，因为2mm连接器的压接刃长度L1公差要稍大一些，在确定L长度时稍微放宽了一些。表1不同连接器过孔的最小孔壁要求列表连接器系列连接器类型针脚长度L2（mm）压接刃长度L1（mm）压接孔最小孔壁长度L（mm）1.81.31.62.51.31.6直公3.71.31.6ZD弯母2.21.31.6直公1.81.31.6AIRMAX弯母1.81.31.6弯母2.11.31.6HS3直公3.71.31.6弯母2.11.62.02mm直公3.71.62.0背钻深度控制背钻深度控制建议至少保留8mil的Stub。在层叠设置的时候需要考虑介质厚度，避免出现走线被钻断的情况。表2背钻深度公差基线LPUE的PCB设计内部公开Allrightsreserved版权所有，侵权必究Page8，Total17第8页，共17页业界最高能力国内厂家能力华为要求背钻深度公差（mil）±4±6±8背钻孔深度控制建议在两层之间，两层之间厚度要求≥12mil。图4背钻孔深度控制示意图线到背钻孔间距PCB走线到背钻孔边缘距离≥10mil。图5走线到背钻孔的间距示意图背钻孔的孔径尺寸要求背钻孔径（D）＝钻孔直径（d）＋10mil。LPUE的PCB设计内部公开Allrightsreserved版权所有，侵权必究Page9，Total17第9页，共17页背钻孔距内层图形推荐≥0.25mm，距外层图形推荐≥0.3mm。背钻孔到背钻孔的距离≥0.25mm。图6背钻孔的截面示意图背钻孔焊盘设计要求过孔焊盘背钻后无铜环剩余。为了推荐背钻孔焊盘按照要求如下设计：（1）背钻面的焊盘≤背钻孔直径；（2）内层焊盘推荐设计成无盘工艺。背钻PCB表面处理工艺背钻PCB的表面处理工艺要求采用OSP或化学沉锡，禁用HASL；PCB内层非功能焊盘设计为无盘。在Smartdrill层添加文字：NOFUNCTIONALPADSONINTERNALSIGNALLAYERSMUSTBEREMOVED.背钻孔背钻面不能同时用作ICT测试。3背钻板设计过程3.1投板前后与PCB加工厂家的沟通背钻深度需要根据PCB层压结构设置，因此对于背钻PCB，建议提前与投板厂家进行层叠设置的沟通，避免投板后层叠设置有较大的修改，影响背钻的加工。LPUE的PCB设计内部公开Allrightsreserved版权所有，侵权必究Page10，Total17第10页，共17页如果投板后出现了层叠变化很大的情况，需要根据新的层叠计算背钻设置是否满足设计要求，必要时根据新的层叠重新设置背钻深度分组。3.2背钻板设计过程及交付件的生成背钻板设计过程就是设定背钻参数并生成交付给PCB加工厂家的钻带文件的过程。首先需要确定背钻的位置，孔径，深度，以及从PCB的哪一面开始背钻，然后按照设定的参数生成钻带文件，交付给PCB厂家。步骤1：确定背钻孔径，设定铜皮和走线到背钻孔的距离。（这个步骤需要在布线前确定。）根据连接器孔径或过孔孔径选择合适的背钻孔径，一般选择二次钻孔直径比原始钻孔直径大10mil。背钻影响区域要求走线、铜皮到背钻孔边缘的距离保持≥10mil。注意规则管理器中设定的是走线和铜皮到孔的焊盘的距离，设定时需要根据焊盘尺寸、背钻孔尺寸、走线到背钻孔的距离计算出走线到焊盘的距离。根据以上规则在规则管理器中需要设置走线、铜皮到过孔焊盘的距离9mil即可满足要求。步骤：先画背钻区域，再附背钻规则。设置时需要将背钻层下面的层修改为背钻规则。图7背钻规则设置LPUE的PCB设计内部公开Allrightsreserved版权所有，侵权必究Page11，Total17第11页，共17页图8修改背钻规则步骤2：确定STUB长度范围。最长剩余STUB长度：根据信号速率、孔类型、板材等参数确定过孔允许的最长STUB，精确的STUB范围需要仿真确定。最小剩余STUB长度：根据目前国内国内供应商的加工能力，考虑一定的设计冗余，建议保留至少8mil的STUB。步骤3：确定需要几种背钻深度。如果简单的要求过孔背钻后冗余的STUB长度为工程可实现的最小长度，其结果是每一层高速线对应一种背钻深度，会增大工程实现复杂度和加工成本。因此，设计时一般将出线层分组，在信号质量允许的范围内，每组内的几层对应一种背钻深度。以目前国内PCB厂家的加工能力，同一背LPUE的PCB设计内部公开Allrightsreserved版权所有，侵权必究Page12，Total17第12页，共17页板最多不要超过10种的背钻深度，通常情况下，一到三种背钻深度即可满足信号质量要求。步骤：点选弹出如下菜单：在列出的层中选择背钻深度相同的层为一种背钻，例如3、5、7、9层选择同一种被钻深度BackDrill1.然后选择AddProperities，弹出如下菜单：LPUE的PCB设计内部公开Allrightsreserved版权所有，侵权必究Page13，Total17第13页，共17页将符合BackDrill1的网络添加进来。会弹出如下菜单：LPUE的PCB设计内部公开Allrightsreserved版权所有，侵权必究Page14，Total17第14页，共17页在左边选择Back_Drill，Value中选Ture。Ok就行了。最后点选CreatDrillFile就生成了背钻文件。辅助工具将会自动输出需要的文件，分为2部分：说明的LOG文件和PCB加工用的TAP文件。LOG文件内容是列出每个Drill文件中的相关孔的信息，包括：孔径、所在器件Refdes和PinNumber、坐标、网络名和LLC。图9LOG文件内容示例另外，辅助工具还提供了高亮BackDrill文件的功能，用于检查Backdrill的网络是否符合要求。注意：1．BackDrill辅助工具有个BUG：如果PCB图纸的坐标原点不在板框的左下角，需要手工调整坐标原点后再生成钻带文件，否则得到的背钻孔坐标位置是错误的。2．本程序支持5种背钻深度，如果需要设置双面背钻（此时同一出线层可能对应两种背钻深度）或者需要设置5种以上的背钻深度，可以在生成钻孔文件之后，重新运行BackDrill辅助工具，再次生成钻孔文件。由于每次生成新的文件时都会把上次生成的文件删除，PCB文件目录下的TAP文件一定是最新的。因此如果要保留先前的文件需要将其改名或者移至其他目录下。附：Backdrill辅助工具使用说明：背板BackDrill工具说明.ppt步骤5：修改生成的背钻钻带的文件名及注释说明。修改tap文件的文件名及注释说明，增加文件可读性。1．辅助工具生成的钻带文件的命名为：Backdrill1.tap——Backdrill5.tap，文件的命名可读性较差，可以手工修改文件名，增加对Backdrll的要求的描述。例如：将文件命名为Backdrill_BOTTOM-L8.tap。表示此文件内的钻孔深度为从BOTTOM层钻到（但不包括）第8层。2．根据需要修改文件的“;File:……”后的说明。3．程序生成的tap的“;Holesize1.＝20.000000NON_PLATEDMILS”为原始钻孔的孔径，LPUE的PCB设计内部公开Allrightsreserved版权所有，侵权必究Page15，Total17第15页，共17页需要修改其孔径为二次钻的孔径。文件的内容类似于以下格式。图10钻带文件内容示例最后，将最终版本的一个或多个tap文件和drl文件一起放在光绘文件压缩包中，投板前需要将CAM文件和所有的tap文件和drl文件调入CAM350中检查背钻孔的位置和数量是否正确。步骤6：特殊标注。在PCB的