Altium Designer Documentation

可控深度钻孔(背钻孔)_AD

Modified by Jun Chu on Dec 21, 2016

可控深度钻孔(CDD),也称为背钻孔。它可以将未使用的铜质筒体或分叉短线从印刷电路板通孔中去除。当高速信号在PCB板层之间传输时穿过了一个铜质筒体,就会产生失真。如果信号层中存在分叉短线,并且该短线较长,失真将会成为严重的问题。

在制造完成后,可使用稍大的钻头重钻这些孔,去除分叉短线。将孔背钻至可控的深度,接近但不触及过孔使用的最后一层。考虑到制造和材料差异,好的制作商可使背钻孔的遗留短线达到7mil,理想的剩余短线长度应小于10mil。


过孔用来连接两个内部板层,会在这两个板层的上下方产生未使用的铜质筒体(分叉短线)。 这些分叉短线,可通过可控深度钻孔的方式去除。

在印刷电路板设计中,分叉短线是凸出在信号布线所用信号板层以外的铜质筒体的长度。铜质筒体未使用的部分作为分叉短线,在信号高速切换时形成反射。这些分叉短线可以通过二次钻孔去除,将铜质筒体钻至确切的深度,如旁边的图像所示。

如要清除分叉短线,左边的过孔从顶层开始背钻,右边的过孔从两侧板层开始背钻。需要注意的是,这两个过孔均有一些遗留短线。

背钻最常用于过孔和压合底板连接器,为高速信号通路提供经济高效的解决方案,帮助管理信号质量。与用于盲埋孔的顺序压合法相比,背钻孔的成本更低。

背钻孔通过以下步骤实现:

  • 定义Maximum Via Stub Length (Back drilling) 设计规则,此规则定义相关线路网络和最大允许分叉短线长度。须注意的是,此分叉短线长度并非钻头设置,而是在批量DRC检查过程中,软件用于检查残留分叉短线的数值。
  • 背钻孔的钻头规格由(过孔/焊盘孔径尺寸 + 2 x 适用设计规则中的Oversize设置)来定义。
  • 背钻孔的钻孔深度由配置的钻孔对来定义,钻孔对指定了从电路板一侧进行背钻的起始和终止层。

如信号层上的过孔或焊盘并未用到,则未使用的铜环通常称为无功能焊盘(NFP)。需要背钻的无功能焊盘会在背钻孔处自动去除。余下的无功能焊盘可运行命令 Tools » Remove Unused Pad Shapes从任何设计中去除。

多边形铺铜和电源平面的间隙值用背钻孔直径计算,确保背钻孔不会钻到周围多边形铺铜或电源平面的铜皮。

设置目标背钻孔

通过增加Maximum Via Stub Length (Back drilling) 设计规则,指示软件有孔需要进行背钻。设计规则范围定义了哪些过孔或焊盘需要钻孔。通常只需选择性地背钻网络,如高速网络,在此情况下,背钻范围可以设置为诸如 InNet('Clock')或者InNetClass('HighSpeedNets')。

规则范围定义了规则必须适用的对象,本规则的目标是IO网络类中的过孔。

例如,如果范围是InNetClass('IO'),则在这些网络中的所有过孔和焊盘均有可能需要背钻。实际需要背钻的孔取决于信号布线的板层,以及定义了哪些背钻孔对 - 如果一个孔在背钻孔层范围内的电路板层上没有接线,则此孔将会进行背钻。

如要进一步限制背钻操作,则需收紧规则范围。例如,如果只希望背钻过孔,而不背钻通孔焊盘,则可以将规则范围修改为InNetClass('IO') and IsVia

若要设定设计规则的范围来控制背钻孔处的阻焊开窗,可使用以下所示的查询关键词。

定义背钻孔属性

在背钻通孔筒体时,使用超径钻头去除不需要的铜皮。

     使用超径钻头重钻至指定的深度,去除过孔筒体未使用的部分,改善此信号通路的完整性。

通过在Drill-Pair Manager中添加起始-终止板层钻孔定义,可定义所有层与层之间的钻孔动作。

对于希望进行背钻的板层对,要在Drill-Pair Properties对话框中为该板层对启用Back drill pair复选框。这将告知软件,在指定的板层之间的孔需要进行二次钻孔,按照适用的Maximum Via Stub Length (Back drilling) 设计规则指定的量进行扩孔。

钻孔深度

背钻孔深度是计算值,而不是在对话框中输入的值。定义起始和终止板层以后,软件将计算背钻起始与终止板层之间所有层所需的钻孔深度,包括起始板层厚度,但不含终止板层厚度(背钻孔在此层终止)。起始-终止板层通过在Drill-Pair Manager对话框中添加钻孔定义来定义。

钻孔会钻至钻孔对指定的终止板层,但不触及。钻孔深度的定义为:

深度 = 起始到终止板层之间的所有层厚之和 - 终止板层厚度

  层厚是在板层叠层管理器中输入的值。背钻孔起始-终止板层通过在Drill-Pair Manager对话框中添加背钻孔对来定义,在板层叠层管理器中单击Drill Pairs按钮可打开该对话框。下图显示了用来计算顶层背钻孔和底层背钻孔深度的层厚值。

钻孔对在Drill-Pair Manager中定义,深度通过层厚计算。

**从信号完整性角度而言,建议将最大残留分叉短线长度限制为10mil。从制造角度而言,小于7mil的分叉短线长度会产生额外的生产成本。

钻孔尺寸

钻孔尺寸计算方法为:

背钻尺寸 = 过孔/焊盘孔径 + 2 x 设计规则指定的Backdrill Oversize

在此并不是输入具体的背钻孔径,而是定义背钻孔比原始通孔或焊盘孔径大多少。在设计规则中将Oversize规定为径向数值,并规定了背钻孔的任何公差要求,如下所示。

用于背钻的钻头尺寸为原始过孔或焊盘的孔径,加上设计规则中指定的Backdrill Oversize。须注意的是,Oversize被指定为径向数值。

屏幕显示背钻孔

背钻孔的显示包含附加的双色环,属性如下:

  • 内圆是原始过孔(棕色)或焊盘(绿色/蓝色)孔径。
  • 双色环表明了背钻孔的起始板层颜色和终止板层颜色。
  • 通过2条彩色圆弧定义的圆圈外径是实际的背钻孔孔径,在PCB面板的Hole Size Editor模式中会将其列为钻孔尺寸。
  • 彩色环的显示取决于PCB板编辑器中的当前活动板层。例如,下面第一张图中当前活动板层是顶层,第二张图中是底层。如果当前活动板层并未背钻(诸如下图所示,当前活动层是中间第2层或第3层),则背钻孔完全不会显示,只能看到由多层接触区域围绕的棕色过孔。

   3D模式下的同一过孔,左图所示当前活动板层为顶层,中间图所示当前活动板层为底层。

在孔径编辑器中检查背钻孔

背钻孔也可通过PCB面板上的Hole Size Editor模式定位和浏览。

在下图中,已在面板上点击了18mil孔径的背钻孔。屏幕显示缩放至这些背钻孔,起始层和终止层将其高亮。须注意的是,在面板上显示了6个背钻孔,但在工作区域仅显示了5个。这是因为中间的过孔是从顶层和底层两侧进行的背钻孔,并且由于顶层是当前活动板层,因此过孔现在显示为顶层背钻孔。

检查分叉短线

Maximum Via Stub Length (Back drilling) 设计规则用于背钻孔处的定义,也用于残留分叉短线的测试。

在设计规则检查过程中,会检查所有适用过孔和焊盘的分叉短线是否大于在设计规则中配置的最大分叉短线长度。须注意的是,Maximum Via Stub Length (Back drilling) 设计规则适用的所有焊盘和过孔都要检测,而不仅仅是背钻或者未背钻的那一部分。

规则会检查任何残留分叉短线的长度。在下图中,即使过孔已经背钻,残留分叉短线仍大于适用设计规则允许的7mil长度。


设计规则检查会标记大于设计规则所允许的最大分叉短线长度的任何分叉短线。 这个过孔不合格,因为残留分叉短线长度大于7mil。

设计冲突以两种方式显示:

  • Violation Detail - 显示有关冲突类型的信息,如有可能,还会显示导致失败的数值(如上图所示)。
  • Violation Overlay - 冲突对象以重复的彩色样式涂绘(默认为中间带十字的绿色圆点)。

选定的DRC冲突显示样式Preferences对话框的PCB Editor - DRC Violations Display页面配置。

生成输出文件

背钻孔的生成输出是透明的。如需其他钻孔类型输出文件,这些文件会自动生成。

背钻孔与使用盲孔非常类似 - 盲孔也需要在板层叠层管理器中定义起始-终止板层对,板层叠层管理器指定了层对之间的钻孔要求。不同之处在于盲孔有电镀,而背钻的过孔或焊盘没有电镀。未电镀的孔主要是后制作工艺,钻孔发生在蚀刻、层压、钻孔和通孔电镀之后。

背钻孔报告

如要生成设计中所有背钻孔操作的总结报告,右键单击Hole Size EditorUnique Holes区域,并从右键菜单中选择Backdrill Report

生成当前PCB中所有背钻操作的报告。

Report Preview对话框将打开,单击Export按钮,选择文件类型、文件将写入的位置,并输入文件名。保存类型包括XLS和PDF。

钻孔符号、钻孔表和钻孔图纸

钻孔符号自动分配,并可在Drill Symbols对话框中重新配置。如果Drill Symbols对话框中的Show Drill Symbols选项被启用,符号会显示在PCB板工作区的Drill Drawing板层。该对话框可在Drill Drawing板层选项卡上单击右键访问,如下所示。

配置钻孔符号的分配,并在Drill Symbols对话框中将其显示激活。

由于背钻孔涉及在同一位置使用不同规格的钻头进行钻孔,钻孔符号将在这些位置堆叠显示。使用层对选择器控制当前显示的层对,如下图所示。

    在三角形图标上单击左键,选择希望显示的钻孔对。

放置一个钻孔表,通过配置来显示所有钻孔板层对,或将其配置为显示特定层对。下图所示为从电路板顶层和底层同时背钻孔的设计,因此放置了三个钻孔表。请注意Drill Layer pair列,它表示每个钻孔表的功能。


放置了三个钻孔表,第一个显示通孔,第二个显示来自顶层的背钻孔,第三个显示来自底层的背钻孔。

NC Drill

针对在Drill-Pair Manager对话框中定义的每个钻孔对,NC drill输出将生成唯一的文本或二进制(根据需要激活选项)钻孔文件。须注意的是,它还会为每种孔型(圆形、矩形或凹槽)生成单独的文件。

钻孔报告文件(<项目名称>.DRR)包含:钻具分配;尺寸规格;以及生成各个钻孔文件及其名称。

NC Drill Setup 对话框包含为电镀和非电镀孔生成单独的NC Drill文件选项。NC drill输出文件始终包含所有的钻孔操作,如激活了此选项,则电镀和非电镀钻孔操作会输出到单独的文件。通过文件名中的额外字符串识别,格式为<设计名称>-Plated,或<设计名称>-NonPlated。

NC Drill Setup

背钻孔操作始终输出到它们自己的文件,文件通过特有的文件扩展名识别。例如,顶层背钻孔操作的文件可命名为<设计名称>-BackDrill.TX3,而底层背钻孔操作的文件可命名为<设计名称>-BackDrill.TX4。

钻孔报告总结了对钻具的分配、每种钻孔尺寸的数量以及详述的钻孔文件。

Gerber X2

并不仅仅是一组PCB板层制造数据的输出标准(要求为裸板制造添加NC drill文件),Gerber X2输出制造商CAM过程所需的所有数据。Gerber X2在Gerber X2 Setup对话框中配置。

这包含:

  • Gerber文件功能:顶部铜皮,顶层焊接掩模等
  • 部件:单面板PCB、嵌板等
  • 对象功能:表面贴装焊盘、过孔焊盘等
  • 钻孔公差
  • 阻抗控制导线的位置
  • 填充过孔

在设计中如有背钻孔,X2输出将自动包含额外的钻孔文件,文件名类似:

<设计名称>_Backdrills_Drill_1_3.gbr

这些背钻孔文件包含Gerber X2格式说明,如:

%TF.FileFunction,NonPlated,1,3,Blind,Drill*%

此行说明,CAM软件将此文件的内容作为非电镀盲钻孔操作进行处理,在第1和第3层信号层之间。

钻孔尺寸使用孔径定义,其定义由将其声明为钻孔尺寸的指令来处理。

%TA.AperFunction,BackDrill*%

ODB++

针对ODB++输出,会为定义的每个背钻孔层对创建额外的钻孔文件夹。文件夹的名称如 \drill1、\drill2。这些文件夹包含标准的ODB钻孔文件。

IPC-2581

对IPC-2581的支持将在以后的更新中增加。

Draftsman

Draftsman是为您的设计创建高质量文档的理想工具。如果在设计中定义了背钻孔类型的板层对,则板层叠层图例将显示这些板层对,从而能够简单地将其快速显示。

放置一个板层叠层图例,来显示背钻孔的层对,并为每个层对的钻孔群组放置钻孔表。

您也可以配置钻孔表来显示每个背钻孔层对,从而轻松地快速识别钻孔尺寸和背钻孔数目。

 

 

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