可控深度钻孔（背钻孔）

控深钻孔（Controlled Depth Drilling，CDD），也称为背钻，是一种用于去除印制电路板通孔中未使用的孔壁铜（即残桩）的技术。当高速信号通过孔壁铜在 PCB 层间传输时，可能会产生失真。如果信号所使用的层使通孔中留有残桩 且残桩较长，这种失真就可能变得非常明显。

在电路板制造完成后，可使用直径稍大的钻头对这些孔进行二次钻孔，以去除残桩。背钻深度受到控制，钻至接近但不接触过孔所使用的最后一层的位置。 考虑到制造和材料的差异，工艺水平较高的制造商可将背钻后的残桩长度控制在 7mil； 理想情况下，剩余残桩应小于 10mil。

该过孔用于连接两个内层，因此在上方和下方都存在未使用的孔壁铜（残桩）。
这些残桩可以通过控深钻孔去除。

为去除残桩，左侧过孔从顶面进行背钻； 右侧过孔则从两面进行背钻。请注意，两个过孔都仍有少量残桩。

背钻最常用于过孔，也用于压接式背板连接器，是一种经济高效的解决方案，有助于控制高速信号路径的信号质量。与用于盲孔和埋孔的顺序层压技术相比，背钻的成本更低。

背钻通过以下方式实现：

• 定义一条 最大过孔残桩长度（背钻）设计规则，指定需要处理的网络以及允许的最大残桩长度。请注意，此残桩长度不是钻孔设置； 它是软件在批量 DRC 期间检查剩余残桩时使用的值。
• 通过配置钻孔层对来定义背钻深度， 该层对指定背钻的起始层和终止层。任何铜层都可以定义为背钻的起始层和终止层。
• 背钻所用钻头的直径由适用的 Maximum Via Stub Length (Back drilling)设计规则中的 Via/Pad hole size + 2 x Oversize设置定义。
• 将具有网络属性的布线对象连接到焊盘或过孔，以定义信号布线所使用的一对层。

指定需要背钻的孔

添加一条 最大过孔残桩长度（背钻）设计规则，即可告知软件哪些孔需要背钻。设计规则的作用范围定义了要钻削的过孔或焊盘。通常只对选定的网络（例如高速网络）进行背钻，在这种情况下，作用范围可以设置为 InNet('Clock')或 InNetClass('HighSpeedNets')。

规则的作用范围定义了必须应用此规则的对象。此规则针对 IO 网络类中的过孔。

例如，如果作用范围为 InNetClass('IO')，则这些网络中的所有过孔和焊盘都可能进行背钻。实际进行背钻的孔取决于这些信号在哪些层上布线，以及定义了哪些背钻层对。如果某个孔在背钻层范围内的各层上都没有连接，则会对该孔进行背钻。

要进一步限制背钻操作，请缩小规则的作用范围。例如，如果您 只想对过孔进行背钻，而不对通孔焊盘进行背钻，可以将规则的作用范围更改为 InNetClass('IO') and IsVia。

定义背钻属性

对通孔孔壁进行背钻时，会使用直径更大的钻头来去除不需要的铜。

    
使用直径更大的钻头将孔重新钻至指定深度，可去除过孔孔壁中未使用的部分，从而改善该信号路径的信号完整性。

所有层间钻孔操作都通过在 层堆栈管理器的 Back Drills选项卡中添加起始层至终止层的钻孔定义来指定。只有在层堆栈管理器中启用背钻功能后，此选项卡才可用。选择 Tools » Features » Back Drills以启用该功能，或单击  按钮并选择 Back Drills。

启用该功能后，切换到 Back Drills选项卡，然后单击  按钮，添加新的背钻定义。

下一步是配置需要背钻的层，具体如下所述。

钻孔深度

背钻深度是计算得出的值，而不是在对话框中输入的数值。您定义第一层和最后一层，软件便会计算钻穿这两层之间所有层所需的背钻深度，其中包括第一层的厚度，但不包括最后一层的厚度（背钻在该层处停止）。First layer和 Last layer在 层堆栈管理器模式下的 Properties 面板中定义（需选中 背钻选项卡）。必须先在层堆栈中定义背钻，才能访问 Properties 面板中的 Back Drill区域，如下图所示。

钻孔会钻至接近但不接触 Last layer 字段中指定的最后一层的位置。钻孔操作的深度由以下内容定义：

Depth = Sum of all layer thicknesses from first layer to last layer - last layer thickness

各层厚度采用在 层堆栈管理器中输入的值。

属性面板

当层叠文档的 Back Drills 选项卡处于活动状态时， Properties 面板用于定义需要背钻的跨层范围。

• Back Drill
  • Name – 背钻的名称。
  • First layer – 背钻跨越的起始层。
  • Last layer – 背钻跨越的终止层。
  • Mirror – 启用后，将创建当前背钻的镜像背钻，其跨越层叠中的对称层。仅当启用 Stack Symmetry 选项时，此选项才可用。
• Board
  • Stack Symmetry – 启用后，将以中间介质层为中心，成对添加匹配的层。启用时，会立即检查层叠相对于中心介质层的对称性。如果与中心介质参考层等距的任意一对层不完全相同，则会打开层叠不对称对话框。

• Library Compliance – 启用后，对于每个已从材料库中选择材料的层，都会将其当前层属性与库中该材料定义的值进行核对。

• Substack – 此信息针对当前选定的子层叠（层、介质、厚度等）。切换到其他子层叠时，此信息会相应更新，以反映当前选定的子层叠。

• Stack Name – 输入子层叠名称。在为 X/Y 层叠区域分配子层叠时，为子层叠命名很有用。
• Is Flex – 如果子层叠为柔性层叠，请启用此选项。
• Layers – 导电层的数量。
• Dielectrics – 介质层的数量。
• Conductive Thickness – 所有信号层和平面层（所有铜层或导电层）的厚度总和。
• Dielectric Thickness – 介质层的厚度。
• Total Thickness – 成品板的总厚度。

钻孔尺寸

钻孔直径的计算依据如下：

Back Drill Size = Via/Pad hole size + 2 x Design Rule Backdrill Oversize

无需为背钻输入具体的钻孔尺寸，而是定义背钻孔比原始过孔或焊盘孔大多少。在设计规则中，以径向增量指定扩孔量，同时指定背钻孔的公差要求，如下所示。

背钻所用钻头的尺寸等于原始过孔或焊盘孔的尺寸，加上设计规则中指定的背钻扩孔量的两倍。请注意，扩孔量是以径向增量指定的。

背钻孔的屏幕显示

背钻孔的显示包含一个附加的 双色环 ，其属性如下：

• 内圆表示原始过孔（棕色）或焊盘（绿色/蓝色）的孔径。
• 双色环表示背钻起始层和终止层各自的颜色。
• 彩色圆弧的宽度为设计规则中定义的 BackDrill OverSize 值。两段彩色圆弧所构成圆环的外径就是实际的背钻孔径，该孔径会作为钻孔尺寸列在 PCB 面板的 孔径编辑器 模式中。 
• 彩色环的显示取决于 PCB 编辑器中当前的活动层。例如，下方第一张图中顶层为活动层，第二张图中底层为活动层。如果活动层未进行背钻 （例如，对于下图所示的过孔，活动层为中间层 2 或中间层 3），则完全不会显示背钻。您只会看到棕色的过孔孔洞，周围环绕着多层焊盘区域。

  
同一个过孔：左图中顶层为活动层，中图中底层为活动层，右图为 3D 模式下的显示。

在孔径编辑器中检查背钻

也可以将 PCB 面板的模式设置为孔径编辑器 ，以定位和查看背钻。

在下图中，已在面板中单击了尺寸为 14 mil 的背钻。视图会缩放至这些背钻孔，并以起始层和终止层的颜色高亮显示它们。请注意，面板中列出了七个背钻过孔，但设计空间中只显示了五个。这是因为第二个和第三个过孔同时从顶面和底面进行了背钻，而由于顶层是活动层，因此这些过孔当前显示为顶面背钻。

检查孔桩

最大过孔孔桩长度（背钻）设计规则既用于定位可能需要背钻的位置，也用于检查残留孔桩。

在设计规则检查期间，会检查所有适用的过孔和焊盘是否存在长度大于设计规则中配置的 Max Stub Length 值的孔桩。请注意，检查对象是 Maximum Via Stub Length (Back drilling) 设计规则所涵盖的所有焊盘和过孔，而不只是已背钻或尚未背钻的焊盘和过孔。

此规则检查的是任何残留孔桩的长度。在下图中，虽然过孔已按照定义的背钻进行了加工，但残留孔桩仍大于适用设计规则所允许的 7 mil，因此被标记为违反规则。

设计规则检查会标记任何长度超过设计规则所允许的最大孔桩长度的孔桩。
此过孔未通过检查，因为残留孔桩大于 7 mil。

生成输出

背钻输出的生成无需额外操作。如果需要额外的钻孔类型输出文件，系统会自动生成这些文件。

背钻与使用盲孔非常相似（盲孔也需要在层叠管理器中定义起始层/终止层对），通过层对指定这两层之间的钻孔要求。区别在于，盲孔需要电镀，而背钻过孔或焊盘则采用非电镀钻孔工序。非电镀孔本质上属于后加工工序，即在蚀刻、层压、钻孔和通孔电镀完成后再进行钻孔。 

背钻报告

要生成设计中所有背钻工序的汇总报告，请在 孔径编辑器 模式下，右键单击 PCB 面板的 Unique Holes 区域，然后从右键菜单中选择 Backdrill Report。

生成当前 PCB 中所有背钻工序的报告。

此时将打开 Report Preview 对话框。单击 Export 按钮，选择文件类型和文件保存位置，然后输入文件名。

钻孔符号、钻孔表和钻孔图

钻孔符号会自动分配，也可以在 Drill Symbols 对话框中重新配置。如果在 Drill Symbols 对话框中启用了 Show Drill Symbols 选项，这些符号就会显示在 PCB 设计空间的钻孔图层上。右键单击面板的 Unique Holes 区域或 Drill Drawing 图层选项卡，即可打开该对话框，如下所示。

在 Drill Symbols 对话框中配置钻孔符号的分配，并启用其显示。

由于背钻需要使用不同尺寸的钻头在同一位置钻孔，因此这些位置的钻孔符号会重叠显示。使用层对选择器可以控制当前显示的层对，如下图所示。

  
左键单击三角形图标，选择要显示的钻孔层对。

已放置的钻孔表可以配置为显示所有钻孔层对，也可以配置为显示某个特定层对。下图所示的设计需要从电路板的顶面和底面进行背钻，因此放置了三个钻孔表。请注意 Drill Layer Pair 列；该列用于指明每个表的用途。

放置了三个钻孔表：第一个显示通孔，第二个显示从顶面进行的背钻，第三个显示从底面进行的背钻。

NC 钻孔

对于每个已定义的钻孔层对，NC 钻孔输出都会生成一个独立的钻孔文件。请注意，每种孔形类型（圆形、矩形或槽形）也会分别生成单独的文件。

钻孔报告文件（<ProjectName>.DRR）包含钻具分配、钻具尺寸以及所生成的各个钻孔文件的用途和名称汇总。

NC 钻孔设置 对话框包含一个 Generate separate NC Drill files for plated & non-plated holes 选项。NC 钻孔输出文件始终包含所有钻孔工序。如果启用此选项，电镀和非电镀钻孔工序将分别输出到不同的文件中。这些文件通过文件名中的附加字符串进行标识，格式为 <DesignName>-Plated 或 <DesignName>-NonPlated。

背钻工序始终输出到各自独立的文件中，每个文件均以唯一的文件扩展名标识。例如，顶面背钻工序的文件可以命名为 <DesignName>-BackDrill.TX3，底面背钻工序的文件可以命名为 <DesignName>-BackDrill.TX4。

钻孔报告汇总了钻孔与钻具的分配关系、每种尺寸的孔数，以及详细记录这些钻孔的文件。

Gerber X2

Gerber X2 不仅仅是用于输出一组 PCB 图层制造数据的标准（此类数据还需要配合 NC 钻孔文件才能用于裸板制造），它还能输出将设计导入制造商 CAM 流程所需的全部数据。Gerber X2 可在 Gerber X2 设置 对话框中进行配置。

其中包括：

• Gerber 文件功能：顶层铜层、顶层阻焊层等。
• 部件：单块 PCB、拼板等。
• 对象功能：SMD 焊盘、过孔焊盘等。
• 钻孔公差
• 阻抗受控走线的位置
• 填充过孔

如果设计中包含背钻孔，Gerber X2 输出将自动包含额外的钻孔文件，其文件名示例如下：

<DesignName>_Backdrills_Drill_1_3.gbr

这些背钻文件包含 Gerber X2 格式指令，例如：

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

此行指示 CAM 软件将该文件的内容视为信号层 1 与信号层 3 之间的非电镀盲孔钻孔工序。

钻孔尺寸使用光圈定义，在光圈定义之前，会有一条指令将其声明为钻孔尺寸。

%TA.AperFunction,BackDrill*%

ODB++

对于 ODB++ 输出，每个已定义的背钻层对都会额外生成一个钻孔文件夹。这些文件夹的名称示例包括 \drill1、\drill2。这些文件夹包含标准的 ODB 钻孔文件。

IPC-2581

将在未来的更新中添加对 IPC-2581 的支持。

Draftsman

Draftsman 是为设计创建高质量文档的理想工具。如果设计中定义了背钻类型的层对，层叠图例就会显示这些层对，方便快速确认其是否存在。

放置层叠图例以显示用于背钻的层对，并为每个层对的钻孔集放置钻孔表。

您还可以将钻孔表配置为显示每个背钻层对，以便快速确定背钻所需的钻孔尺寸和孔数。